CNS 10020-2007 Methods of test for stress relaxation of rubber vulcanized or thermoplastic《硫化橡胶或热塑性橡胶应力松弛试验法》.pdf

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1、1 印月965月 本標準非經本局同意得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 號 ICS 83.060 K674810020經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 722月11日 965月2日 (共10頁)硫化橡膠或熱塑性橡膠應力鬆弛試驗法Methods of test for stress relaxation of rubber, vulcanized or thermoplastic 1. 適用範圍：本標 準規定對硫化橡膠或熱塑性橡膠 (以下簡稱橡膠 )施加規定之壓縮或拉伸變形，測定在規定之環境下應力減少之試驗方法。 備考：本標準採用國際單位制 (SI)， 內之單位及數值僅供參考。 2

2、. 用語釋義：本標準之用語釋義除依 CNS 13728橡膠詞彙所規定者外，另規定如下。 (1) 壓縮應力鬆弛 (compression stress relaxation)：在規定條件下壓縮力之減少除以初期壓縮力所得數值以百分率表示者。 (2) 拉應力鬆弛 (tension stress relaxation) ：在規定條件下拉力之減少除以初期拉力所得數值以百分率表示者。 (3) 試驗變形 (test deformation)：在試驗中對試片施加之壓縮或 拉伸變形量之比例。在壓縮應力鬆弛試驗時，由試片之厚 度或線徑計算；在拉應力鬆弛試驗時，由其夾具間距離計算。 (4) 壓縮應力 (compre

3、ssion stress)：於試片施加所規定之壓縮變形時之壓縮力，除以試片原截面面積所得之值。 (5) 拉應力 (tension stress)：於試片施加所規定之拉伸變形時之拉力，除以試片原截面面積所得之值。 (6) 初期力 (initial counterforce)：在壓縮應力鬆弛試驗時，施加壓縮變形經 (30 1)分鐘後之壓縮力稱為初期壓縮力；在拉應力試驗時，施加拉伸變形經 3 分鐘 (未滿 70時 )後，或經 36 秒鐘 (70以上時 )後之拉力稱為初期拉力。 3. 試驗種類：試驗種類為下列二種。 (1) 壓縮應力鬆弛試驗 (2) 拉應力鬆弛試驗 4. 壓縮應力鬆弛試驗 4.1 目的

4、：本項試驗係對圓柱狀或環狀試 片施加規定之壓縮變形，測定在規定之溫度下將其變形維持規定時間時之壓縮 力與初期壓縮力間之變化，以檢查壓縮應力鬆弛之特性。 再者，壓縮應力鬆弛試驗，又有下列二種。 (1) A 法：將試片及壓縮裝置預熱至試驗溫度，並在試驗溫度壓縮試片，在試驗溫度下測定初期壓縮力及其後之壓縮力之方法。 (2) B 法：在試驗室之標準狀態壓縮試片及測定試片之初期壓縮力，在試驗溫度加熱規定時間後，使試片及壓縮裝置恢復至試驗室之標準狀態，在試驗室之標準狀態下測定壓縮力之方法。 2 CNS 10020, K 6748 備考 1. A 法、 B 法二種方法之試驗結果，不能獲得相同數值。試驗方法係

5、依據試驗之目的選擇。例如，若擬調查由於溫度上昇之密封性時，選用A 法；對於反覆自室溫昇溫之試驗時，一般選用 B 法。 2. 對於壓縮應力鬆弛試驗，作為特別目的所用之其他方法，亦有將所有之壓縮在試驗室之標準狀態施行，而於不同之溫度下測定壓縮力之方法。 4.2 試驗裝置：試驗裝置由壓縮裝置、壓 縮力測定裝置、試驗槽及溫度測定器所構成，各自規定如下。 (1) 壓縮裝置：壓縮裝置具有二塊平行且平坦經研磨過之壓縮板，其大小應能將經壓縮之試片，確實納入壓縮板面 內。又， 試片接觸之壓縮板表面材質須用鉻鋼、不鏽鋼或其他耐腐蝕性材質者。 再者，壓縮裝置應能滿足下列條件者。壓縮裝置之示例如圖 1。 圖 1 壓縮

6、裝置示例 (a) 壓縮板之平面度應在 0.01 mm 以內。 (b) 壓縮板之表面加工，依 CNS 7868表面粗糙度所測定之表面粗度，應為 Ra 0.4 m。 (c) 上下壓縮板之平行度，應為 0.01 mm 以下。 (d) 在上下壓縮板之間放入 試片，將壓縮裝置組裝，施力於試片時，壓縮板不得有 0.01 mm 以上變形。 (e) 對於環狀試片時，為使 壓力均勻及使試驗液在試片內側循環，在壓縮板之中央應開一個直徑 2 mm 以上之孔。 (f) 壓縮裝置 係可連接於能以 1%以內精度測定試片在規定時間內之壓縮力之適當裝置者。 (g) 壓縮裝置係應可維持試 驗中試片之壓縮變形，且可在規定之溫度下

7、維持在烘箱內者。又，注意 應不致使因與烘箱外之金屬接觸，而由試片散失熱之情形發生。 (2) 壓縮力測定裝置：壓縮力應可在測定值之 1%以內之精度測定。 壓縮力測定裝置連接部上部壓縮板 下部壓縮板 試片固定螺栓 間隔板 3 CNS 10020, K 6748 再者，壓縮力測定裝置為下列中之任一個。 (a) 對於將試驗期間中壓縮 力可連續測定之裝置時，應可將初期變形保持在 0.01 mm 至試驗完畢為止者。 (b) 對於在規定之時間間隔 可將壓縮力測定之裝置時，在初期試驗變形所施加之壓縮變形使些微增 加，以測定試片之壓縮力亦可。此時，使增加之壓縮變形儘可能小一點，在天平型試驗機時為 1 N0.10

8、2 kgf，在荷重元型試驗機時不得超過 0.05 mm。 再者，經 測定壓縮力後，如擬再繼續試驗時，應能將試片再度壓縮時之變形保持在初期變形之 0.01 mm 者。 (3) 試驗槽：在標準驗溫度以外施行試驗時，須使用烘箱。進一步，對於在試驗液中試驗時，則須併用烘箱及浸漬容器。烘箱及浸漬容器，分別依下列規定。 (a) 烘箱：應為 CNS 3556硫化橡膠老化試驗法所規定之空氣加熱老化試驗用 (或 Geer 式老化試驗機 )者。 (b) 浸漬容器：應為可將壓 縮裝置完全浸漬於溶液中者，對於揮發性或有毒液體，應使完全浸漬於 密閉之容器中。此時，溶液應可以經壓縮板之孔自由循環者。又，容器 中之液體，應

9、藉加熱器及溶液循環之適當控制，維持在規定之溫度，取 代此項溫度控制之方法，由置入容器及壓縮裝置於第 4.2(3)(a)節所規定之烘箱中，以維持溫度亦可。 (4) 溫度測定器：溫度測定器，應用 Pt 100 A 級或與其同等品質 者。又，溫度測定器，應埋入自上下任一個壓縮板之表面下最低 2 mm 處。 再者，藉烘箱之溫度測定器，測定試驗溫度亦可，惟此時宜事先檢查壓縮板之溫度可維持在試驗溫度。 4.3 試片 4.3.1 試片之形狀及尺度：依下列規定。 (1) 圓柱狀試片：有小形試片與大形試片二種形狀。其尺度如表 1 所示。 表 1 圓柱狀試片之尺度 單位： mm 形 狀 直 徑 厚 度 小形試片

10、13 0.5 6.3 0.3 大形試片 29 0.5 12.5 0.5 (2) 環狀試片：有下列二種形狀。其尺度如表 2 所示。 4 CNS 10020, K 6748 表 2 環狀試片之尺度 單位： mm 形 狀 厚 度 內 徑 線 徑 寬 度 角形截面 (角環 )試片 2 0.2 15 0.2 2 0.2 圓形截面 (O型環 )試片 (1) 14 0.19 2.65 0.09 註 (1) 圓形截面試片係指 CNS 10489 O 型環所規定者。 4.3.2 試片之採取及製作 (1) 圓柱狀試片：依 CNS 3552硫化橡膠物理試驗法通則第 5.5 節試片之採取製作之規定。 (2) 環狀試片

11、：依 CNS 3553硫化橡膠拉伸試驗法第 3.3 節試片之採取製作之規定。 4.3.3 試片數：試片數為 3 個以上。日常或開發試驗時，亦可使用一個或二個試片。 4.3.4 試片之尺度測定：依 CNS 3552 第 5.6 節厚度、寬度測定之規定。 (1) 圓柱狀試片：圓柱狀試片之厚度，在經熱性狀態調節後，機械性狀態調節之前，於試驗室之標準狀態下測定試片之中心。 (2) 環狀試片：環狀試片之厚度或線徑，在經熱性狀態調節後，機械性狀態調節之前，於試驗室之標準狀態下在試片之圓周方向以約 90 度間隔予以測定。然後，將所測定 4 點厚度之平均值作為試驗用厚度。 再者，若所測定個別數值相差 0.05

12、 mm 以上時，則應將該試片剔除。 4.3.5 試片之挑選：在圓柱狀試片時，對於平行部分； 在環狀試片時，對於全體，如果厚度及寬度或線徑之差異超過 0.1 mm 者、異物混入者、有氣泡者及有損傷之試片，均不得供試驗用。 4.4 試驗方法 4.4.1 試驗條件 (1) 試驗室之標準溫度係依 CNS 3552 第 5.1 節試驗室之標準狀態之規定。 (2) 試樣及試片之保管係依 CNS 3552 第 5.2 節試樣及試片之保管之規定。 (3) 試片之熱性狀態調節係將試片於 70保溫 3 小時，然後，機械性狀態調節或在試驗前應於試驗室之標準溫度下保管 16 小時以上至 48 小時以內 (2)。 註

13、(2) 在某些試樣，尤其熱塑性橡膠，因內部包含應力，由於施行熱性狀態調節而可以緩和此等應力，且可改善試驗結果之再現性。 (4) 試片之機械性狀態調節係在試驗室之標準溫度下實施，將試片壓縮至與試驗所用相同變形，並立即恢復至原狀。將此情形作為 1 循環，共反覆5 循環。此項機械性狀態調節係完成熱性狀態調節後，在即將試驗時實施 (3)。 註 (3) 機械性狀態調節係為提升試驗結果之再現性而施行。多數試樣，尤其對於含大量填充劑之配合物有效。但將機械性狀態調節在最終製品實施時，有與製品本質上之實用結果不相符合之情形。對5 CNS 10020, K 6748 於這種情形時，可省略機械性狀態調節。若省略機械

14、性狀態調節時，應在試驗結果予以記錄。 (5) 試驗溫度有標準試驗溫度及其他試驗溫度二種規定。標準試驗溫度為23，標準許可差為 2。如果需要較嚴格之許可差，則該許可差為1。按， ISO 3384： 1999(E)規定所有溫度之許可差應為 1。其他試驗溫度應自表 3 所列數值中選擇。 表 3 其他試驗溫度 單位： 試驗溫度 許可差 85 70 55 40 25 10 0 2 40 55 70 85 100 1 125 150 175 200 225 250 275 300 2 (6) 試驗時間為 (0 2168)小時。在試驗中途測定壓縮力之時間規定為， 3 小時0 10分， 6 小時0 20分，

15、(240 5.0)小時及 (720 2)小時。進一步，如欲施行長時間試驗時，應用時間之對數刻度。 再者，若為 B 法時，試片之 2 小時溫度調節不計入試驗時間。 (7) 試驗變形為 (25 2)%。若無法達到 25%變形時，亦可用自 (15 2)%之變形開始以每次增加 5%之試驗變形。 (8) 試驗用液體係依 CNS 3562硫化橡膠或熱塑性橡膠耐液性試驗法第4.4 節試驗用液體所規定之液體中選擇。 4.4.2 操作方法 (1) A 法 (a) 將烘箱及壓縮裝置預熱至試驗溫度。 (b) 使試片壓縮板之 表面清潔，並薄塗潤滑劑 (4)。對於在液中試驗時，於試片與壓縮板間之表面薄塗試驗所用液體。

16、(c) 為獲得試片之溫度平衡，將試片置 於壓縮板上在烘箱內並於試驗溫度下最少預熱 30 分鐘 (5)。 (d) 將試片在自 30 秒至 120 秒之間壓縮至試驗變形，然後，保持此壓縮比例至試驗完畢為止。 (e) 在與壓縮完畢同時開始時間之測定，於 (30 1)分鐘後以 1%之精度測定壓縮力，將其作為初期壓縮力oF 。 (f) 然後在每規定之時間測定壓縮力 F(t)。 再者，壓縮力之測定，均應在試驗溫度下施行。 註 (4) 潤滑劑應使用對橡膠不致發生作用者，例如，矽氧油、氟化矽氧油等。 6 CNS 10020, K 6748 (5) 對於 150以上之試驗時，依 CNS 3552 之參考 (對硫

17、化橡膠試片狀態調節時間 )有必要預熱更長時間。 (2) B 法 (a) 使試片壓縮板之 表面清潔，並薄塗潤滑劑 (4)。對於在液中試驗時，於試片與壓縮板間之表面薄塗試驗所用液體。 (b) 在試驗室之標準狀態下，將試片挾在壓縮板間。 (c) 將試片在自 30 秒至 120 秒之間壓縮至試驗變形，然後，保持此壓縮比例至試驗完畢為止。 (d) 在與壓縮完畢同時開始時間之測定，於 (30 1)分鐘後以 1%之精度測定壓縮力，將其作為初期壓縮力oF 。 (e) 將壓縮之試片放入預先保持在規定試驗溫度之烘箱內，予以加熱。 (f) 經過規定之時間後，自烘箱取出試片，在 2 小時以內使試片及壓縮板恢復至試驗室

18、之標準狀態。 (g) 在試驗室之標準狀態下測定壓縮力 Ft。以後，反覆此項操作，測定每規定時間之壓縮力。 再者，壓縮力之測定，均在試驗室之標準狀態下施行。 4.5 計算：壓縮應力鬆弛係依式 (1)計算。 100)( =otocFFFtR (1) 式中， Rc(t)： t 小時後之壓縮壓力鬆弛 (%) oF ：初期壓縮力 (N)kgf Ft： t 小時後之壓縮力 (N)kgf 4.6 試驗結果之修整方法：試驗結果係將測定值之中位數依 CNS 2925規定極限值之有效位數指示法之規定修整至整數位表示之。 再者，對於經修整之中位數，若每個別之測定值差異超過 10%時，再以 3 個以上試片反覆施行試驗

19、，求取全部試片之中位數。又，建議將時間 t 之對數與壓縮應力鬆弛 Rc(t)間之應力鬆弛曲線作圖。 4.7 記錄：對於試驗結果，應記錄下列事項。 (1) 適用之 CNS 總號 (2) 試片之細節 (a) 試片之形狀、尺度及經歷等之細節 (b) 配合之細節、硫化時間及溫度 (c) 試片之採取及製作方法 (3) 試驗之細節 (a) 所使用試驗方法 (A 法或 B 法 ) (b) 試片之種類 (c) 壓縮力測定裝置 (d) 試驗室之標準溫度 7 CNS 10020, K 6748 (e) 試片狀態調節之溫度及時間 (f) 試驗時間及試驗溫度 (g) 試驗變形 (25%，或其他 ) (h) 所使用之潤

20、滑劑或浸漬液 (4) 試驗結果 (a) 試片數 (b) 壓縮應力鬆弛及或應力鬆弛曲線 (5) 試驗年月日 (6) 其他必要事項 5. 拉應力鬆弛試驗 5.1 目的：本項試驗係 給長方形試片施予規定之拉伸變形 (6)，求取在規定之溫度將該變形維持規定時間時之拉力與初期 拉力間之變化，以檢查拉應力鬆弛特性而施行。 註 (6) 拉伸變形係在夾具間距離測定。 再者，對於拉應力鬆弛試驗，有下列二種方法。 (1) A 法：將試片及拉伸裝置預熱至試驗溫度，在試驗溫度拉伸試片，並在試驗溫度測定初期及其後拉力之方法。 (2) B 法：將試片之拉力及初期拉力之測定在試驗室之標準狀態施行，在規定溫度及規定時間下加熱

21、後，使試片及拉伸裝置恢復至試驗室之標準狀態，並在試驗室之標準狀態下測定拉力之方法。 5.2 試驗裝置：由拉伸裝置、拉力測定裝置及烘箱所構成，分別依下列規定。 (1) 拉伸裝置：拉伸裝置應具有試片夾具，將試片拉伸至規定之拉伸變形，可將夾具間距離一直以 1%之精度維持至試驗完畢為止者。 (2) 拉力測定裝置：拉力測定裝置應可將試驗期間之拉力以 2%之精度測定者。 (3) 烘箱：烘箱應為 CNS 3556 所規定之抗熱性試驗用 (或 Geer 式老化試驗機 )者。 備考： 試驗裝置之拉伸裝置，若能滿足上述要件時，亦可用 CNS 9470拉伸試驗機所規定精度 2 級以上之拉伸試驗機。 5.3 試片 5

22、.3.1 試片之形狀及尺度：依表 3 之規定。 表 3 拉應力鬆弛試驗用試片之尺度 單位： mm 形狀 厚度 寬度 長度 長具間距離 長方 1號形 2 0.2 5 100 40 0.4 長方 2號形 2 0.2 10 60 20 0.2 長方 3號形 1 0.05 4 25 70 80 50 0.5 5.3.2 試片之採取製作：係依 CNS 3552 第 5.5 節之規定。 8 CNS 10020, K 6748 5.3.3 試片數：係依第 4.3.3 節之規定。 5.3.4 試片之厚度及寬度之測定：係依 CNS 3552 第 5.6 節之規定。 5.3.5 試片之挑選：係依第 4.3.5 節

23、之規定。 5.4 試驗方法 5.4.1 試驗條件 (1) 試驗室之標準溫度係依第 4.4.1(1)節之規定。 (2) 試樣及試片之保管係依第 4.4.1(2)節之規定。 (3) 試片之熱性狀態調節係依第 4.4.1(3)節之規定。 (4) 試驗溫度係依第 4.4.1(5)節之規定。 (5) 試驗時間係依第 4.4.1(6)節之規定。 (6) 試驗變形係由夾具間距離求取並規定為 (50 5)%。若無法達到 50%變形時，亦可用自 (20 2)%之變形開始以每次增加 5%之試驗變形。 5.4.2 操作方法：操作方法分別依下列規定。 (1) A 法 (a) 將烘箱及拉伸裝置預熱至試驗溫度。 (b)

24、將試片以不致變 形之狀態下安裝 (7)於拉伸裝置之夾具上，並放入烘箱內。 (c) 為獲得試片之溫度平衡，在試驗溫度下至少預熱 10 分鐘。 (d) 然後，在 1 分鐘以內將試片拉伸至試驗變形，並保持該伸長率在 1%以內。其後，一直保持此伸長率至試驗完畢為止。 (e) 在與拉伸完畢同時開始時間之測定，如果為未滿 70時在 3 分鐘後，若為 70以上時在 36 秒鐘後以 1%之精度測定拉力，將此作為初期拉力oF 。 (f) 然後，在每規定時間測定拉力 Ft。 再者，拉力之測定，均在試驗溫度下施行。 (g) 試驗完畢後，觀察試片表面，若有龜裂時，記錄於試驗結果。 註 (7) 為去除將試片安裝於夾具時

25、所發生之撓曲，有必要作撓曲之修正。撓曲之修正應以 0.05 N0.005 kgf以下之力施行。 (2) B 法 (a) 在試驗室之標準 狀態下，將試片以不致變形之狀態安裝 (7)於拉伸裝置之夾具上。 (b) 然後，將試片在 1 分鐘以內拉伸至規定之拉伸變形，並保持該伸長率在 1%以內。其後，在試驗期間一直保持此伸長率。 (c) 在與拉伸完畢同時開始時間之測定，在 3 分鐘後以 1%之精度測定拉力，將此作為初期拉力oF 。 (d) 在預先經保持 規定的試驗溫度之烘箱內放入已施予試驗變形之試片，並施行加熱。 (e) 經過規定之時間後，自試驗槽取出試片，在 2 小時以內使試片及拉9 CNS 1002

26、0, K 6748 伸裝置恢復至試驗室之標準狀態。 (f) 在試驗室之標準狀態下測定拉力 Ft。以後，反覆此項操作，測定每規定之時間之拉力。 再者，拉力之測定，均在試驗室之標準狀態下施行。 5.5 計算：拉應力鬆弛係依式 (2)計算。 100)( =otoTFFFtR (2) 式中， RT(t)： t 小時後之拉應力鬆弛 (%) oF ：初期拉力 (N)kgf Ft： t 小時後之拉力 (N)kgf 5.6 試驗結果之修整方法：試驗結果係將測定值之中位數依 CNS 2925 之規定修整至整數位表示之。 再者，對於經修整之中位數，若個別之測定值差異超過 10%時，再以 3 個以上試片反覆施行試驗

27、，求取全部試片之中位數。又，建議將時間 t 之對數與拉應力鬆弛 RT(t)間之應力鬆弛曲線作圖。 5.7 記錄：對於試驗結果，應記錄下列事項。 (1) 適用之 CNS 總號 (2) 試片之細節 (a) 試片之形狀、尺度及經歷等之細節 (b) 配合之細節、硫化時間及溫度 (c) 試片之採取及製作方法 (3) 試驗之細節 (a) 所使用試驗方法 (A 法或 B 法 ) (b) 試片之種類 (c) 拉力測定裝置 (d) 試驗室之標準溫度 (e) 試片狀態調節之溫度及時間 (f) 試驗時間及試驗溫度 (g) 試驗變形 (50%，或其他 ) (4) 試驗結果 (a) 試片數 (b) 拉應力鬆弛及或應力鬆

28、弛曲線 (5) 試驗年月日 (6) 其他必要事項 10 CNS 10020, K 6748 引用標準： CNS 2925 規定極限值之有效位數指示法 CNS 3552 硫化橡膠物理試驗法通則 CNS 3553 硫化橡膠拉伸試驗法 CNS 3556 硫化橡膠老化試驗法 CNS 3562 硫化橡膠或熱塑性橡膠耐液性試驗法 CNS 7868 表面粗糙度 CNS 9470 拉伸試驗機 CNS 10489 型環 CNS 13728 橡膠詞彙 相對應國際標準： ISO 3384： 1999, Rubber, vulcanized or thermoplastic Determination of stress relaxation in compression at ambient and at elevated temperatures