关于橡胶硬度与其受力特性的研究

刘振华　苑英杰

摘  要：随着社会的不断发展和经济水平的提高，各行各业对橡胶的需求加大，尤其是汽车行业的繁荣发展，更是实现了对橡胶需求的激增。由于不同行业对橡胶的需求不同，刺激了橡胶的多元化发展，提升了橡胶制品的质量，在今后更是对橡胶行业的发展提出了更高的要求。本文为首先研究了橡胶硬度和压入硬度的概念，其次介绍了橡胶硬度的测试方法，最后分析了橡胶的受力特性，以期通过本文研究，对橡胶的硬度和受力特性有一个初步的认识。

一、橡胶硬度和压入硬度

橡胶的硬度是在某条件下抵抗刚性检测工具压入的性能。由于橡胶硬度的检测非常简单且没有破坏性，可检测橡胶成品的固化、均匀效果，而且还能跟踪橡胶原材料的老化及其他不合格质量等问题，所以被质量检测监控所使用，这种方法是是橡胶成品的一个重要标准。

虽然橡胶硬度检测的方法有很多，但全部归根结底属于一种检测方法就是静态压入，其实这种检测方法比较复杂，因为橡胶的自身因素及外部因素其他方式可能导致检测不准，使用静态压入检测是完全可以检测的。

二、橡胶硬度测试方法

2.1橡胶的国际硬度

橡胶国际硬度是指成品在小的接触和大的总压力在一定的检测过程中压入成品的深度之差，然后按照标准的换算表获取硬度值。橡胶国际硬度等级分为四个检测等级：1. a方法N常规试验;2. b方法H高硬度试验;3.c方法 L 低硬度试验;4.d方法 M 微型试验，这四个检测方法有着不一样的区别，可以根据不同的检测物来选择合适的检测方法。

便携式橡胶国际硬度计法又称袖珍国际硬度计法，它的使用及外观都与A型的邵氏硬度计相同，但原理、技术、校准等方法是大大不同的，它们的区分在于计量单位的不同。虽然这种硬度计没有定负荷橡胶国际硬度计检测准确，但是使用方便简洁，可适用于橡胶产品的原料及半成品检测质量使用。

2.2邵氏硬度

邵氏硬度计也称邵尔硬度计，它是橡胶体受压程度或抗刺穿能力的一种检测方法，这种检测方法在工作中已经广泛使用了。它的结构体积小、操作方便简单、携带也很方便很适合用于现场的橡胶硬度检测，长期以来，邵氏硬度检测的方法一直用于橡胶成品及半成品的硬度性能检测和产品质量的控制。邵氏硬度的检测方法为用邵氏硬度计插入被检测的橡胶材料上，硬度计上的指针通过弹簧与一个刺针连在一起，用刺针来测试橡胶体的表面，硬度计上所显示的数值为橡胶体的硬度值。在我国目前使用检测橡胶的硬度计大部分为A型邵氏硬度计。A 型邵氏硬度和橡胶的杨氏弹性模量有着一定的关系，可以通过测定橡胶的邵氏硬度而得到橡胶近似杨氏模量。A 型邵氏硬度检测橡胶体的方法早在 1959 年就制定为检测的标准，1960 年开始运用与工作当中，后来经过国家的认可又颁布为国家检测橡胶体标准，GB/T531-1999 的上一个版本 GB/T531-1992《硫化橡胶邵尔 A 硬度试验方法》就是只有 A 型硬度计。邵氏硬度检测出橡胶体的读数又可分为A、D两种，但是它们的单位都是“度”，D型邵氏硬度计适用于橡胶体高硬度检测范围，在我国到目前为止使用的D型邵氏硬度计较少，其中有两个原因，一是A型邵氏硬度计最大指示值在90度，二是D型邵氏硬度计压阵顶端容易磨损导致检测误差，其使用周期非常短，所以一般橡胶体和偏软橡胶体检测人员可以直接使用A型邵氏硬度计来进行檢测。

2.3表观硬度

在实际的检测过程中表观硬度还是很实用的，之所以可以使用表观硬度来检测，前提是橡胶成品的标准是要求合格的，所谓标准指的是橡胶成品及半成品不管是厚度还是硬度都需要达标。在实际的检测过程中，首先对橡胶成品及半成品的硬度进行检测，很多时候没有办法满足标准要求的样品，所了解的硬度是在样品的形状及方法检测的，这种方法称为表观硬度，胶辊表观硬度就是典型的一种。这种检测方法可以说是在日常工作中摸索出来的，因为这种检测方法和标准的方法检测结果是有区别的，之所以会有这种检测方法，是体现之后使用标准的检测方法两者之间的结果进行比对。表观硬度检测要比其他检测方法普遍，因为对于成品及半成品表观就可得出检测的不合格，这样可以省去大量时间及人力进行标准检测。在金属硬度检测中，成品及半成品所获得的表观硬度和标准硬度是可以互相换算的，而对于橡胶的检测这种换算是不成立的，具体研究也不是很多。

三、橡胶的受力特性

橡胶的受力特性检测与金属硬度的检测是不同的，金属硬度检测的是压入深度和压痕，检测金属材料的抗压性和变形的能力，而橡胶受力检测是检测发生情况下所发生的关系，检测橡胶材料的弹性形变。上述对橡胶硬度的检测如果弹性体为理想的条件下，明显地表现为橡胶硬度可以和杨氏模量建立对应关系。事实上，除弹性形变之外，还有滞弹性和塑性形变对橡胶硬度测量也有影响。橡胶弹性是一个物体在受到外力的情况下改变自己的形状，当没有外力的情况下自己还能回到原始的形态。每个橡胶体都会有自己的极限承受范围，如果橡胶体到达能力极限或者超过极限，就会出现滞弹性现象。如果到达极限外力继续增加，橡胶体的作用就会失去，所发生的形变不在出现，没有受力的地方还是原来一样，即塑性形变。

总结

综上所述，橡胶的检测方法较多，主要有国际硬度、邵氏硬度和表观硬度检测三种方法，在实际的硬度检验中，根据橡胶的种类和特性不同选择合适的检测方法，有利于合理检测橡胶的品质，满足不同用途的需求。

参考文献

[1]  陈明华，吴向垒.橡胶硬度的本质探讨[J].中国计量，2012（07）：74～75.

[2]  陈明华，何广霖.D型邵氏硬度计检定方法中[J].中国计量，2009，8：121-123.

[3]  王卫忠.橡胶压入硬度试验方法（邵尔硬度）新国标的理解与应用[J].中国计量，2009，10：124-125.