什么是定伸应力？

定伸应力是指在橡胶材料受拉伸时，当其伸长达到一定比例时所需要施加的应力。这个指标对于橡胶材料的弹性和适用性有着重要意义。它可以帮助工程师了解橡胶在不同应用中承受拉伸的能力，尤其在需要橡胶保持其形状和尺寸的场合。什么是定伸应力? ¹

定伸应力是衡量橡胶材料等材料力学性能的关键指标。它被定义为在拉伸测试中，为使试样达到预设的长度变化（如原长的100%、200%、300%、500%等）时，单位横截面积上所需施加的负荷量。定伸应力反映了橡胶在特定拉伸条件下的表现，通常与橡胶的硬度和弹性密切相关。

定伸应力的单位

• 定伸应力通常以兆帕（MPa）或公斤力每平方厘米（kgf/cm²）表示。

• 示例：例如，若一个截面积为1平方厘米的试样在拉伸至原始长度的两倍时需要施加490牛顿（约50公斤力）的负荷，则其100%定伸应力为490帕斯卡（Pa）或50公斤力/平方厘米（kgf/cm²）。

重要性

• 定伸应力直观反映了材料在拉伸应力作用下的抵抗变形能力，是评估橡胶材料强度和韧性的一个重要依据。在工业应用中，了解材料的定伸应力有助于选择合适的材料以满足特定的性能要求。

在深入了解定伸应力之前，让我们先探讨什么是100%定伸，以及它在橡胶应用中的重要性。

100%定伸是什么意思？

100%定伸是指橡胶材料在拉伸测试中，拉伸长度达到初始长度的100%时所需施加的应力。这意味着橡胶在拉伸过程中达到了其初始长度的两倍。在实际应用中，100%定伸通常用来评估材料的弹性和应力响应。100%定伸应力的计算方法²

100%定伸应力用于测试橡胶的弹性，确保其在拉伸负荷下能有效恢复原状。

如何测定橡胶材料的100%定伸应力？

100%定伸应力的测定通常使用拉伸测试来进行。标准的测试方法是使用拉伸试验机，在规定的测试条件下，逐渐拉伸橡胶样品，直到其拉伸量达到初始长度的100%。此时测得的最大应力就是100%定伸应力。橡胶的弹性测试标准³

拉伸试验的步骤

1. 准备试样：
   • 选择符合标准的橡胶试样，通常采用哑铃形状的试样，以便于拉伸测试。
2. 使用拉力机：
   • 使用电子万能试验机或拉力机进行测试。这些设备能够精确测量施加在试样上的力和相应的伸长量。
3. 设置测试参数：
   • 在试验机上设置目标伸长率为100%。这意味着试样需要被拉伸至其原始长度的两倍。
4. 进行拉伸测试：
   • 启动拉力机，缓慢施加拉伸力，同时记录施加的力和试样的伸长量。确保在整个过程中监测试样的状态，以避免过快施加力导致材料损坏。
5. 读取数据：
   • 当试样被拉伸到原始长度的100%时，记录此时施加的力值。根据试样的初始横截面积计算定伸应力：
   • 例如，如果施加490牛顿的力在1平方厘米的截面积上，则100%定伸应力为490帕斯卡（Pa）或50公斤力/平方厘米（kgf/cm²）。
6. 重复测试：
   • 为确保结果的可靠性，建议对多个试样进行重复测试，并计算平均值。

注意事项

• 确保设备校准准确，以提高测量精度。
• 记录所有相关数据，包括温度和湿度，因为这些因素可能会影响橡胶材料的性能。
• 在测试过程中，避免对试样施加过大的初始应力，以免影响结果。

通过标准化的拉伸试验，可以准确测量100%定伸应力，帮助选择适合的橡胶材料。

100%定伸应力在不同橡胶材料中有何差异？

100%定伸应力在不同橡胶材料中存在显著差异，这些差异主要受到材料的化学组成、分子结构、交联程度以及添加剂的影响。以下是一些关键因素和不同橡胶材料的对比：

1. 橡胶类型的影响

• 天然橡胶（NR）：天然橡胶通常具有较高的100%定伸应力，因其分子链较长且具有良好的弹性和强度。天然橡胶的定伸应力通常在10-20 MPa之间，适用于需要高弹性和耐磨性的应用。

• 丁腈橡胶（NBR）：丁腈橡胶因其优良的耐油性和耐磨性，100%定伸应力通常较高，约为15-25 MPa。这使其在汽车密封件和油管等应用中非常受欢迎。

• 氟橡胶（FKM）：氟橡胶具有优异的耐高温和耐化学腐蚀性能，其100%定伸应力一般在20-30 MPa之间，适合极端环境下使用。

• 三元乙丙橡胶（EPDM）：这种材料的100%定伸应力通常在10-20 MPa之间，适合用于汽车密封条和屋顶防水材料。

2. 交联密度的影响

• 交联密度是影响定伸应力的重要因素。交联密度越高，材料的结构越稳定，定伸应力也相应提高。例如，通过硫化过程增加交联密度，可以显著提升橡胶的定伸应力，使其在拉伸时更具抵抗变形的能力。

3. 填料与添加剂

• 填料（如碳黑、硅石等）的种类和用量也会影响定伸应力。细小且表面活性强的填料可以增强橡胶与填料之间的相互作用，从而提高定伸应力。例如，添加适量的碳黑可以显著提升丁腈橡胶和天然橡胶的定伸应力。

4. 分子量与分子量分布

• 橡胶材料的分子量和分子量分布对其定伸应力有直接影响。较高的分子量通常意味着更强的分子间作用力，从而提高定伸应力。而较窄的分子量分布可能导致材料整体结构松散，降低定伸应力。

不同类型的橡胶材料在100%定伸应力方面存在显著差异，这些差异源于材料本身的化学性质、物理特性以及加工过程中所采用的方法。了解这些差异有助于在实际应用中选择合适的橡胶材料，以满足特定性能要求。

100%定伸应力对橡胶产品的性能有什么影响？

100%定伸应力直接影响橡胶产品的弹性、强度和耐久性。较高的定伸应力通常表示材料具有较强的结构抵抗力，适用于高强度的应用场合。另一方面，较低的定伸应力可能意味着橡胶更具柔韧性，但可能不适用于需要高负荷的环境。如何选择适合的橡胶密封材料⁴

100%定伸应力影响橡胶的使用寿命和强度，适合不同负载环境下的应用需求。

性能分析

高定伸应力的橡胶材料通常具有更好的抗拉强度和更长的使用寿命，适合于汽车、航空等行业。低定伸应力的橡胶更适合用于密封、减震等柔性需求较高的领域。

100%定伸应力在实际应用中有什么作用？

在实际应用中，100%定伸应力可以帮助确定橡胶在受力情况下的变形能力。特别是在需要橡胶保持结构或在压力下恢复原形的应用中，定伸应力是一个关键指标。例如，在密封件和垫圈应用中，橡胶需要在高压下仍保持密封性能，100%定伸应力就是评估这一能力的标准。100%定伸应力在密封应用中的作用⁵

100%定伸应力帮助评估橡胶在受力后是否能恢复其原形，广泛应用于密封件和垫圈等产品。

100%定伸应力在密封应用中的作用

在密封应用中，橡胶的定伸应力非常关键，因为密封件需要在一定的负载下保持弹性，确保长期有效密封。例如，汽车的轮胎、HVAC系统中的密封垫圈等都需要通过定伸应力测试来确保在长期使用中不会失去弹性或形状。

结论

100%定伸应力是评估橡胶性能的关键参数，它直接影响材料的弹性、强度和耐久性。理解这个指标对于选择合适的橡胶材料至关重要。

脚注: