GB／T 40721-2021标准规范下载简介

GB／T 40721-2021 橡胶 摩擦性能的测定.pdf

在一定的法向载荷作用下，把两个试验面结合在一起。用机械装置拖动一个表面以一定速度在另 一个表面上滑动，监控和记录该过程阻力的大小。在任何情况下，摩擦力与法向载荷的比值是对应的摩 察系数。因为试验本身会改变表面状况以及结合面的温度，因此测得的摩擦系数在测量过程中可能会 变化。 在理想装置中，测力设备的作用线位于两个接触面的平面上。这一平面可以是水平的，也可以是垂 直的。

5.2施加多个指定法向载荷的方法

表面之间的法向载荷在1N~ 平的，可使用合适的码来提供法 荷：当试验轨道是垂直的DB34T 2196-2014 高速公路养护安全作业规程，应使用一个曲柄杠杆装置将垂直的重力转化为水平的法向力

使用一系列载荷传感器或单个具有多量程的载荷传感器，至少符合GB/T17200一2008中的1级 测力精度，连接在一个记录输出设备上，并将其固定在一个摩擦面上。在整个测量区间内，用范围值或 其他的方式表征摩擦力，精确到士1%，

5.4环境箱（当研究温度的影响时）

将试验装置和两个表面（除传感器）放在环境箱中，测量并记录温度，精确到0.5℃。环境箱内表面 不应与任何移动部件进行物理接触 注1：从试验环境中排除冷凝的空气是极其困难的，只能通过观察在试验表面形成的冰晶、颗粒或薄膜来进行评估 注2：为了避免在0℃或低于0℃的温度进行测试时形成冰的情况，需要非常干燥的空气（例如：相对湿度5 到10%

机相连接，则应选择具有高刚度的拉力机。实际上，这意味着拉力试验机的负载能力比被测最大 力大约20倍

5.6分离被测表面的方法

在每次测量后将仪器复位到其初始位置。这是必要的，因为表面历程对摩擦测试影响很大。 注：表面分离可手动或自动进行

每次测试应用到两个试验表面，一个表面是试验橡胶材料，另一个（试验轨道）表面可用试验橡胶 相同材料或者其他指定的可选材料

试验轨道应近似平面，但可选用带有纹理的表面， 试验轨道材料的两个线性尺寸都应比试样大（见6.3）。 较长方向的尺寸应满足至少50mm的线性行程 试验轨道可是经双方协商同意的任一表面。需进行比对试验时，宜选择下列其中一种： a）表面模压、片取或抛光的试验橡胶； b）表面抛光或研磨的浮法玻璃； c 特殊的表面抛光或研磨的不锈钢； d）表面研磨到规定光洁度的铸铁； e）规定粒度的树脂胶合纸。 注：测得的摩擦系数不仅取决于材料，还取决于试验轨道表面的光洁度（见D.1)

模压成型的试样或从成品切割的试样都可使用。试样数量应为三个。

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材料可在接收时的状态下进行测试，但进 面进行一定程度的标准调节。表面 重要，一般来说，在干燥情况下，粗糙表面的摩擦系数要小于光滑表面的摩擦系数，但在潮湿的情 要高于光滑表面的摩擦系数。因此，不同的制备方法将得到不同的摩擦系数

采用浮法玻璃或 不需要进行其他处理（见7.3）。 其他需要研磨的表面应使 纸进行机械研磨、抛光或手工研磨。 一般来说，从部层机上 无需再做其他处理

如果实际使用中存在污染情况，并且是商定试验条件中的一部分（见第13章），污染物予以保留，但 在准备过程中造成的污染，应尽可能去除。 污染物不一定能完全去除，有时摩擦系数会因残留的污染物而发生永久性变化。例如，完全去除硅 由是不可能的，因此，应选择合理的制备方法。如果研磨需要润滑剂，宜选择水性的，而不是油性的 同样，当用黏合剂组合试验件时，应确保试验表面不受黏合剂的污染。还应注意避免手上的油污污 染测试表面。 在污染发生时，按以下所述操作： 用干净、干燥的空气或类似气体吹掉表面所有散落的碎屑。 注1：管道压缩空气通常含油含水，不适合使用。 此外，选用干净的、干燥的、柔软的刷子刷掉碎屑。 当有污染物，如油脂，附着在表面上时，从下面的列项中选择合适的溶剂： a）加人少量洗涤剂的蒸馏水； b）纯蒸馏水； 自来水；

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d）乙醇； ） 异丙醇； f 丙酮； 8） 丁酮； h） 四氯乙烯； i） 甲苯。 选择的溶剂不应溶解或过度溶胀被清洁的表面。 注2：使用这些溶剂时要遵守健康和安全规则 通常情况下，需要高纯度的溶剂，因为使用不洁净的溶剂很容易造成进一步的污染。同样，用于清 洗的任何布或纸都不应接触储存容器的颈部，以避免污染容器内的溶剂。用湿的、有少许溶剂的亚麻布 或纸币（不应受溶剂影响），仅向一个方向擦试验表面。丢弃用过的布或纸币，使用新的纸币和溶剂重 复该过程两次。 当使用含有洗涤剂的蒸馏水后，再用蒸馏水洗涤表面三次去除洗涤剂。 在已知自来水非常纯净的地方，可在水龙头下进行冲洗。 注3：如果污染物是水溶性的，该清洁方法是最有效的。 保持表面垂直，从而排除多余的溶剂，并使表面在空气中十燥， 佩戴手套以避免表面沾上油脂，处理时仅接触试样的边缘。除试验表面外，不要将准备好的测试面 与其他任何表面接触。 根据第8章所规定的程序，对试样进行调节

d) 乙醇; e) 异丙醇； f) 丙酮; 丁酮; 四氯乙烯： i) 甲苯。

8.1硫化与试验的时间间隔

所有的试验，硫化和试验之间应至少间隔16h。对非成品试验，硫化和试验之间最长不应超过 28d，为确保试验可比，试验应尽可能在同一时间间隔内进行。对于成品试验，硫化和试验之间不应超 过90d。在其他情况下，应在收到样品之日起60d内进行测试

8.2样品和试样的保存

在硫化与试验之间的时间间隔内，样品和试样应尽可能完全地加以防护，避免可能导致其损坏的外 来影响，例如光、热、灰尘。 注: ISO 2230 给出了附加指南心

如样品需要打磨，打磨和试验之间的时间间隔应不小于16h，不超过72h。 除标准实验室温度外的试验，按照ISO23529对试样进行足够时长的调节，使试样达到平衡。

关于试验条件对摩擦特性影响的指导，见附录D

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准实验室温度下进行，或按ISO23529规定，选择双方协商同意的其他温度进行。 的温度下，水分会在试验表面凝结，会严重影响摩擦力的测试结果。为避免这种情况，需在湿度较 进行试验。同样的，为避免在0℃结冰的现象，需在非常干燥的环境中进行试验。

试验应在标准实验室温度下进行，或按ISO23529规定，选择双方协商同意的其他温度进 主：在低于露点的温度下，水分会在试验表面凝结，会严重影响摩擦力的测试结果。为避免这种情况， 低的环境中进行试验。同样的，为避免在0℃结冰的现象，需在非常干燥的环境中进行试验，

除另有规定外，试验应在50mm/min速度下进行。 注：速度加倍或减半，对摩擦力影响较小。在研究范围内，试验速度宜按10倍进行变化。当速度超过100 摩擦生热较大，不可忽略

外，试验应在50mm/min速度下进行。 减半，对摩擦力影响较小。在研究范围内，试验速度宜按10倍进行变化。当速度超过1000mm/min 交大，不可忽略

所选法向载荷应适合实际应用。 注：在实际应用未知的情况下，宜选载荷为10N、50N和100N

10试验轨道的清洁或更新

每次试验新试样时，试验轨道应清洁或更新。 注：随着试验的进行，轨道表面会发生变化，摩擦系数也会发生变化。在一系列涉及负载、温度和速度变化的试验 中，更新测试轨道是不实际的。然而在更换试样时，可更新或清洁试验轨道，这是最低要求。如条件允许，频繁 地清洁或更新试验轨道更为合适，

每次试验新试样时，试验轨道应清洁或更新。 注：随着试验的进行，轨道表面会发生变化，摩擦系数也会发生变化。在一系列涉及负载、温度和速度变化的试验 中，更新测试轨道是不实际的。然而在更换试样时，可更新或清洁试验轨道，这是最低要求。如条件允许，频繁 地清洁或更新试验轨道更为合适，

11程序A（初始摩擦测量）

11.1如试验温度不是标准实验室温度，将环境箱设置为指定温度，并使设备达到该温度。 11.2将试样安装在仪器上，用机械方式或黏合剂进行固定。如果在一个温度范围内进行试验，应在整 个温度范围内使用相同的固定方法。 11.3使用垫片或任意方式调整试样，使传感器的力和驱动设备的力作用线都位于试样与试验轨道的 接触面内。若偏移，记录偏移量，精确到0.5mm。 11.4将试样放在起始位置，并选择测试速度 11.5选择并施加法向载荷 注：使用水平装置时，法向载荷包括试样和底座的重量。 11.6操作装置，使接触面分离。 11.7将设备的力值记录范围设置到所需量程（力的范围约等于所加法向载荷）并检查零点。 11.8将调节后的试样与试验面贴合，并在5s内启动设备。 11.9试验结束后，再次将两个表面分开，并将设备恢复到初始位置 注：返回速度无需和试验速度相同。 11.10 按步骤11.8和11.9重复两次，共进行3次测试。 11.11 如试验轨道或试样有方向性纹理，则反转试验轨道或试样，重复步骤11.1到11.10。 11.12如要进一步测量，可选择合适的速度、温度和法向载荷，重复步骤11.1到11.10

12程序B(工况运行）

随着试验的进行，试样表面和试验轨道发生变化，摩擦系数也随之变化。如与工况运行相对

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后期的摩擦系数值可能比早期的值更有相关性。在这种情况下，按照12.2到12.4的步骤进行。 12.2按照11.1到11.10步骤进行。 12.3启动设备并重复11.8到11.9步骤50次或相关方同意的次数。 12.4启动记录装置并重复11.8到11.10步骤，再记录3次轨迹（见图2）

13程序C（添加润滑剂或污染物的试验）

13.1执行步骤11.1到11.6。

注：典型的润滑剂或污染物是水，如添加了清洁剂、油或油脂的水。 13.3执行步骤11.7到11.9。 注：在一个垂直的试验轨道上，可能有必要将润滑油或污染物连续喷涂到试验轨道上。 13.4重复步骤13.2和13.3两次，共进行3次测试。 13.5如要进一步测量，应选择合适的纹理方向、速度、温度和法向载荷，重复步骤13.1到13.4。 13.6拆卸设备，彻底清洗试验表面和安装试样的支架表面。如前所述，由于某些污染物，如硅油，不可 能完全去除。这种情况下，将试验轨道放置在一个标明污染物类型的密封的聚乙烯袋中，保留这个特殊 的轨道用于后面的同类试验。不应用于常规的摩擦测试

13.3执行步骤11.7到11.9

除试验中涉及的两种材料的样品编号和其他数据外，还要记录每组试验过程的法向载荷、试验速度 和试验温度，

15.2结果计算和表述（程序A和程序C)

典型的重复轨迹如图1所示。表面很少是完全均匀的，随看测试的进行，摩擦的一些变化是不可避 免的。此外，橡胶是一种粘弹性材料并随时间及施加的力而变化。这说明摩擦力通常取决于物体表面 接触以及运动时间的长短。因此，摩擦系数的重现性不好。这实际反映，随着测试的进行，接触的区域、 则试后表面的纹理和条件都随之变化。因此，在规定条件下，对两种材料之间的摩擦系数给出一个预其

值的范围是必要的。 检查记录11.10或13.4中的三个轨迹。标记并记录在不同情况下的中点摩擦力值（图1中F，，F2 和F：）。将测量的三个轨迹中的任一摩擦力除以所对应的法向载荷，作为摩擦系数，结果保留两位小 数。对三个试样分别重复进行，给出所有9个值（对于表面带有方向纹理的试样，会有18个值）。 摩擦系数结果取9个值的平均值，并保留两位小数。对方向性纹理的表面，分别给出两个方向获得 的平均值。 记录以上9（18）个轨迹的最大值和最小值（见图1中H和L）。同样，用这些值计算摩擦系数。这 些值给出了两个表面摩擦系数所在的范围，

图1显示高点和低点的典型摩擦轨迹

单一向上的峰值，如图1中A所示，通常是由于轨道上高摩擦材料的“介人”或者是点状污染导致 的，例如，一种黏合剂。而单一的瞬间谷值，如B所示，通常是由于一小部分的润滑污染或轻微的表面 不规则造成的。忽略这些短暂的偏移，因为它们实际上不是被测表面的属性，并计算剩余轨迹的结果 如有疑问，或者有多个尖峰、尖谷，则用新材料重新试验，

15.3结果的计算和表示（程序B）

程序B得到的典型轨迹如图2所示。通常，从第一个试验到最后一个试验有一个向上或向下的趋 势，第一个和第三个轨迹（A和C)之间的变化通常要比在最后三个轨迹（D,E和F)中观察到的摩擦水 平变化大得多。 因为这个试验是模拟工况实际运行，当轨道和试样发生交叉污染，最后三个轨迹更有意义。忽略轨 迹A、B和C.根据15.2中的步骤处理D.E和F

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图2在持续测试中典型的结果趋势

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试验报告应包括以下内容： a）试样的详细说明： 1）被测橡胶和所用试验轨道的详细说明； 2）混炼胶及硫化条件，若已知； 3）试样的制备方法，例如模压或裁切； 4） 表面的处理方式，以及已知的表面粗糙度（如使用树脂胶合纸的测试轨道，则用砂纸粒度 表示）。 b）1 试验方法和试验说明： 1）本文件编号； 2） 使用的程序（A、B或C)； 3 使用仪器的类型； 4） 试验条件，包括法向载荷、速度、温度和任何使用的润滑剂或污染物： 5） 试验前试样调节的时间与温度； 6） 任何与常规试验程序的差异，如两个试验表面接触平面与传感器的位移线间的偏移量。 试验结果： 1）摩擦系数平均值和9（18）个摩擦轨迹中摩擦系数的最大值和最小值； 2）表面有方向性纹理的试验方向； 3）如果需要，完整的摩擦轨迹图形； 心武验日相

试验报告应包括以下内容： a）试样的详细说明： 1）被测橡胶和所用试验轨道的详细说明； 2）混炼胶及硫化条件，若已知； 3）试样的制备方法，例如模压或裁切； 4 表面的处理方式，以及已知的表面粗糙度（如使用树脂胶合纸的测试轨道，则用砂纸粒度 表示）。 b） 试验方法和试验说明： 1）本文件编号； 2） 使用的程序（A、B或C)； 31 使用仪器的类型； 4） 试验条件，包括法向载荷、速度、温度和任何使用的润滑剂或污染物： 5） 试验前试样调节的时间与温度； 6） 任何与常规试验程序的差异，如两个试验表面接触平面与传感器的位移线间的偏移量。 试验结果： 1）摩擦系数平均值和9（18）个摩擦轨迹中摩擦系数的最大值和最小值； 2）表面有方向性纹理的试验方向； 3）如果需要，完整的摩擦轨迹图形； 小试验日相

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电力和摩擦力之间的偏和

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拖电力与传感器作用线在同一摩擦平面的结构

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在平面轨道上使用橡胶球是一种克服平面表面接触面积潜在问题的方法。如果已知橡胶的应 变特性，就可计算出接触面积。 根据Hertz(赫兹）的观点L4]，当光滑的弹性球接触光滑的平面时，接触的半径a由式（B.1)给出：

R球半径； W一负荷； E一一杨氏模量（或在橡胶的情况下是非常近似的值）。 摩擦理论表明摩擦力F与界面接触面积和界面的剪切强度S成正比，其关系由式（B.2)给出： F=元aS ··· (B.2 代人上面的Hertz方程，摩擦力F和垂直负荷W之间的关系由式（B.3)给出：

摩擦系数u由式(B.4)给出：

然而，在实际使用中很少遇到这种非常理想化的模型。当球面和平面之间接触时，一般认为各自都 有一定程度的粗糙度，或者有多个接触点进行接触，Archardts建立了式（B.5)的方程：

的讨论6]。圆柱与平面之间的接触可进行类似的分析

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如果当法向载荷降为0时，仍然有一种力阻碍运动，即在表面之间有黏合（例如：汽车挡风玻璃上的 证件卡套），这种现象通常被称为“黏附”。因为当没有黏性，阻碍的力似乎只有摩擦力。静电电荷和毛 细管吸引力也可能产生表面之间的黏合。这相当于增加了外部所施加的法向力。 由于这种黏合力的大小很少为人所知，摩擦系数通常仅根据施加的法向载荷来计算。如果忽略黏 合或者把它并人法向力计算，都会得到一个较高的摩擦系数。 通常表面之间的黏附取决于接触时间，一般来说，黏合随时间增加。这说明随接触时间的延长阻碍 运动的摩擦力而增加。因为外部的法向力是恒定的，所以在接触时间越长的情况下，摩擦系数也越高。 因此，在任何试验程序的不同试验中，保持接触时间相对恒定是很重要的（最好是短时间，除非正在 对黏附的影响进行研究）。这可以通过两种方式来实现：一种是在物体表面被合并之前开始运动；另 种是设定从表面接触到开始运动的限制时间。通常，与粗糙表面相比，光滑表面的黏附问题更大，因此 在进行材料比较时，相对于完全光滑的表面，在轻微粗糙度的表面（如，ISO42872]中定义的粗糙度 力的数值取决于表面接触的时间以及施加剪切力的上升速率，其静摩擦力很难测量。 通常，橡胶的静摩擦力很小，所以无论施加多小的剪切力，试样都会移动。然而，因此产生的运动速 度很小，以至于要花几周时间才能检测到这些可察觉的运动。 此外，几乎不可能将法向力为0的静摩擦力与黏附区分开，通常两者都是混淆的。本文件中描述了 利用选择若十的速度测量摩擦力的方法，以仪器的最低速度进行测量可获得一个接近于0速度的初始 滑动的趋势（与上面提到的缓慢移动相对应）。 测量静摩擦力或黏附的仪器宜基于缓慢上升的梯度力，而不是选定速度。它还需要一个非常灵敏 里描述的一般方法可用来测量静摩擦力或初始摩擦力

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在一个非常粗糙的轨道上，摩擦系数与平滑轨道上的摩擦系数可能大不相同。这在润滑条件下尤 其明显。 如果粗糙程度足以导致橡胶表面的切割（比如采用非常粗糙的石榴石砂纸），那么切割橡胶表面所 故的功，在观察者看来是克服摩擦做的功。这就导致了观察到的摩擦系数比未发生切割作用时测得的 摩擦系数要高， 同样，如果粗糙度具有波动性（比如，像钢丝网一样），那么橡胶表面就会反复变形。因为橡胶是 种粘弹性材料，能量在变形和恢复过程中损失。这种能量损失又表现为克服摩擦所做的功，导致观测到 的摩擦系数增大。这在潮湿的环境中尤其明显。橡胶的滞后损失越天，摩擦力就越大，但是这也带来了 不利影响，即滞后损失产生的热量导致橡胶温度升高。随之，温度的升高也将改变摩擦系数的值（见D.3）。 因此，规定橡胶和试验轨道的表面光洁度很重要，如果有更合适的在报告中给出。请注意BS1134 第1部分和第2部分L儿8]，其中提供了对表面结构进行评估的方式和指导。当把一种橡胶与另一种橡 校进行比较时，确保试验条件相同尤为重要

在摩擦力和实际接触面积之间存在着一种关系。当法向载荷增加时，实际接触面积会增加，摩擦力 也会增大。在较大范围的法向载荷下，摩擦系数基本保持不变（随负荷增大略微降低）。然而，在一个非 常高的负荷下实际接触面积将达到一个稳定值，如果法向载荷继续增大，摩擦力将保持稳定。这表明法 句载荷非常高时摩擦系数将降低。这样的高载荷通常超出了这里描述的仪器可进行研究的范围。

在本文件中不可能给出速度与温度之间的数学关系。但是增加速度等同于降低温度。其内在的关 系是由Williams、Landel和Ferry给出的L9]EJ/T 709-2014 固定式 X 和γ 辐射个人表面污染监测装置，并且Grosch提出了一个关于这个等式应用很好的概述L1o]。 理论说明，如果以摩擦力对速度的对数作图，将获得如图D.1中曲线（a）。升高温度曲线将向右移 动并获得同一图中曲线（b）。实际上，以非常高的速度时，摩擦生热会提高界面的温度，因此这些曲线 不能通过试验来确定。随着速度的增加，试验结果从曲线（a)开始到曲线（b)结束，在图D.2给出一个曲 线（）所示较宽的峰

D.5玻璃化转变温度T

低玻璃化温度的材料出现在右侧，而高班 传变温度的材料出现在相对靠左的位置，如图D.3所示

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在室温和本文件中考虑的速度范围内，大多数橡胶摩擦/速度都有正相关特性，并且这些特性使它 门在驱动带和类似的应用中非常有用。然而，一种具有相对较高的玻璃化转变温度的橡胶，在相对较低 的温度下使用，如5℃，摩擦/速度可能呈负相关特性，并且在这种情况下，驱动力或抓地力可能是不确 定和不稳定的，如图D.3所示。在这种情况下，补救办法是选择一种具有较低的玻璃化转变温度的橡 胶，尽管这样会有明显的较低摩擦系数

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GB/T 12060.11-2012 声系统设备 第11部分：声系统设备互连用连接器的应用图D.3玻璃化转变温度对摩擦曲线的影响

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[1]ISO2230Rubber products—Guidelinesfor storage [2JISO 4287Geometrical Product Specifications (GPS)—Surface texture:Profile method Terms,definitions and surface textureparameters [3JJAMES,D.L.,andNEWELL,W.G.:PolymerTesting,1980o,Vol.1,p.9. [4JHERTZ,H.:Journal fir reine und angewandte Mathematik,1882,Vol.92,p.156 [5]ARCHARD,H.(in Reference [6]) [6」BOWDEN,F.P.,and TABOR,D.:The friction and lubrication of solids—Part II,Oxford U niversity Press,1964,p.243. [7]BS1134:Part 1:1988,Assessment of surface texture—Methods and instrumentation [8]BS 1134:Part 2:1990,Assessment of surface texture—Guidance and general information [9JWILLIAMS, M.L.,LANDEL,R.F.,and FERRY,J.D.:Journal of the American Chemica Society,1955,Vol.77,p.3701. [10GROSCH.K.A.Proceedings oftheRoval Society.1963.Vol.A274.D.21