一种热塑性硫化胶压缩应力松弛的可逆回复行为的表征方法

摘要

本发明为一种热塑性硫化胶压缩应力松弛的可逆回复行为的表征方法，为可逆回复的定性和定量表征提供了有效方法。其表征方法为：a.在样品上施加压缩应变，测试第一次应力松弛行为，样品初始高度为h0，压缩至规定应变时高度为hs；b.第一次测试结束后，将样品进行热处理，之后冷却至室温，高度为h1，压缩永久变形记为c.对热处理之后样品进行第二次压缩应力松弛测试，以h1为基准，施加与第一次测试相同的应变；d.读出应力松弛曲线中最大应力，最大应力回复率＝(第二次应力松弛最大应力/第一次应力松弛最大应力)×100％；e.从两次应力松弛行为曲线的靠近程度，定性判断可逆回复程度；从压缩永久变形以及最大应力回复率，定量判断可逆回复程度。

权利要求

1.一种热塑性硫化胶压缩应力松弛的可逆回复行为的表征方法，包括以下步骤：

(1)采用万能材料试验机在圆柱状热塑性硫化胶样品上施加一定的压缩应变，之后在室温条件下测试其第一次应力松弛行为，圆柱状样品初始高度为h0，压缩至规定应变时高度为hs，记录其应力－时间关系曲线；

(2)第一次应力松弛行为测试结束后，将圆柱状样品从万能材料试验机上取出，置于真空干燥箱中热处理一定时间，之后取出冷却至室温，此时圆柱状样品的高度h1，压缩永久变形记为K，计算公式为：(3)采用万能材料试验机对热处理之后的圆柱状热塑性硫化胶样品进行第二次压缩应力松弛行为测试，此时以热处理后圆柱状样品高度h1为基准，施加与第一次压缩应力松弛行为测试相同的应变，测试其室温条件下的第二次应力松弛行为，记录其应力－时间关系曲线；

(4)分别从(3)及(1)中的压缩应力松弛应力－时间关系曲线上，读出第二次及第一次应力松弛曲线中应力松弛测试开始时刻的最大应力，对于压缩应力松弛的可逆回复，其最大应力回复率＝(第二次应力松弛最大应力/第一次应力松弛最大应力)×100％；

(5)从热塑性硫化胶第一次和第二次压缩应力松弛行为测试曲线的靠近程度，定性判断压缩应力松弛行为的可逆回复程度；从样品热处理之后的压缩永久形变以及最大应力回复率，定量判断压缩应力松弛行为的可逆回复程度。

说明书

一种热塑性硫化胶压缩应力松弛的可逆回复行为的表征方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种热塑性硫化胶压缩应力松弛的可逆回复行为的表征方法，具体地说，测试热处理前后的压缩应力松弛行为，通过考核应力松弛曲线靠近程度、压缩永久变形和最大应力回复率，获得对热塑性硫化胶压缩应力松弛的可逆回复行为的定性和定量表征方法。

背景技术

[0002] 应力松弛就是在恒定温度和形变保持不变的情况下，高分子材料内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象；高分子链的构象重排和分子链滑移是导致高分子材料应力松弛的根本原因。应力松弛反映了高分子材料内部的分子运动；当高分子材料一开始发生形变时，其中的分子处于不平衡的构象，要逐渐过渡到平衡的构象，也就是链段顺着外力的方向运动以减少或消除内部应力。热塑性硫化胶是采用动态硫化制备的一类新型热塑性弹性体，表现出粘弹性，构象变化落后于形变，应力与应变不能立刻达到平衡，需要一段松弛时间才能达到平衡状态，表现出明显的应力松弛现象；而且，热塑性硫化胶具有与热塑性塑料和静态硫化胶不同的应力松弛行为。对于应力松弛测试后的热塑性硫化胶样品，对其进行热处理，其应力松弛行为具有一定的可逆回复，研究热塑性硫化胶压缩应力松弛行为的可逆回复，对于研究热塑性硫化胶粘弹行为及预估其寿命，无论在理论研究还是应用方面，均具有重要意义。但到目前为止，对于热塑性硫化胶压缩应力松弛的可逆回复行为的研究，尚未见到被人们普遍认可的定性及定量表征方法。

[0003] 本发明提供一种新的技术方案，热处理前后测试热塑性硫化胶的压缩应力松弛，通过对比压缩应力松弛曲线的靠近程度，可以定性表征压缩应力松弛的可逆回复，通过压缩永久变形和最大应力回复率可以对压缩应力松弛的可逆回复程度进行定量表征。

发明内容

[0004] 技术问题：本发明的目的在于提出一种热塑性硫化胶压缩应力松弛的可逆回复行为的表征方法，解决目前没有人们普遍认可的热塑性硫化胶压缩应力松弛的可逆回复的表征方法。

[0005] 技术方案：本发明的一种热塑性硫化胶压缩应力松弛的可逆回复行为的表征方法，采用万能材料试验机测试圆柱状热塑性硫化胶样品的第一次压缩应力松弛，之后对样品进行热处理，然后进行第二次压缩应力松弛测试，根据测试数据获得应力－应变曲线，计算获得压缩永久形变和最大应力回复率，具体步骤如下：

[0006] (1)采用万能材料试验机在圆柱状热塑性硫化胶样品上施加一定的压缩应变，之后在室温条件下测试其第一次应力松弛行为，圆柱状样品初始高度为h0，压缩至规定应变时高度为hs，记录其应力－时间关系曲线；

[0007] (2)第一次应力松弛行为测试结束后，将圆柱状样品从万能材料试验机上取出，置于真空干燥箱中热处理一定时间，之后取出冷却至室温，此时圆柱状样品的高度h1，压缩永久变形记为K，计算公式为：

[0008] (3)采用万能材料试验机对热处理之后的圆柱状热塑性硫化胶样品进行第二次压缩应力松弛行为测试，此时以热处理后圆柱状样品高度h1为基准，施加与第一次压缩应力松弛行为测试相同的应变，测试其室温条件下的第二次应力松弛行为，记录其应力－时间关系曲线；

[0009] (4)分别从(3)及(1)中的压缩应力松弛应力－时间关系曲线上，读出第二次及第一次应力松弛曲线中应力松弛测试开始时刻的最大应力，对于压缩应力松弛的可逆回复，其最大应力回复率＝(第二次应力松弛最大应力/第一次应力松弛最大应力)×100％。

[0010] 第一次压缩应力松弛曲线和第二次压缩应力松弛曲线靠的越近的，压缩永久变形越小的，最大应力回复率越高的，则其压缩应力松弛的可逆回复程度也越高。

[0011] 圆柱状热塑性硫化胶的压缩，是通过在其上下平行面均匀施加大小相等但方向相反的压缩力来实现的，在压缩过程中，通常圆柱状样品的侧面会向外发生膨胀变形。如果在压缩过程中圆柱状样品的侧面发生弯曲变形而出现上下细、中间粗的“水桶状”外观，则表明施加给样品的应力是不均匀的，会影响测试结果的可靠性；在测试过程中，为了避免压缩过程中样品出现“水桶状”外观，通常在圆柱状样品的上下平行面涂抹一薄层润滑剂(甲基硅油)，这样在压缩过程中，上下面在压缩应力下可发生良好的滑移，则圆柱状样品可被均匀的压缩而不产生“水桶状”外观，确保了测试结果的可靠性。

[0012] 有益效果：本发明提出了一种热塑性硫化胶压缩应力松弛的可逆回复行为的表征方法，为热塑性硫化胶压缩应力松弛的可逆回复的定性和定量评价提供了一种有效方法。

附图说明

[0013] 图1为按本发明实施例1获得的EVA/NBR(质量比＝30/70)热塑性硫化胶的第一次和第二次压缩应力松弛的应力-应变曲线。

[0014] 图2为按本发明实施例2获得的PP/EPDM(质量比＝40/60)热塑性硫化胶的第一次和第二次压缩应力松弛的应力-应变曲线(热处理温度为120℃)。

[0015] 图3为按本发明实施例3获得的PP/EPDM(质量比＝40/60)热塑性硫化胶的第一次和第二次压缩应力松弛的应力-应变曲线(热处理温度为140℃)。

[0016] 具体实施方式：下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

[0017] 实施例1：EVA/NBR热塑性硫化胶的压缩应力松弛的可逆回复的表征[0018] 用模压法制备圆柱状EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂)/NBR(丁腈橡胶)(质量比＝30/70)硫化橡胶样品，试样不应有气泡、杂质和损伤。

[0019] (1)采用GT-TCS-2000型电子拉力机在圆柱状热塑性硫化胶样品上施加50％的应变，之后在室温条件下测试其第一次应力松弛行为，测试时间为10min，圆柱状样品初始高度为h0＝9.86mm，压缩至规定压缩应变时高度为hs＝4.93mm，记录其应力－时间关系曲线；

[0020] (2)第一次应力松弛行为测试结束后，将圆柱状样品从万能材料试验机上取出，置于真空干燥箱中在70℃下热处理30min时间，之后取出冷却至室温，此时圆柱状样品的高度h1＝9.53mm，压缩永久变形记为K，计算公式为：

[0021] (3)采用GT-TCS-2000型电子拉力机对热处理之后的圆柱状热塑性硫化胶样品进行第二次应力松弛行为测试，此时以热处理后圆柱状样品高度h1为基准，施加50％的应变，测试其室温条件下的第二次应力松弛行为，记录其应力－时间关系曲线；

[0022] (4)分别从(3)及(1)中的应力松弛应力－时间关系曲线上，读出第二次及第一次应力松弛曲线中应力松弛测试开始时刻的最大应力，分别是5.06MPa及5.40MPa；对于热塑性硫化胶压缩应力松弛的可逆回复，其最大应力回复率＝(第二次应力松弛最大应力/第一次应力松弛最大应力)×100％＝93.7％。

[0023] 图1是实施例1获得的EVA/NBR热塑性硫化胶的第一次和第二次压缩应力松弛测试的应力-应变曲线。从第一次和第二次压缩应力松弛的应力－时间关系曲线可以定性地看出，该样品的压缩应力松弛的可逆回复比较高，具体表现在两次测试的应力－时间关系曲线靠的较近，松弛掉的应力在热处理之后得以一定程度的回复；从压缩永久变形的数据可以定量看出，第一次压缩应力松弛测试后，对样品进行热处理，样品的压缩永久变形为6.69％，样品的形变得到一定程度的回复；在第二次应力松弛测试的过程中，最大应力的回复率93.7％，定量显示了较好的应力松弛可逆回复。

[0024] 实施例2：PP/EPDM热塑性硫化胶的压缩应力松弛的可逆回复的表征[0025] 用模压法制备圆柱状PP(聚丙烯)/EPDM(三元乙丙橡胶)(质量比＝40/60)硫化橡胶样品，试样不应有气泡、杂质和损伤。

[0026] (1)采用GT-TCS-2000型电子拉力机在圆柱状热塑性硫化胶样品上施加50％的应变，之后在室温条件下测试其第一次应力松弛行为，测试时间为10min，圆柱状样品初始高度为h0＝9.99mm，压缩至规定压缩应变时高度为hs＝4.995mm，记录其应力－时间关系曲线；

[0027] (2)第一次应力松弛行为测试结束后，将圆柱状样品从万能材料试验机上取出，置于真空干燥箱中在120℃下热处理30min时间，之后取出冷却至室温，此时圆柱状样品的高度h1＝9.86mm，压缩永久变形记为K，计算公式为：

[0028] (3)采用GT-TCS-2000型电子拉力机对热处理之后的圆柱状热塑性硫化胶样品进行第二次应力松弛行为测试，此时以热处理后圆柱状样品高度h1为基准，施加50％的应变，测试其室温条件下的第二次应力松弛行为，记录其应力－时间关系曲线；

[0029] (4)分别从(3)及(1)中的应力松弛应力－时间关系曲线上，读出第二次及第一次应力松弛曲线中应力松弛测试开始时刻的最大应力，分别是12.19MPa及13.15MPa；对于热塑性硫化胶压缩应力松弛的可逆回复，其最大应力回复率＝(第二次应力松弛最大应力/第一次应力松弛测试)×100％＝92.7％。

[0030] 图2是实施例2获得的PP/EPDM热塑性硫化胶的第一次和第二次压缩应力松弛测试的应力-应变曲线。从第一次和第二次压缩应力松弛的应力－时间关系曲线可以定性看出，该样品的压缩应力松弛得到了一定程度的可逆回复，但两次的应力－时间关系曲线之间有一定的明显的距离，松弛掉的应力在热处理之后只得到一定程度的回复；第一次压缩应力松弛测试后，对样品进行热处理，样品的压缩永久变形为2.60％，样品的形变得以较大程度的回复；在第二次应力松弛测试的过程中，最大应力的回复率92.7％，定量地显示了应力松弛的可逆回复程度。

[0031] 实施例3：PP/EPDM热塑性硫化胶的压缩应力松弛的可逆回复的表征[0032] 用模压法制备圆柱状PP/DPDM(质量比＝40/60)硫化橡胶样品，试样不应有气泡、杂质和损伤。

[0033] (1)采用GT-TCS-2000型电子拉力机在圆柱状热塑性硫化胶样品上施加50％的应变，之后在室温条件下测试其第一次应力松弛行为，测试时间为10min，圆柱状样品初始高度为h0＝9.970mm，压缩至规定压缩应变时高度为hs＝4.985mm，记录其应力－时间关系曲线；

[0034] (2)第一次应力松弛行为测试结束后，将圆柱状样品从万能材料试验机上取出，置于真空干燥箱中在140℃下热处理30min时间，之后取出冷却至室温，此时圆柱状样品的高度h1＝9.950mm，压缩永久变形记为K，计算公式为：

[0035] (3)采用GT-TCS-2000型电子拉力机对热处理之后的圆柱状热塑性硫化胶样品进行第二次应力松弛行为测试，此时以热处理后圆柱状样品高度h1为基准，施加50％的应变，测试其室温条件下的第二次应力松弛行为，记录其应力－时间关系曲线；

[0036] (4)分别从(3)及(1)中的应力松弛应力－时间关系曲线上，读出第二次及第一次应力松弛曲线中应力松弛测试开始时刻的最大应力，分别是12.70MPa及13.15MPa；对于热塑性硫化胶压缩应力松弛的可逆回复，其最大应力回复率＝(第二次应力松弛最大应力/第一次应力松弛最大应力)×100％＝96.5％。

[0037] 图3是实施例3获得的PP/EPDM热塑性硫化胶的第一次和第二次压缩应力松弛测试的应力-应变曲线。从第一次和第二次压缩应力松弛的应力－时间关系曲线可以定性地看出，该样品的压缩应力松弛得到了较理想的可逆回复，两次的应力－时间关系曲线之间距离很近，松弛掉的应力在热处理之后得到良好的回复；第一次压缩应力松弛测试之后，对样品进行热处理，样品的压缩永久变形为0.50％，样品的形变得到很大程度的回复；在第二次应力松弛测试的过程中，最大应力的回复率96.5％，定量地显示了应力松弛良好的可逆回复程度。

[0038] 显然，本发明上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所做的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。