箱式紫外线试验箱测试橡胶输送带实验

一、实验目的

1. 考察橡胶输送带在紫外线照射下的物理性能变化，包括硬度、弹性模量、密度等参数的改变，了解其物理结构的稳定性。

2. 评估橡胶输送带在紫外线作用下的力学性能衰减情况，如拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度等，确定其在长期使用过程中的承载能力和抗破坏能力。

3. 分析橡胶输送带的老化性能，通过检测其表面龟裂、老化层深度、氧化程度等指标，研究紫外线对橡胶输送带老化过程的影响机制和速率。

4. 观察橡胶输送带在紫外线试验后的表面质量变化，包括颜色变化、光泽度损失、表面粗糙度增加等，评估其外观质量的耐久性和对使用性能的影响。

5. 根据实验结果，建立橡胶输送带性能与紫外线照射时间、强度等因素之间的关系模型，为橡胶输送带的设计、生产和维护提供参考依据。

二、实验设备

1. 箱式紫外线试验箱：具备精确的紫外线辐射控制功能，能够提供稳定的紫外线波长和强度输出。箱内配备均匀的光照系统，确保橡胶输送带样品表面受到均匀的紫外线照射。可调节紫外线辐射强度范围为 [低强度]-[高强度] mW/cm²，波长覆盖 UVA（315 - 400nm）和 UVB（280 - 315nm）波段，以模拟不同环境下的紫外线辐射情况。试验箱应具备良好的温度和湿度控制功能，温度范围可调节为 [低温度]-[高温度]℃，湿度范围为 [低湿度]-[高湿度]% RH，并且能够在实验过程中保持稳定的温湿度环境。

2. 电子万能试验机：用于测试橡胶输送带在紫外线照射前后的力学性能，如拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度等。试验机应具备足够的量程和精度，能够准确测量橡胶输送带在拉伸、撕裂等过程中的力学参数变化。配备不同类型的夹具，以适应橡胶输送带的各种测试要求，如拉伸夹具、撕裂夹具等。

3. 硬度计：如邵氏硬度计或国际橡胶硬度计，用于测量橡胶输送带在紫外线老化前后的硬度变化。硬度计应具有准确的测量精度和良好的重复性，能够根据橡胶输送带的硬度范围选择合适的测量标尺和测试方法。

4. 密度计：采用合适的密度测量方法，如排水法或气体置换法，用于测定橡胶输送带在紫外线照射前后的密度变化。密度计应具有较高的测量精度和稳定性，能够准确测量橡胶材料的密度值。

5. 显微镜或表面轮廓仪：用于观察橡胶输送带在紫外线试验后的表面微观结构和粗糙度变化。显微镜应具备足够的放大倍数和分辨率，能够清晰地观察到橡胶输送带表面的龟裂、老化层等微观特征。表面轮廓仪能够精确测量橡胶输送带表面的粗糙度参数，如 Ra（算术平均粗糙度）、Rz（轮廓大高度）等，以定量评估表面质量的变化情况。

6. 色差仪：用于测量橡胶输送带在紫外线照射前后的颜色变化，通过比较照射前后的颜色坐标值，计算出色差值，以定量评估颜色的变化程度。色差仪应具备准确的颜色测量功能和良好的稳定性，符合相关颜色测量标准。

三、实验样品

1. 选取具有代表性的橡胶输送带样品，样品应来自不同的生产批次或供应商，以确保实验结果的普遍性和可靠性。样品的尺寸应根据箱式紫外线试验箱的内部空间和测试设备的要求进行确定，一般可选择长度为 [长] m、宽度为 [宽] m 的矩形样品。在选取样品时，应注意避免样品表面存在明显的缺陷、损伤或杂质等，以免影响实验结果的准确性。

2. 对选取的橡胶输送带样品进行预处理，包括清洁表面、去除油污和杂质等。在实验前，使用精度为 0.01mm 的量具测量每个样品的厚度、宽度和长度等尺寸参数，并记录初始尺寸数据。同时，使用色差仪、硬度计等设备对样品的初始颜色、硬度等性能指标进行测量和记录，作为对比基准。

四、实验条件

1. 紫外线辐射强度

• 根据橡胶输送带在实际使用环境中可能受到的紫外线强度情况，设置箱式紫外线试验箱的紫外线辐射强度。选择多个强度水平进行测试，例如低强度为 [低强度值] mW/cm²（如 30mW/cm²），中强度为 [中强度值] mW/cm²（如 50mW/cm²），高强度为 [高强度值] mW/cm²（如 80mW/cm²）。在每个强度水平下，分别对橡胶输送带样品进行不同时间周期的照射，以研究紫外线强度对橡胶输送带性能的影响。

2. 温度和湿度

• 设定试验箱内的温度和湿度条件，以模拟橡胶输送带在不同气候环境下的使用情况。考虑到橡胶材料在高温高湿环境下更容易发生老化和性能变化，温度范围可选择 [低温值]-[高温值]℃，例如 20 - 60℃；湿度范围可设置为 [低湿度值]-[高湿度值]% RH，例如 30 - 80% RH。可以选择恒定的温度和湿度条件进行测试，也可以设置温度和湿度的循环变化模式，以更接近实际自然环境的复杂性。在实验过程中，应确保温度和湿度的控制精度在允许范围内，温度波动度不超过 ±[温度波动度允许值]℃，湿度波动度不超过 ±[湿度波动度允许值]% RH。

3. 照射时间

• 根据橡胶输送带的预期使用寿命和实际使用情况，确定紫外线照射时间。照射时间可从较短的周期开始，逐渐增加到较长的周期，例如从 100 小时开始，每次增加 100 小时，直至达到 1000 小时或更长时间。在每个照射时间节点后，对橡胶输送带样品进行性能测试和观察，记录橡胶输送带的各项性能指标变化情况。

五、实验步骤

1. 实验前准备

• 将箱式紫外线试验箱安装在通风良好、无阳光直射的实验室环境中，并连接好电源和相关设备。按照设备操作手册进行预热和校准，检查紫外线灯管的辐射强度、温度传感器、湿度传感器等设备部件的工作状态是否正常，确保试验箱能够稳定运行并提供准确的实验条件。

• 将准备好的橡胶输送带样品安装在试验箱内的样品架上，确保样品表面与紫外线灯管的距离均匀一致，并且样品之间互不遮挡，以保证每个样品都能接受到相同强度的紫外线照射。在安装样品时，应注意避免对样品表面造成损伤或污染。

• 将电子万能试验机、硬度计、密度计、显微镜或表面轮廓仪、色差仪等测试设备进行校准和调试，确保测试数据的准确性和可靠性。准备好相关的测试夹具和量具，以便在实验过程中对橡胶输送带的各项性能进行准确测量。

2. 初始性能测试

• 在将橡胶输送带样品放入紫外线试验箱之前，使用电子万能试验机对每个样品进行拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度等力学性能测试。按照标准的测试方法和程序，设置合适的拉伸速度和测试夹具，记录橡胶输送带在初始状态下的力学性能参数。

• 使用硬度计测量橡胶输送带样品的初始硬度，根据橡胶输送带的材质和硬度范围选择合适的硬度计类型和测量标尺，如邵氏 A 硬度或邵氏 D 硬度，在样品的不同位置进行多次测量，取平均值作为初始硬度值。

• 使用密度计测量橡胶输送带样品的初始密度，采用适当的密度测量方法，如排水法或气体置换法，确保测量结果的准确性。记录每个样品的初始密度值，作为后续密度变化分析的对比基准。

• 使用色差仪测量橡胶输送带样品的初始颜色坐标值（如 Lab 值），计算出初始色差值作为颜色对比的基准。同时，使用显微镜或表面轮廓仪对橡胶输送带样品的表面微观结构和粗糙度进行初步观察和测量，记录初始表面状态的相关参数，如表面粗糙度 Ra、Rz 等。

3. 紫外线照射实验

• 根据实验设计的紫外线辐射强度、温度和湿度条件，设置箱式紫外线试验箱的参数。启动试验箱，开始对橡胶输送带样品进行紫外线照射。在照射过程中，实时监测试验箱内的温度、湿度和紫外线辐射强度，确保实验条件的稳定性。如果发现实验条件出现偏差，应及时进行调整和修正。

• 按照预定的照射时间周期，定期从试验箱中取出部分橡胶输送带样品进行性能测试和观察。在取出样品时，应小心操作，避免对样品造成额外的损伤或影响测试结果。将取出的样品在室温下放置一段时间，使其恢复到室温状态后再进行测试。

4. 中间性能测试

• 在每个照射时间周期结束后，对取出的橡胶输送带样品进行外观检查。使用肉眼观察橡胶输送带表面是否出现颜色变化、光泽度损失、表面龟裂等现象，并使用相机对样品的外观进行拍照记录，以便后续对比分析。对于颜色变化，使用色差仪再次进行测量，记录照射后的颜色坐标值，并计算与初始值相比的色差值，以定量评估颜色的变化程度。光泽度损失可通过肉眼观察或使用光泽度仪进行测量（如果需要更精确的光泽度数据），并与初始光泽度进行对比。使用显微镜或表面轮廓仪对橡胶输送带表面的龟裂情况和粗糙度变化进行详细观察和测量，记录龟裂的数量、长度、深度以及表面粗糙度参数的变化情况，如 Ra、Rz 的增加值等。

• 对橡胶输送带样品进行力学性能测试，使用电子万能试验机按照相同的测试方法和程序，再次测量拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度等力学性能参数。将照射后的力学性能数据与初始数据进行对比，分析力学性能的衰减情况，计算各项力学性能指标的下降率，如拉伸强度下降率、断裂伸长率下降率等。

• 使用硬度计再次测量橡胶输送带样品的硬度，观察硬度值在紫外线照射后的变化情况。在样品的不同位置进行多次测量，取平均值作为照射后的硬度值，并与初始硬度值进行比较，计算硬度变化量。

• 根据需要，对橡胶输送带样品进行密度测量，使用密度计采用相同的测量方法再次测定样品的密度，记录照射后的密度值，并与初始密度值进行对比，分析密度的变化情况。密度的变化可能反映了橡胶输送带在紫外线照射下的内部结构变化和材料成分的损失情况。

5. 终性能测试与数据分析

• 在完成所有预定的紫外线照射时间周期后，对剩余的橡胶输送带样品进行全面的性能测试，包括外观检查、力学性能测试、硬度测量、密度测量以及表面微观结构观察等项目，测试方法与中间性能测试相同。将终测试结果与初始性能数据和中间性能数据进行综合对比分析，绘制橡胶输送带各项性能指标随紫外线照射时间变化的曲线图表，直观地展示橡胶输送带性能在整个实验过程中的变化趋势。

• 通过对实验数据的分析，评估橡胶输送带在不同紫外线辐射强度、温度、湿度和照射时间条件下的性能表现。确定橡胶输送带在紫外线环境下的主要失效模式和失效机理，例如是由于紫外线导致橡胶分子链断裂、交联结构破坏、氧化反应加剧还是其他因素引起的性能下降。根据橡胶输送带性能的变化规律，建立性能与紫外线照射条件之间的数学模型或经验公式，以便对橡胶输送带在实际使用中的寿命和性能进行预测和评估。

• 根据实验结果，撰写实验报告。报告应包括实验目的、实验设备、实验样品、实验条件、实验步骤、测试结果、数据分析、结论以及建议等内容。对实验中发现的问题和异常现象进行深入讨论和分析，提出改进橡胶输送带抗紫外线性能的建议和措施，为橡胶输送带的研发、生产和应用提供科学依据和技术支持。

六、测试项目及评估标准

1. 物理性能

• 测试项目：使用密度计测量橡胶输送带在紫外线照射前后的密度变化。

• 评估标准：橡胶输送带的密度变化可以反映其内部结构和材料成分的变化情况。在紫外线照射过程中，如果橡胶发生老化、降解或其他化学变化，可能导致密度发生改变。一般来说，密度的变化应相对较小。例如，对于某一特定的橡胶输送带材料，在紫外线照射后，密度变化率不应超过 ±[具体密度变化率]%（如 ±3%）。如果密度变化过大，可能意味着橡胶输送带的内部结构发生了严重破坏或材料成分发生了显著变化，这将对其性能和使用寿命产生不利影响。

• 测试项目：通过电子万能试验机在拉伸测试过程中获取橡胶输送带的应力 - 应变曲线，计算其弹性模量。弹性模量反映了橡胶输送带在受力时的刚度和弹性变形特性。

• 评估标准：比较橡胶输送带在紫外线照射前后的弹性模量变化情况。一般来说，弹性模量的变化应在一定的合理范围内。如果弹性模量显著增加，说明橡胶输送带在紫外线作用下变得更硬、更脆，可能导致其在使用过程中容易发生断裂或损坏；如果弹性模量大幅下降，则表明橡胶输送带的弹性性能减弱，可能影响其正常的输送功能和承载能力。具体的弹性模量变化允许范围可根据橡胶输送带的实际应用场景和相关标准进行确定。

• 测试项目：使用硬度计测量橡胶输送带在紫外线照射前后的硬度变化。

• 评估标准：根据橡胶输送带的类型和使用要求，确定其初始硬度范围和硬度变化允许范围。例如，对于某一特定类型的橡胶输送带，初始硬度为 [具体硬度值 1]-[具体硬度值 2]（如邵氏 A 硬度 50 - 70），在紫外线照射后，硬度变化值不应超过 ±[具体硬度变化值]（如邵氏 A 硬度 5）。如果硬度变化超出了允许范围，可能会影响橡胶输送带的耐磨性、柔韧性以及与其他部件的配合性能。

• 硬度：

• 弹性模量：

• 密度：

2. 力学性能

• 测试项目：使用专门的撕裂夹具和电子万能试验机对橡胶输送带进行撕裂强度测试，测量其抵抗撕裂破坏的能力。撕裂强度是橡胶输送带的一项重要力学性能指标，对于在输送过程中可能遇到尖锐物体或边缘磨损等情况的橡胶输送带尤为重要。

• 评估标准：根据橡胶输送带的使用环境和要求，确定其初始撕裂强度的小值。例如，对于某一特定用途的橡胶输送带，其初始撕裂强度应不低于 [具体撕裂强度值 2] kN/m（如 30kN/m）。在紫外线照射后，撕裂强度会逐渐下降。一般规定，在经过一定时间的紫外线照射后，橡胶输送带的撕裂强度保留率不应低于 [具体撕裂强度保留率]%（如 50%）。撕裂强度保留率 =（照射后撕裂强度 ÷ 初始撕裂强度）×100%。如果撕裂强度保留率过低，说明橡胶输送带在紫外线老化后抗撕裂能力下降，在实际使用中更容易被撕裂损坏，从而影响输送系统的正常运行和安全性。

• 测试项目：通过电子万能试验机的拉伸测试，测量橡胶输送带在断裂时的伸长量与原始长度的比值，即为断裂伸长率。断裂伸长率反映了橡胶输送带的柔韧性和拉伸变形能力。

• 评估标准：与拉伸强度类似，确定橡胶输送带在初始状态下的合理断裂伸长率范围。例如，某橡胶输送带的初始断裂伸长率应在 [具体断裂伸长率范围 1]% - [具体断裂伸长率范围 2]%（如 200% - 400%）之间。在紫外线照射后，断裂伸长率也会随着老化而降低。通常规定，经过一定时间的紫外线照射后，橡胶输送带的断裂伸长率保留率不应低于 [具体断裂伸长率保留率]%（如 50%）。断裂伸长率保留率 =（照射后断裂伸长率 ÷ 初始断裂伸长率）×100%。如果断裂伸长率保留率过低，说明橡胶输送带在紫外线作用下变得脆硬，失去了足够的柔韧性，容易在使用过程中发生断裂，影响其使用寿命和可靠性。

• 测试项目：使用电子万能试验机对橡胶输送带进行拉伸测试，测量其在紫外线照射前后的拉伸强度，即橡胶输送带在拉伸过程中所能承受的大拉力与原始横截面积的比值。

• 评估标准：根据橡胶输送带的使用要求和相关标准，确定其在初始状态下的低拉伸强度要求。例如，对于某一类型的工业用橡胶输送带，其初始拉伸强度应不低于 [具体拉伸强度值 1] MPa（如 10MPa）。在紫外线照射后，拉伸强度会逐渐下降，当拉伸强度下降到一定程度时，可能会影响橡胶输送带的正常使用和安全性。一般规定，在经过一定时间的紫外线照射后，橡胶输送带的拉伸强度保留率不应低于 [具体拉伸强度保留率]%（如 60%）。拉伸强度保留率 =（照射后拉伸强度 ÷ 初始拉伸强度）×100%。如果拉伸强度保留率低于规定值，说明橡胶输送带的力学性能下降严重，可能无法满足实际使用中的承载要求。

• 拉伸强度：

• 断裂伸长率：

• 撕裂强度：

3. 老化性能

• 测试项目：通过肉眼观察和显微镜检查橡胶输送带在紫外线照射后的表面是否出现龟裂现象，并记录龟裂的数量、长度、深度和分布情况。表面龟裂是橡胶老化的一个重要标志，它会降低橡胶输送带的强度和密封性，影响其使用寿命和性能。

• 评估标准：根据橡胶输送带的使用要求和相关标准，对表面龟裂的程度进行定性和定量评估。定性评估可分为轻微、中等、严重等不同等级，例如，当龟裂数量较少、长度

• 表面龟裂：

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