車用密封膠條力學性能檢測與分析

肖衡　朱文明　楊泰隆

摘 要：車用密封膠條的可靠性影響乘車的舒適性和安全性。為了掌握密封膠條的使用狀態，提升密封膠條維護效率和降低維護成本，提出了一種基于密封膠條自然老化檢測數據的分析方法。按照國家標準檢測了密封膠條舊件的硬度、拉伸強度和拉斷伸長率等三項力學性能。從性能保持率的角度分析了密封膠條的劣化程度。使用3次拉格朗日插值多項式，對車用密封膠條使用壽命進行預測，結果顯示其使用壽命是128個月。

關鍵詞：車用密封膠條；自然老化；力學性能；壽命預測

1 前言

橡膠材料在使用過程中受環境因素的影響，其力學性能會逐漸劣化[1]，導致其密封效果下降、車門噪聲上升，因此需要掌握密封膠條的使用狀況和使用壽命，為實現密封膠條的可靠性維護提供理論基礎。

本文通過收集自然使用條件下的密封膠條舊件，并檢測其力學性能，獲得不同時刻更換下來的密封膠條力學性能數據，以此掌握密封膠條力學性能劣化規律，對密封膠條的力學性能進行分析。

2 分析方法

2.1 性能保持率

車用密封膠條的劣化程度可以用性能保持率進行描述，是指變量x相對于基礎元素A（x）的接近程度，本文依據密封膠條力學性能變化的一般規律，提出如下3個性能保持率的計算方法：

（1）硬度保持率

3 力學性能檢測

3.1 車用密封樣品收集

以江蘇某公司生產的三元乙丙橡膠材料的車用密封膠條為收集對象，收集密封膠條新件若干條，收集使用不同年限南京地域密封膠條舊件若干條，并對密封膠條進行編碼，以防混亂，如表1所示。

3.2 硬度檢測

執行GB/T 531.1-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗方法.第1部分：邵氏硬度計法（邵爾硬度）》[3]，以保證檢測的規范性。使用裁刀將密封膠條樣品切割成標準試樣，使用ZY-14硬度計進行檢測。在試樣表面不同位置進行5次測量，取中值為最終檢測結果。

3.3 拉伸性能檢測

拉伸性能包括拉伸強度和拉斷伸長率，均執行GB/T 528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠.拉伸應力應變性能的測定》[4]，使用裁刀將密封膠條樣品切割成啞鈴試樣，每組3個樣本，需要檢測3次。

使用ZY-3微機控制電子式萬能試驗機進行檢測。

拉伸強度和拉斷伸長率的數值需要通[此處分段、首行縮進。]過公式計算，三個樣本需要計算三次，取計算結果的中值為最終檢測結果，計算公式如下：

4 檢測結果及分析

4.1 硬度檢測結果分析

將硬度的檢測數據取中值，并根據公式（1）計算出硬度保持率。

對于密封膠條使用時間為99個月的舊件，時間跨度達到8年3個月，隨著使用時間的增加，其硬度呈遞增趨勢。從新品到使用時間52個月的硬度增加迅速，從使用時間52個月到99個月這一階段，硬度增加幅度很小，這表明車用密封膠條隨使用時間的延續，硬度劣化程度很小。

4.2 拉伸強度檢測結果分析

按照公式（5）計算拉伸強度數值取中值，并根據公式（2）計算出拉伸強度保持率。

隨著使用時間的增加，使用0到69個月的樣品拉伸強度呈遞減趨勢，但是對于序號4樣品拉伸強度卻出現了陡增的情況，不符合一般規律，屬于異常數據，可能是橡膠材料本身大變形、強非線性的特性，引起檢測結果出現了誤差，可以使用插值法予以修正。使用69個月的序號3樣品，其性能保持率降到0.79，大于0.5，可以正常使用。相對于同樣使用時間69個月的硬度保持率來說，拉伸強度的劣化速度比較明顯，因此，生產企業應對抗拉伸強度劣化方面做進一步研究。

4.3 拉斷伸長率檢測結果分析

按照公式（6）計算拉斷伸長率數值取中值，并根據公式（3）計算出拉斷伸長率保持率。

繪制拉斷伸長率隨時間的變化的曲線圖，如圖1所示。

從圖1可以看出，隨著使用時間的增加，拉斷伸長率呈遞減趨勢，遞減幅度顯著。

5 預測車用密封膠條使用壽命

對于圖1的拉斷伸長率（0，460）、52，372）、（69，334）、（99，278）四個數據點，可以構建3次Lagrange插值多項式。記Ln（x）為拉斷伸長率、xi為使用時間，結合公式（4），可構建3次Lagrange插值多項式如下：

L3（x）=1.58712×10-4x3-2.707×10-2x2-0.71364x+460 （7）

當取拉斷伸長率保持率0.5為臨界值時，即當拉斷伸長率L3（x）=230%，計算得出x=128，即以拉斷伸長率性能為密封膠條劣化程度的指標進行壽命預測，可以得出該密封膠條正常使用壽命為128個月。對于插值法來說，數據點越多，預測結果越精確。本文使用了4個數據點進行預測，預測結果相對粗糙，如若能獲得更多的數據點，這將對使用壽命的預測大有益處。

6 結論

6.1 車用密封膠條的力學性能劣化符合一般規律，其硬度隨時間的延續而增大，拉伸強度和拉斷伸長率隨時間的延續而減小。

6.2 從車用密封膠條的數據可以看出，該配方下的密封膠條抵抗硬度劣化效果顯著，抵抗拉伸強度和拉斷伸長率劣化效果弱于抗硬度劣化效果，需要改進配方提升抗拉伸強度和拉斷伸長率的能力，以達到整體效果的優良，延長其使用壽命。

6.3 以拉斷伸長率為預測指標、性能保持率0.5為臨界值，采用3次Lagrange插值多項式對車用密封膠條的使用壽命進行了預測，結果顯示，自然條件下使用的密封膠條的使用壽命是128個月。

基金項目：江蘇省軌道交通車輛門系統重點實驗室開放課題（KN17-17）.

參考文獻：

[1]貝廣常，謝發勤，姚小飛等.橡膠老化及其防護技術的研究概況[J].橡膠工業，2013，60（1）：58-61.

[2]關治，陸金甫.數值方法[M].北京：清華大學出版社，2006.

[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 531.1-2008，硫化橡膠或熱塑性橡膠 壓入硬度試驗方法第1部分：邵氏硬度計法（邵爾硬度）[S].北京：中國標準出版社，2006.

[4]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 528-2009，硫化橡膠或熱塑性橡膠.拉伸應力應變性能的測定[S].北京：中國標準出版社，2009.

[5]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T20028-2005，硫化橡膠或熱塑性橡膠應用阿累尼烏斯圖推算壽命和最高使用溫度 [S].北京：中國標準出版社，2005.