ICS 83.060 CCS G 40
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T40721—2021/ISO15113:2005
橡胶 摩擦性能的测定
RubberDetermination of frictional properties
(ISO15113:2005,IDT)
2022-05-01实施
2021-10-11发布
国家市场监督管理总局 发布国家标准化管理委员会 GB/T40721—2021/ISO15113:2005
目（（次
前言引言 1（范围 2（规范性引用文件 3（术语和定义 4（原理 5（仪器设备 6（试验表面 7（试样准备 8（试样调节 9（试验步骤 10（试验轨道的清洁或更新 11（程序A（初始摩擦测量） 12（程序B（工况运行 13（程序C（添加润滑剂或污染物的试验） 14（粘-滑 15（结果表示， 16（试验报告附录A（资料性）（设计原理：附录B（资料性）（球-面形状附录C（资料性）（静摩擦力与“黏附” 附录D（资料性）（其他参数... 参考文献
1.1
13
14
15
18 GB/T40721—2021/ISO15113:2005
前（（言
（（本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则（第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件使用翻译法等同采用ISO15113：2005《橡胶（摩擦性能的测定》。 与本文件中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：
GB/T2941一2006（橡胶物理试验方法试样制备和调节通用程序（ISO23529：2004，IDT）。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国石油和化学工业联合会提出。 本文件由全国橡胶与橡胶制品标准化技术委员会通用试验方法分技术委员会（SAC/TC35/SC2）
归口。
本文件起草单位：双星集团有限责任公司、赛轮集团股份有限公司、广州合成材料研究院有限公司、
高特威尔科学仪器（青岛）有限公司、常州毅立方圆复合材料科技有限公司、江苏明珠试验机械有限公司、上海瀚海检测技术股份有限公司、贵州轮胎股份有限公司、上海弘埔仪器技术有限公司、威海君乐轮胎有限公司、北京橡胶工业研究设计院有限公司。
本文件主要起草人：郭菲、肖茂颜、杨文真、谢宇芳、黄泰祐、于龙、宋雅婷、闫毅、张美玲、包达飞、 曾斓、杨转青、冯萍、苟登峰、金柱银、王尧文、谢君芳、孙斯文。
1 GB/T40721—2021/ISO15113:2005
引（（言
（（在测量摩擦力时，可使用各种几何组合，但每种组合都可能给出不同的摩擦系数值u。在特定情况下，每种组合可能都是适用的，但是在进行材料比较时，就需要使用一些指定试验条件的标准方法来进行试验。
片状橡胶试样最易于获得，并且在两个平面表面之间的测量更接近于实际使用状态，因此，这是最广泛使用的几何形状。对于这种几何形状，使用的测试装置需精心设计，以确保两个表面之间的接触可重复进行，这在附录A中进行讨论。
在具备橡胶模压条件时，一些人更倾向于使用半球形橡胶滑块和平面试验轨道。如果摩擦面不包含测力传感器和拖力的作用线，则会给出一个更明确的接触面积，并将相关误差最小化。然而，使用这种几何形状时，摩擦力与法向载荷不成正比（见附录B），且接触面积是通过橡胶模量来估算的，因此在引用摩擦系数值时应注意。该方法的缺点是试样需要专用模具来制备，无法直接使用橡胶成品。而且，由于某种程度上磨损和摩擦是不可分割的，持续的测试将在半球形测试滑块上产生一个“平面”。因此建议经常检查测试表面，以确保保持初始接触时的几何形状。
另一种“球-面”几何组合是将一个硬球在平坦的橡胶表面上进行滑动，这两种“球-面”组合不能完全等效。硬球通过橡胶表面时发生犁沟效应，会产生能量滞后损失，导致测得的摩擦系数结果偏高。然而，在某些情况下，这可能是一个更适用的方法。
尽管在“平面-平面”几何组合的接触面积上可能会出现一些不确定性，本文件仍采用这种几何形状的原因是它具有广产泛的实用性。但是，需强调，必须有一个设计合理的装置，使得传感器的作用方向在试样的接触平面内（见附录A）。该方法可适用于其他接触几何组合，以适应特定成品，包括附录B中列出的“球-面”几何组合。
本文件是基于直线运动，并在附录A中给出了试验布局的指导。由于摩擦产生热量，通常会将测
试速度限制在1000mm/min以下，以避免在界面上出现较大温升。如果使用条件涉及高速，则如附录 A所述，一种基于旋转运动的完全不同的方法更为适用。此处列出的试验方法能够以一系列固定速度测量动摩擦力。当最低速度降至运动几乎不可见，将给出近似零速度的摩擦行为（静摩擦）。这可能不同于附录C中所讨论的一些涉及黏合（黏附）因素的启动摩擦。该方法仅适用于测量初始摩擦力，前提是设备具有均匀加载的装置和足够灵敏的负荷传感器。在附录C中给出了关于静摩擦的讨论和正确的测量方法
橡胶摩擦是复杂的，摩擦系数取决于接触几何形状、法向载荷、速度、温度以及橡胶的成分。这些参数以及影响测量的其他因素在附录D中进行了讨论。
II GB/T40721—2021/ISO15113:2005
橡胶（摩擦性能的测定
1（范围
本文件提供了摩擦系数的测量原理，描述了橡胶与标准测试平面、橡胶材料本身或橡胶与其他指定表面之间摩擦系数的测定方法。
2（规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T17200一2008（橡胶塑料拉力、压力和弯曲试验机（恒速驱动）技术规范（ISO5893：2002 IDT)
ISO23529（橡胶（物理试验方法试样制备和调节通用程序（Rubber一Generalproceduresforpre paring and conditioning test pieces for physical test methods)
3（术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
摩擦系数（coefficientoffriction 在规定的试验条件下，两个平面表面之间阻碍运动的摩擦力与其法向力的比值注：摩擦系数是无量纲的，并且它的值也不局限于小于1的数字
3.2
接触面积（areaofcontact 两个试验表面（试验轨道和试样）之间的整个表观面积。 注：实际接触面积（见3.3)可能比这个面积小，
3.3
实际接触面积（realareaofcontact 两个试验表面全部微小接触面积的总和。
3.4
试验速度（velocityoftest 一个表面相对于另一个表面的驱动速度。 注：如发生了粘-滑（见3.5），该速度将是一个表面相对于另一个表面的平均速度。
3.5
粘-滑（stick-slip 由于两个表面间的实际相对速度在试验速度的两个极值间振荡，导致被测摩擦力产生相应振荡的
状态。
1 GB/T40721—2021/ISO15113:2005
3.6
试验轨道（testtrack 与测试橡胶接触的表面。 注：试验轨道可以与测试橡胶材料相同，也可以不同
3.7
试验温度（temperatureoftest 试验装置及其所处环境的温度注：由于摩擦产生热量，因此试验温度可能与一个或两个试验表面的实际温度不同
3.8
润滑剂（lubricant 加入两个表面之间降低摩擦系数的物质注：润滑剂通常是一种液体，但某些情况下会使用固体粉末，比如滑石粉。试验中通常会特意加入润滑剂。
3.9
污染物（contaminant 在任一试验表面上出现的非自身成分的物质注：污染物可起到润滑剂的作用，但在通常情况下，污染物是无意中引入的
3.10
黏附（stiction 当外部的法向载荷减小到0时，使一个表面相对另一个表面发生移动需要的力。 注：这明显是一个摩擦力，但因为法向力为0导致无法计算摩擦系数。参见附录C。
3.11
静摩擦（staticfriction 开始运动需要的摩擦力（即零速度时的摩擦力）。 注：有外部法向载荷时可计算出静摩擦系数。静摩擦经常包含一些黏附作用的因素。见附录C。
4（原理
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擦系数。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（仪器设备
5.1（装置
可附加两个摩擦表面，并能够在两个表面之间以一系列的固定速度（通常在0.5mm/min～1000mm
min之间）提供通常为100mm距离的直线运动。可使用专用设备，也可选用符合要求的拉力试验机 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～200N之间。当试验轨道是水平的，可使用合适的础码来提供法向
载荷；当试验轨道是垂直的，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。
2 GB/T40721—2021/ISO15113:2005
5.3（传感器
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%。
注：与5.2中所述的法向载荷范围相对应，测量的摩擦力很可能在0.1N～1kN之间 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%）。
5.5（避免粘-滑的方法
整个装置（包括传感器）需要尽可能的坚固，所有的连接都应用杆，而不是用线。如果装置设计为与拉力机相连接，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摩擦力大约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。
6（试验表面
6.1（总则
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。
6.2（试验轨道
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）（表面研蘑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）。
6.3（试样
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。
3 GB/T40721—2021/IS015113:2005
当使用平面试样时，试样尺寸应小于所选的试验轨道（见6.2），使其可在两个表面之间进行至少6s 的线性运动，同时在整个试验过程中保持与整个橡胶表面的接触（表观接触）。
试样的厚度一般应在1mm～8mm之间。当试验表面较薄时，应用黏合剂将其黏附在足够厚度的支撑物上。
注1：在某些情况下，接触面积可能会受到支撑物模量的影响，因此最好尽可能地使试样表面与支撑物的模量相
匹配。 试样在安装时不应被拉伸。 任何使用的黏合剂都不应过度溶胀或对试样产生其他不利影响。 为避免试样表面边缘有褶皱或坑洞，应对所有试样的边缘进行打磨倒圆角注2：为尽可能减少粘-滑，建议将低模量试样的厚度控制在4mm以下。 若试样是由成品制成的，可能很难切割出一个尺寸合适的平面。因此一个合适的试样可通过从成
品中裁取许多小件组合在一起制成（以雨刮条为例，取多段一定长度的雨刮条，构成一个平面）。
在三角形的三个角安装三个小试样，形成一个平面。对于安装更多试样的情况，需要通过额外的抛光或研磨来形成一个平面。或者使用附录A中所描述的几何形状。
7（试样准备
7.1（总则
材料可在接收时的状态下进行测试，但进行比对时应对其表面进行一定程度的标准调节。表面纹
理很重要，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，但在潮湿的情况下，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。
7.2（表面纹理
采用浮法玻璃或镜面金属制成的试验轨道应进行清洁，不需要进行其他处理（见7.3）。 其他需要研磨的表面应使用规定粒度的砂纸进行机械研磨、抛光或手工研磨一般来说，从剖层机上片取的试样，除清洗外，无需再做其他处理。
7.3（表面清洁
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，完全去除硅油是不可能的，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）（加入少量洗涤剂的蒸留水； b）（纯蒸馏水； c）（自来水； 4