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技術文章

橡膠材料在高低溫條件下的蠕變和應力松弛特性
　　研究橡膠材料在不同溫度環境下的性能變化成為橡膠科研領域的主要研究方向。由于橡膠的性能與溫度密切相關，在超過常溫條件下，橡膠的分子鏈柔軟度增加，硬度降低，彈性提高;但是當溫度升高到100℃以上時，橡膠的強度明顯減弱，因為分子鏈內部開始老化斷裂;而在溫度降低時，橡膠則變得更硬、更脆，彈性下降。實際應用中的橡膠制品往往不只是在常溫下使用，而是面臨高溫或低溫的考驗。通過綜合分析技術，可以有效地模擬制品在實際使用環境下的質量和性能。

1、有效彈性/滯后損失測試是一種高低溫循環測試方法。

通過對橡膠在不同溫度下進行拉伸強度、有效彈性和滯后損失的考察，可以綜合評估制品的粘彈性和阻尼效果。使用高低溫材料試驗機可以研究橡膠的這些性能。下面是用高低溫材料試驗機測試的橡膠在0℃、常溫和100℃下的有效彈性和滯后損失的結果。滯后損失是指橡膠在變形和恢復的周期內所吸收的能量與恢復過程中所放出的能量之差，可借此考察多次有效彈性和滯后損失來評估動態橡膠密封制品的阻尼特性或減震效果。從圖1可以看出，不同溫度下的橡膠的粘彈性滯后情況是不同的。溫度越低，阻尼效果越好。

2、高低溫疲勞測試是一種用來測試材料在極端溫度條件下的疲勞強度的方法。這種測試可以幫助確定材料在長期使用中是否會出現疲勞失效，以及在何種條件下可能發生疲勞破壞。在測試中，材料會在高溫和低溫環境下交替受力，以模擬實際使用中的溫度變化。通過觀察材料在測試過程中的變形和破壞情況，可以評估其抗疲勞能力和可靠性。這種測試對于金屬、塑料、橡膠等材料的疲勞性能研究非常重要，可以幫助提高產品的使用壽命和質量。

動態橡膠制品，例如輪胎，在運轉過程中，各個部位所受的動態力不同。輪胎的胎面會被反復壓縮，而胎側和胎肩則會被反復拉伸和撓曲。針對不同類型的疲勞，高鐵儀器將橡膠的動態疲勞特性與溫度環境相結合，推出了多款高低溫疲勞試驗機，例如高低溫德莫西亞屈撓疲勞試驗機和高低溫拉伸疲勞試驗機等。這些試驗機的溫度范圍可調，達到-50℃至+150℃，以滿足不同環境下的測試需求。圖2顯示了相同配方的膠料在不同溫度下的裂口擴展情況。過高或過低的溫度均會加速屈撓裂口的擴展速率。


3、蠕變和應力松弛是描述材料在高低溫下的性能表現的重要指標。他們可以衡量材料的可靠性和穩定性。

橡膠密封和減震制品是一類廣泛應用的橡膠制品。由于橡膠具有粘彈性，因此使用過程中，這類制品的某些機械性能會發生變化，導致橡膠制品發生蠕變或應力松弛，從而影響其使用性能。

蠕變是指在一定溫度和持續外力作用下，材料形狀隨時間逐漸發生較大變化的現象。這是一種隨時間非線性變化的力學松弛過程。橡膠的蠕變性能是材料尺寸穩定性和長期負載能力的體現。應力松弛是指在一定溫度和持續應變作用下，材料的應力隨時間逐漸減小的現象。這也是一種隨時間非線性變化的過程。橡膠的應力松弛性能能特別反映橡膠密封制品的緊固力持久性。

蠕變和應力松弛的性質是與溫度相關的，我們可以使用高低溫蠕變及應力松弛試驗機來進行測定。從圖3中可以看出，在不同溫度條件下，蠕變量隨時間的變化趨勢。隨著溫度的升高，蠕變量增加，也即蠕變速率加快;與蠕變性能類似，應力松弛性能也與溫度有關，溫度升高，應力松弛速率也變快。
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