DIN 53509標準解讀

發布於：2020-08-07

DIN 53509簡介

DIN 53509標準係由德國材料試驗標準委員會( NMP)下的 NMP 434“ 橡膠和合成橡膠的物理性能試驗” 工作委員會參考國際標準 ISO 1431-1： 1989 而製定的。除了參照上述標準的第 1 部分外，還采納了內含動態應力測定內容的 ISO 1431-2： 1982 和帶有臭氧濃度測定參考方法的 ISO 1431-3： 2000。在此本標準優先推薦采用的臭氧濃度測定方法不是按 DIN 52509-2 的化學方法，而是用一種紫外線光度測量法。

DIN 53509標準與 ISO 1431-1:1989 相比有下列不同:

- 在正常情況下相對空氣濕度應≤65%，僅限製上限。但如果製品將在潮濕的工況下應用，則應在 80~ 90%的相對濕度下進行試驗，

- 為了確保供給足夠的臭氧試樣表麵對臭氧流量的比率不得超過 25 s x m-1 的數值，

- 在方法 A 中，試驗時間推薦用 72 小時來代替原來的 48 小時，

- 在方法 B 中，要求對 96 小時不加限製，

- 在方法 A 中，不再規定用裂紋表來確定評定等級。不過必須說明，試驗後是產生了裂紋或者是沒有產生裂紋。倘若要求應拍片(照相)，

- 如果確有必要，允許采用隻有 2 毫米寬度的 T50-啞鈴片狀試樣來測定是否開始形成裂紋，

- 此外還允許對同時承受多種不同拉伸應力的試樣，即阿納魯斯( Annalus)試樣和被彎曲成一隻環狀的矩形試樣。

1.應用範圍和目的

本標準規定的試驗方法用於測定合成橡膠抗產生裂紋的性能，試驗時將試樣置於規定臭氧濃度下並使其承受伸長應力。臭氧是合成橡膠暴露在天然大氣中一段時間後造成損壞的主要原因。但在室內也會產生臭氧，特別是在有電氣放電和紫外線輻射源的區域。材料抗裂紋性能的好壞首先與臭氧的濃度和材料所承受的伸長應力有關。其它的影響因素還有溫度、空氣濕度、太陽光照射，空氣中的雜質和沉澱物等等。

按照本標準作靜態試驗時一律不考慮次生的與材料暴露在大氣中有關的所有因素，僅考慮恒定的伸長率以及恒定的臭氧濃度，溫度和空氣濕度。隻希望試樣能在靜態應力下進行試驗。

隻希望試樣能在靜態應力下進行試驗。

本試驗方法不適用於測定合成橡膠材料的耐光性。

2.本標準的參考資料

本標準中所采用的各種參考資料有的注明了出版日期，有的未注明出版日期。這些凡在標準正文中引用過的參考資料後麵均給予注明。其中帶有出版日期的引用標準屬於該標準後來修改或修訂過的版本。未注明出版日期的標準版本僅指有關標準的最後版本(包括修改版本)

DIN 7716 橡膠和樹膠製品—對儲存，清洗和維修的要求。

DIN 50014空調及其技術應用—標準空調設備

DIN 53502合成橡膠和帶有合成橡膠層織物的試驗—試樣—製造規程

DIN 53509–2橡膠和合成橡膠的試驗—合成橡膠在臭氧作用下加速老化—臭氧濃度的測定(推薦方法)

3.術語

1. 臨界伸長率

所謂臨界伸長率是指在規定的條件下受到臭氧作用而不會產生裂紋的最大伸長率.

4. 本試驗方法的基礎

將試樣置入試驗室的夾具中使其伸長到規定的尺寸,在規定的溫度和空氣濕度下呆一定的時間, 並在試驗過程中用帶有規定臭氧濃度的空氣流通過試樣表麵。最後對產生裂紋進行評定。

可采用以下方法進行試驗：

方法A

在經過預定的應力作用時間在預定的伸長率後評定裂紋圖。

方法B

在預定的伸長率作用下測定產生裂紋時的應力作用時間。

方法C

用最少量的四種不同的伸長率測定產生裂紋時的應力作用時間。

對於一定應力作用時間臨界伸長率的數據

5.試驗設備(儀器)

5.1 試樣夾具

夾具材料不得影響臭氧濃度的測量。適於采用鋁和不鏽鋼來製造。夾具上應避免帶有尖銳的鈍邊。夾具的形狀必須確保合成橡膠試樣測定的表麵可以和試驗室含臭氧的空氣相接觸，讓氣流流過試樣表麵。用螺紋虎鉗來夾緊條帶形試樣，用它使試樣伸長到80%。試樣未夾緊長度在未伸長狀態最少應為 40 毫米。

對啞鈴片狀試樣必須應用這樣的夾具，夾頭呈爪子形，試樣用於伸長部分的寬度為5 毫米，這部分未伸長前為 50 毫米長，可以一直拉伸到 90 毫米( 80%伸長率) 。環狀試樣應用圖 1 所示的夾具，試樣的最在伸長率約為 20%。

DIN 53509

對於成品必須應用相應的夾具。因為成品的硬度較大和織物對強度增強的緣故，用條帶狀試樣達不到要求的伸長率，可以將成品的截麵繞在一根心軸上，這樣一來便可以達到理想的伸長率。可用設備上預先作好的刻度線來控製伸長。

備注：在成品試樣上應防止加工麵受到臭氧的作用。

1. 試驗箱

試驗箱的內壁必須由一種不會對測量臭氧濃度產生不利影響的材料製造而成，例如用不鏽鋼。

試驗箱在進行試樣時必須保證溫度為±2°C 和相對空氣濕度為( 55±10) %。在試驗箱上設置了觀察孔，以便於不需開啟試驗箱(不間斷臭氧供給)的情況下便可觀察試樣。

防止試樣受到陽光和紫外線射線的直接作用。

設計試驗箱時應按照每cm2最少應有 10 cm3的試驗箱自由空間(體積)。此處的試驗箱自由空間(體積)是指去除了夾頭和夾具後試驗箱內的容積。

含臭氧的空氣通過試驗箱的流量應該達到計算要求的12 ~ 16 毫米 /秒，最低限度應達到 8 毫米/ 秒的流體速度。此計算的流體速度等於體積流量(體積/ 時間)除空氣流的有效橫截麵積所得的商。

為了能確保在試驗箱內各處能達到本標準 7.1 和 7.2 節規定臭氧濃度公差，溫度和相對空氣濕度，必須采用一種過濾板來分配導入的空氣或采用其它具有相同功用的設備。

建議在試驗箱內裝一隻輔助風機來加強空氣的循環，使試樣表麵得到明顯加快的空所運動( 600±100)毫米/ 秒，從而也更好的分配試驗箱內的空氣。

備注1 當不使用輔助風機時，試驗結果可能不一樣，此時需在試驗報告中加以說明。

備注2 很關鍵的一點是應確保試驗箱內臭氧分布的均勻性，要避免夾具阻擋空氣流的流動。為了更好地解決問題，可以采用其它的辦法，例如可以將夾具裝在一個回轉台上，讓在試驗過程中周期性地暴露在試驗箱一定的區域。在 ISO /DIS1431-1： 1986 標準中可以找到類似的資料和數據。

除了用新鮮空氣送入試驗箱外，也可以采用循環空氣加上部分新鮮空氣，推薦的新鮮空氣加入量建議不小於 3 x 試驗箱的容積 / 每小時。

為防止擾亂已建立起來的試驗條件，要求在試驗箱出口每分鍾抽取 1 ~ 3 升的空氣容積流量( Luft-Volumendurchfluss)並按 DIN53509-2 作臭氧分析。

1. 臭氧發生設備可以采用紫外線燈或放電管來作為臭氧源，在放電管中產生靜止放電。可供給空氣或氧氣。尤其是采用放電管通入空氣來產生臭氧時，必須保持非常幹燥(每立方米空氣中最多含 0.3 克水)。臭氧發生設備必須確保進入試驗箱前臭氧濃度，溫度和空氣流的相對濕度，應達到本標準第 8 節規定的有關的試驗條件並能在試驗過程中保持這些試驗條件。還可以用變化紫外線燈或放電管的電壓和新鮮空氣送入量來調節臭氧的濃度。

要求所用的臭氧源具有足夠大的功率。因為希望每次在打開試驗箱門，更換新的試樣或觀察試樣上麵是否發生裂紋，在關上箱門後，最遲應在半小時內再次調節到規定的臭氧濃度。

這種臭氧發生設備出來的含有臭氧的空氣不得含有氧化碳，油，灰塵和其它雜質。

臭氧濃度控製設備

可以采用按電化學或光度測量學方法原理工作的合適的設備來記錄試驗箱中隨時隨地在產生波動的臭氧濃度.。按照 DIN 53509-2 推薦的方法來檢驗這類設備。

6.試樣

本標準第6.1.1 節到 6.1.3 節規定了應用的試樣。其中用得最多的是帶狀試樣(Streifenproben)。

帶狀試樣和啞鈴片狀試樣能比環形試樣更精確地調節伸長率。

6.1 試樣的形狀和尺寸

6.1.1 帶狀試樣

厚度為( 2±0.2)毫米，長度不小於 10 毫米;長度未作明確規定，如果夾緊長度未規定，在未伸長狀態，應確保長度不小於 40 毫米。

6.1.2 啞鈴片狀試樣尺寸如圖。

圖暫缺

圖2 啞鈴片狀

6.1.3 環形試樣

厚度為(6±0.3)毫米, 邊長或直徑為(60±0.3)毫米。

這種環形試樣必須采用專用的夾具(參見第 5.1 節)，其最大伸長率約為 20%。

6.2 試樣的製造

按標準DIN 53502 製造試樣。可以從硫化橡膠板或者由製品加工出合適尺寸的試樣，尤其是對後一種直接從製品製取試樣的情況必須注意，加工時不得損壞硫化表層(硫化膜)。

備注：按本標準第6.1節如果該製品製造不了試樣時，也可以直接用製品進行試驗。

6.3 試樣的數量,每次最少用三隻試樣。

6.4 試樣試驗前處理

6.4.1 試樣在未受伸長狀態下的前處理

試樣在硫化處理後最快要等16小時, 最晚時間不要長於 4 星期進行試驗。製品在硫化處理和開始試驗之間的時段應盡可能不要超過三個月。另一方麵在向用戶供貨後最遲兩個月開始試驗。若采用其它的時間進行試驗，則需另外簽訂合同並在試驗報告中注明。

若需將帶有不同混合結構的硫化橡膠放置在一起用時，必須注意，在接觸另一種硫化橡膠時應盡可能更換混合添加劑(首先是臭氧保護劑)，它可以影響抵抗臭氧作用的性能。對此還可以在各個合成橡膠零件之間墊上鋁箔。

儲存時必須注意DIN 7716 標準，按照該標準規定要求控製儲存溫度，較好能將溫度保持在( 23±2) °C。

6.4.2 在受到拉伸狀態下的前處理

進行試驗評定的表麵必須是完好無損和清潔幹淨。要求清除掉表麵上的風化皮層。

試樣上這樣的部分在通過夾具鉗口夾持後(參見本標準第 5.1 節)會產生劇烈的變形，故在夾緊前這部分應塗上一層防臭氧腐蝕的漆(例如一種以磺化氯的聚酯為主的漆)(原文為“auf der Basis von chlorsulfoniertem Polyethylen“ ——由於詞典中未能直接查到，故此譯名僅供參考——譯注)。在塗漆表麵和非塗漆表麵間的分界線不得和試樣的拉伸方向相垂直，而應該傾斜，不然的話，會在分界線上產生嚴重的裂紋。應避免采用可能會對合成橡膠性能產生不利影響的臭氧防護漆，例如矽酮油脂( Silikonfett)

在試樣接觸臭氧前，應先夾持在夾具中達到本標準規定的拉伸狀態(見本標準第7.4 和第 8 節) 48 ~ 72 小時，在仲裁情況下( in Schiedsf?lle )必須按 DIN50014-2350-2 調節到標準環境條件下處理拉伸狀態( 70-72)小時(預伸長)。

不管是在調節以及隨後的試驗中均應避免用手接觸試樣。

在同樣調節條件和應力條件下的試樣，其試驗結果必須具有可比性。

7.應力條件

7.1 臭氧濃度

本標準規定, 在試驗時采用的臭氧濃度主要為( 50±5) pphm ( pphm 是 part perhundred millions 的縮寫。 1pphm 等於在 108 體積份額的空氣中含有 1 體積份額的臭氧)。除此之外，還可以應用( 25±5) pphm， ( 100±10) pphm 和( 200±20)pphm 的臭氧濃度來進行試驗。

臭氧濃度的單位也可選用毫克/米 3。兩種單位間的換算關係如下式：

公式中的壓力 p 的單位為帕。溫度單位用 K(熱力學溫度)。在標準環境壓力和 20°C 溫度下可以采用下麵的簡單的換算關係：

50 pphm( V/V) =1 毫克/米 3。

備注:由於自然界大氣中的臭氧濃度比試驗實際采用的要低得多，故製品在實際應用中接觸到的臭氧濃度較低，實際上的交互作用較好。臭氧濃度單位問題可參見本標準前言。

7.2 溫度和相對空氣濕度

試驗溫度主要采用(40±2) °C。除此之外還推薦采用溫度( 23±2) °C 和( 30±2) °C。

本標準推薦的試驗箱內的相對空氣濕度在進行試驗時應達到(55±10) %。如果想采用其它的相對空氣濕度必須簽訂有關合同並在試驗報告中加以注明。

7.3 應力作用時間

試樣必須經過下述一種或多種應力作用時間(小時)後，再來評定裂紋生成圖( Rissbild)：

( 1.9-2) , (3.9-4), (7.8-8), (15.5-16),(23.5-24), (47-48), (71-72), (95-96),

對試驗方法A(見本標準第 9 節)主要選用的一種應力作用時間為(47-48)小時.

對試驗方法B和C應選用最長的應力作用時間( 95-96 )小時.

對試驗方法C 臨界伸長率主要用的一種應力作用時間為( 95-96 )小時.

7.4 試樣的伸長率

帶形試樣試驗時可選用下列一種或多種伸長率%:

(5±1), (10±1), 15±2), (20±2), (30±2), (40±2), (50±2), (60±2), (80±2)。

對於試驗方法A和試驗方法B ，如果隻需選擇一種伸長率的話，便推薦采用 20%。

對環形試樣在圖2 的夾具上進行彎曲時最大選擇的伸長率約為 20%。

試樣的裂紋傾向和伸長率有很大的關係，對製品的試驗來說希望盡可能采用實際應用的伸長率來進行試驗。

8.試驗的實施

圖3 表示實際進行試驗時設備布置的係統圖。

開始試驗箱內是空的，還沒有裝進試樣，先合上開關，使其達到如本標準第7節所要求的應力條件如臭氧濃度，溫度和相對空氣濕度。然後將按第6.4.2節前處理過的在夾具中的試樣放進試驗箱中。

最遲再過半小時(30分鍾) 必須重新回到前述的試驗條件。

DIN 53509

盡可能用試驗箱上內裝的窺視孔來評定試樣。隻不過在此時允許通過人造光源來照明以利於評定試樣。應盡量避免試驗中斷和不必要的打開試驗箱，實在免不了時應盡可能縮短開啟時間。因為試樣會頻繁地受到降低應力和鬆弛作用過程會導致臭氧化作用較長時間中斷，從而得出其它的試驗結果。開啟試驗箱時應避免臭氧的流失和臭氧發生器工作的中斷。因為幾乎每開啟一次試驗箱，即在試驗每次中斷後需要 30 分鍾才能再次恢複規定要求達到的試驗條件。

可用以下三種方法中的任一種方法進行試驗：

方法A

根據試樣宏觀磨片觀察評定。帶形試樣應按本標準第7.4 節使試樣達到規定的伸長率，主要為 20%。環形試樣的最大伸長率約為 20%。這種方法要求按本標準第7.3 節達到規定的應力作用時間，主要用 48 小時。

方法B

這種方法允許采用第7.4 節給出的一種或多種伸長率。如果隻用一種的話，主要用 20%。環形試樣的最大伸長率約為 20%。按第 7.3 節規定選擇應力作用時間。該作用時間到了後，再來確定試樣是否發生了裂紋。根據優先發現裂紋的時段，通常用中間時間來評定伸長數據。

方法 C

這種方法最低限度要用到第7.4 節規定的四種伸長率。並在經過按第 7.3 節確定應力作用時間後，檢查試樣是否發現了裂紋。每隻試樣均需測定最初發現裂紋的應力作用時間，臨界伸長率範圍有關的伸長率數據，在此也可以應用中間時間來評定。

上述所有測量方法在進行觀察時試樣均夾持在夾具上。

9.評定

評定工作要求被評定的表麵未經過加工和是沒有保護過的表麵。在評定時不考慮試樣邊緣的裂紋。

評定的方法取決於是應用第8節給出的哪種方法( A,B 或 C)。這三種試驗方

法均可以采用6 -8倍的放大鏡來觀察，看試樣表麵是否發生了裂紋。方法 A 可以不用放大鏡就可確定裂紋程度和等級。

方法A 是在規定的伸長率經過規定的應力作用時間後進行檢查(主要用 48 小時和 20%)，看是否發生了裂紋，如果有，則根據設備自動繪製的裂紋圖評定裂紋，故不需要用到放大鏡。它分為以下幾種評定等級：

0 級：無裂紋

1 級：短和窄的裂紋

2 級：長，稍寬一些的裂紋

3 級：長，寬的裂紋

也可以在其中再分成若幹中間等級。圖 4 給出了帶狀試樣分為 1-3 級典型的裂紋分布圖。

在評定時要測出裂紋的長度和寬度。對環形試樣還必須補充測定裂紋的深度。

為了能夠更精確地評定裂紋圖，研究臭氧保護劑的作用，可以參照下麵的裂紋等級—裂紋數量以及裂紋等級—裂紋長度表來評定裂紋.

裂紋等級	裂紋數量
0	0
1	1-2
2	3-9
3	10-24
4	25-79
5	80-250
6	>250（估計）

裂紋等級	裂紋長度（毫米）
A	剛剛能覺察出來
B	1-2.5
C	3-8
D	>8

在此根據 6.1.1 節選取帶形試樣，試樣長度用 60 毫米。

方法B，其試樣用標準規定的伸長率(多用 20%)在剛開始產生裂紋時求出要求的應力作用時間，這兩個數據均必須填入試驗報告內。

DIN 53509

方法 C 基於求出位於臨界伸長率時的伸長率範圍。即測定在規定應力作用時間內的最大伸長率 ε1%和最小伸長率 ε2? %。在 ε1 時所有進行試驗的試樣都還沒有發現裂紋。在 ε2 時所有進行試驗的試樣都出現了裂紋。

圖5 表示方法 C 臨界伸長率的圖示解法(線算圖)的一例。用此圖可一目了然地看出試驗結果，而不必多費口舌進行解釋。圖中縱坐標表示伸長率，橫坐標表示應力作用時間(縱、橫坐標均采用對數刻度表示數值。圖中斜線的上部表示開始觀察到裂紋後的試驗時間。即發生裂紋的區域。而斜線的下部虛線的上側表示開始發現小裂紋時的試驗時間，即沒有發生裂紋的區域。而虛線範圍內區域則表示應力作用時間達到 96 小時後測出的臨界伸長率。采用圖 5 這種線算圖的優點是通過任意選擇的應力作用時間便可很容易地估算出有關的臨界伸長率。但這種線算圖也有它的局限性，其曲線和合成橡膠的質量有關，即這種線算圖並不能適用於所有的合成橡膠若無其它的要求，應按最長的應力作用時間(最長 96 小時)來確定臨界伸長率。

DIN 53509

Dehnung in %:伸長率 %;Beansprungungsdauer in h: 應力作用時間(小時);Gebiet mit Rissbildung:發生裂紋區域; Prüfzeit, nach der erste Risse beobachtet wurden：發現第一條裂紋後的試驗時間; Prüfzeit, bis zu der keine Risse beobachtet wurden：未發現裂紋的試驗時間; Gebiet ohne Rissbildung：未發生裂紋的區域; Kritische Dehnung ε=4% für 96 h Beansprungsdauer： 96 小時應力作用時間後的臨界伸長率 ε=4%

1. 試驗報告

遵照本標準的規定，試驗報告中必須說明：

- 製品的種類，名稱和形狀;

- 試樣在製品上的取樣位置，如果由成品取樣的話;

- 試樣的形狀和尺寸;

- 成品試驗時夾緊的方法;

- 具體選擇的試驗方法( A， B 或 C)。

倘若應用的主要試驗條件不相同時，還必須給出：

- 臭氧濃度;

- 應力作用時的溫度;

- 應力作用時間：

- 當采用帶形試驗和啞鈴片狀試樣時的伸長率;