ISO 56032024 硫化橡胶与钢丝绳粘合力的测定标准立项发展报告

硫化橡胶与钢丝绳粘合力的测定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Rubber,Vulcanized—DeterminationofAdhesiontoWireCord摘要关键词：硫化橡胶；钢丝绳；粘合力；剥离试验；国际标准；ISO5603AbstractTheadhesionperformancebetweenrubberandmetallicreinforcementmaterialsisoneofthecriticalfactorsdeterminingtheservicelifeandoperationalsafetyofrubbercompositeproducts.Thisisparticularlysignificantinhigh-strengthsteelcordreinforcedrubberproducts,suchasconveyorbelts,high-pressurehoses,tirecords,andrubberanti-vibrationcomponents,whereadhesionstrengthdirectlyaffectsstructuralintegrityandserviceperformanceunderdynamicloadingandsevereenvironmentalconditions.Withtheincreasingglobaldemandforqualitycontrol,safetyperformanceassessment,andmutualrecognitionininternationaltradeofrubberproducts,theInternationalOrganizationforStandardization(ISO)officiallyreleasedISO5603:2024"Rubber,vulcanized—Determinationofadhesiontowirecord"inApril2024.Thisstandard,whichsupersedesthepreviousedition,systematicallyspecifiesthetestprinciples,specimenpreparation,testingapparatus,testprocedures,andresultcalculationmethodsfordeterminingtheadhesionbetweenvulcanizedrubberandwirecord,providingaunified,scientific,andreproducibletestingbasisforrubberproductmanufacturers,third-partytestinginstitutions,andtechnicalregulatoryauthoritiesworldwide.Thisreportcomprehensivelyreviewstheprojectbackground,developmentprocess,maintechnicalcontents,andcoordinationwithrelevantdomesticandinternationalstandards,withemphasisonthetechnicaladvancementsintestparameteroptimization,equipmentprecisionrequirements,andenvironmentalconditioncontrol.Thepracticalsignificanceofthisstandardinpromotingthehigh-qualitydevelopmentofChina'srubberindustryandenhancingtheinternationalalignmentoftestingcapabilitiesisdiscussedindepth,alongwithrecommendationsforfuturestandardimprovementandapplicationpromotion.Keywords:vulcanizedrubber;wirecord;adhesionstrength;peeltest;internationalstandard;ISO5603一、引言橡胶与钢丝绳（钢帘线）的粘合体系是现代橡胶工业中最为重要的增强结构之一。自20世纪中期以来，钢丝绳增强橡胶制品凭借其优异的强度重量比、抗冲击性能和耐疲劳特性，在矿山输送、建筑施工、汽车制造、石油开采等国民经济支柱产业中获得了广泛应用。其中，输送带作为散状物料连续运输的核心装备，其覆盖胶与芯体钢丝绳之间的粘合质量直接决定了输送带的使用寿命和运行安全性；高压胶管中钢丝绳缠绕层的粘合性能则关系到管路系统的承压能力和密封可靠性。钢丝绳与橡胶的粘合是一个涉及物理吸附、化学键合和机械互锁等多重机制的复杂界面行为。影响粘合力的因素包括橡胶配方（如粘合体系类型及用量）、钢丝绳表面状态（镀层成分、表面粗糙度）、硫化工艺条件（温度、压力、时间）以及服役环境（温度、湿度、介质接触等）。因此，如何准确、可靠地测定硫化橡胶与钢丝绳的粘合力，对于橡胶制品配方的优选、生产工艺的优化、产品质量的稳定控制以及产品失效分析均具有不可替代的作用。ISO5603标准作为橡胶物理和化学试验方法标准体系中的重要组成部分，其历史可追溯至20世纪80年代。随着橡胶工业技术的不断进步，新材料、新工艺、新装备的涌现对粘合力测试方法提出了更高的要求。ISO/TC45（橡胶与橡胶制品技术委员会）及其下属SC2（物理和降解试验分技术委员会）根据行业发展需求，对ISO5603进行了持续修订和完善。2024年发布的ISO5603:2024版本是该标准的又一次重要更新，其在试验条件标准化、设备精度要求以及结果表达方式等方面均有所强化，体现了国际橡胶测试技术发展的最新成果。本报告旨在全面呈现ISO5603:2024标准的立项背景与编制过程，深入解析其核心技术内容，评估该标准与我国现行标准的协调性，并就其在我国的转化实施和应用推广提出建议。二、标准立项背景与编制过程2.1立项背景分析标准的修订需求主要源于以下几个方面的重要推动因素。行业技术发展的新需求。近年来，高强力钢丝绳输送带的应用场景不断拓展，带强等级从ST1000发展到ST10000以上，钢丝绳直径和结构形式日趋多样化。与此同时，橡胶配方体系中粘合促进剂（如间苯二酚-甲醛-白炭黑体系、钴盐粘合体系等）的更新换代对粘合力测试方法的适应性和分辨率提出了新要求。部分新型粘合体系在相同粘合力水平下的剥离破坏模式与传统的粘合体系存在差异，需要更精细的试验方法和判定准则加以区分和评价。国际标准协调一致性的要求。ISO5603与其他国际标准及区域标准（如ASTMD2229、DIN22332等）之间长期存在试验条件和结果可比性方面的问题。在全球贸易一体化背景下，同一产品采用不同测试方法可能获得具有显著差异的粘合力数据，给国际贸易和技术交流带来困扰。因此，通过修订ISO5603进一步统一试验条件、明确操作细节，对于增强不同标准体系间的可比性具有重要意义。设备技术和测试手段的进步。电子万能材料试验机的控制精度和数据采集能力大幅提升，数字图像相关（DIC）技术、声发射检测技术等新型测试手段逐步成熟，为更精确地捕捉剥离过程中的力值变化和破坏模式提供了技术可能。新版本标准有必要在设备精度要求、数据采集频率、环境条件控制等方面加以更新，以充分反映测试技术进步的水平。2.2立项与编制过程ISO5603:2024的修订工作由ISO/TC45/SC2（橡胶与橡胶制品技术委员会物理和降解试验分技术委员会）下的工作组WG1（物理试验）具体负责。该项目在ISO工作计划中被正式登记后，历经了工作草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）等各阶段的严格审查程序。在标准修订过程中，各成员国专家围绕试验参数选择、试样尺寸公差、剥离速率设定及数据处理方法等技术问题进行了多轮深入讨论。来自不同国家的意见反映了全球范围内在粘合力测试实践中的丰富经验和多样化需求。例如，关于剥离速率的选择，部分国家基于本国工业实践倾向于维持原有的较低速率（如50mm/min），而另一些国家则主张适当提高剥离速率以缩短试验时间并更接近实际应用中的应力加载状态。经过充分讨论和试验验证，各方最终在合理的范围内达成了共识。2024年4月9日，ISO5603:2024经ISO成员体投票通过后正式发布，原ISO5603:2012版本标准随即废止。三、标准主要技术内容解析3.1范围ISO5603:2024标准规定了测定硫化橡胶与钢丝绳（包括单根钢丝、钢丝绳及钢帘线）粘合力的试验方法，适用于以钢丝绳为增强骨架材料的各类橡胶制品——包括但不限于输送带、胶管、轮胎及其他工业橡胶制品——的质量控制、配方筛选和工艺优化。该标准不涉及纤维绳或有机纤维帘线与橡胶粘合力的测定，此类内容由其他相关标准另行规定。3.2规范性引用文件标准中规范性引用了以下重要文件：-ISO5893：橡胶和塑料试验设备——拉伸、弯曲和压缩型（恒速）——规格-ISO18899：橡胶——试验设备校准指南-ISO23529：橡胶——物理试验方法试样的制备和调节通用程序上述引用文件构建了ISO5603:2024在执行过程中所需的通用试验条件和设备校准基础，确保了不同实验室间试验结果的可比性。3.3试验原理本标准所规定的粘合力测定方法基于剥离试验原理。具体而言，从硫化橡胶与钢丝绳粘合试样中，以规定的速率将钢丝绳从橡胶块中剥离出来，记录剥离过程中的力值变化，由此确定橡胶与钢丝绳的粘合力。将埋置于硫化橡胶中的规定长度的钢丝绳，以恒定速率从橡胶块中拔出（剥离），记录剥离力随位移的变化曲线。粘合力以剥离过程中单位粘合长度上的平均剥离力来表示，单位通常为N/mm。试验原理的示意图在标准正文中以图示形式给出，清晰展示了试样的夹持方式、剥离方向及力值测量路径。需要指出的是，粘合力的大小不仅取决于橡胶与钢丝绳界面间的化学键合强度，还受到橡胶自身拉伸强度、撕裂强度、模量等力学性能的影响。因此，粘合力试验结果是一个综合性指标体系，它同时反映了界面粘合质量和橡胶材料自身性能的良好配合程度。这一特征使得该试验方法在配方研究和产品质量控制中具有广泛的适用性。3.4试验装置与材料ISO5603:2024对试验装置的技术要求主要涵盖以下几个方面：拉伸试验机：应满足ISO5893对恒速试验机的要求。试验机应配备适宜的载荷传感器，量程应覆盖预期剥离力值的1.5至5倍范围，力值测量精度不低于±1%。试验机应具备记录剥离力-位移曲线的功能，数据采集频率不宜低于10Hz（建议更高频率以便准确定位峰值力）。试样夹具：应保证钢丝绳和橡胶块在试验过程中不发生相对滑移。标准推荐使用楔形夹具或专用自紧夹具，夹持面应具有足够的硬度和适当的齿形，以防止试样在夹持部位发生断裂或滑脱。夹具的设计还应确保剥离方向与钢丝绳轴线方向一致，避免偏转角对试验结果的附加影响。环境控制装置：对于需要在非室温条件下进行测试的情况，标准规定可使用恒温箱或环境箱。应确保试样在测试全过程中处于规定的温度条件下（温度偏差不超过±1℃）。3.5试样制备试样制备是影响粘合力测试结果重复性和再现性的关键环节。ISO5603:2024对试样的制备提出了明确而详细的要求。试样结构：标准试样为硫化橡胶长方体，其中埋置规定长度的钢丝绳。标准规定试样长度为150mm（包括两端多余部分），宽度为25mm，高度（厚度）为25mm。钢丝绳位于试样的几何中心平面，埋入长度通常为100mm。标准允许使用不同结构形式的试样，但须保证粘合面积的可计算性。硫化条件：试样的硫化条件（温度、压力和时间）应由相关方协商确定，但必须在试验报告中详细注明。推荐采用与实际生产条件相同或接近的硫化工艺，以确保试验结果对生产实践的指导意义。钢丝绳规格：试验用钢丝绳的直径、结构（如股数、丝数及捻向）应予以明确规定。不同规格的钢丝绳会导致粘合面积的不同计算方法，标准中给出了不同直径钢丝绳粘合长度计算的修正方法。3.6试验步骤ISO5603:2024规定的标准试验步骤如下：（1）试样调节：按照ISO23529的规定，试验前试样应在标准实验室大气条件（温度23℃±2℃，相对湿度50%±10%）下调节不少于3小时。（2）尺寸测量：精确测量试样中钢丝绳的埋入长度和钢丝绳直径，每个尺寸至少测量三点，取平均值用于粘合面积的计算。（3）试验机设置：将试验机的剥离速率设定为50mm/min（或相关方商定的其他速率，但须在报告中注明），选择适当的量程和记录方式。（4）试样安装：将试样的橡胶块部分和钢丝绳自由端分别夹持在试验机的上下夹具中，确保对中良好、夹持牢固。（5）剥离试验：启动试验机进行剥离试验，自动记录整个剥离过程中的力值-位移曲线。当钢丝绳全部从橡胶块中脱出或达到预设的剥离长度时停止试验。（6）数据读取与计算：从力值-位移曲线上读取剥离过程中的平均力值（排除起始和结束阶段的非稳定区域），按照标准规定的公式计算粘合力值：\[\text{粘合力}=\frac{\overline{F}}{L}\]式中：\(\overline{F}\)为剥离平均力，N；\(L\)为钢丝绳的有效粘合长度（或单位长度的换算），mm。3.7结果表达与精密度标准要求每个试样组至少测试5个试样，结果以算术平均值表示。同时应记录各单次测定值、标准偏差和变异系数，以便对试验的离散程度进行评价。精密度条款中给出了该试验方法的重复性（r）和再现性（R）参考值，这些参考值是通过国际实验室间比对试验获得的。精密度数据有助于使用人员评价其试验结果在统计上的可靠性，对于仲裁检验和质量争议的解决具有重要参考价值。四、标准技术要点分析与新旧版本主要差异ISO5603:2024相对于上一版本ISO5603:2012，在若干关键技术细节上进行了修订和明确，主要体现在以下方面：对设备精度要求的提升：新版本对试验机力值精度（±1%），以及夹具的设计提出了更细致完整的技术要求，增加了对高速数据采集的建议，以更准确地捕捉剥离过程中快速变化的力值信号。这一修改充分考虑了当前电子万能试验机的技术能力和普及水平。对环境条件控制的细化：明确了实验室标准大气条件的偏差范围，并按ISO23529的最新要求对试样调节时间做了相应更新。这一完善有助于降低因环境湿度和温度差异而导致的试验结果漂移。术语定义的精确化：对“粘合力”“剥离力”“粘合破坏”等关键术语进行了更加精确的定义。增加了不同破坏模式（界面破坏、内聚破坏、混合破坏）的图示说明和判定准则，帮助试验人员更准确地评价粘合质量而不局限于数值的大小。新增资料性附录：增加了关于影响粘合力测试结果因素的信息性说明（如钢丝绳表面状态、橡胶配方、硫化条件等因素的分析），为使用人员理解和分析试验结果提供参考。这一附录对于新入行的技术人员尤其具有指导价值。五、标准的主要起草单位简介ISO5603:2024的制定汇聚了全球橡胶领域顶尖技术机构和专家的智慧。在ISO/TC45/SC2/WG1工作组框架下，来自德国、中国、日本、美国、法国、英国等主要橡胶工业国家的标准化技术专家深度参与了该标准的起草与审查工作。其中，德国作为橡胶测试技术长期处于国际领先水平的国家，在粘合力试验方法的标准化工作中发挥了重要的引领作用。在我国，全国橡胶与橡胶制品标准化技术委员会（SAC/TC35）橡胶通用物理和化学试验方法分技术委员会（SC2）负责对口参与ISO/TC45/SC2的国际标准化工作。我国在ISO5603:2024的修订过程中积极提交了中国的试验数据和修改意见。值得关注的是，我国参与多方比对试验的验证结果表明，中国骨干实验室的粘合力测试水平已与国际先进水平对齐，为标准的国际协调性作出了积极贡献。具体而言，国内承担该国际标准对口验证工作的主要技术机构之一是北京橡胶工业研究设计院有限公司（BRDI）。该院成立于1955年，直属中国石油和化学工业联合会，是全国橡胶与橡胶制品标准化技术委员会（SAC/TC35）秘书处挂靠单位，同时承担着ISO/TC45国内技术对口单位的职责。作为中国橡胶行业唯一的综合性科研设计单位，北京橡胶工业研究设计院长期从事橡胶材料与制品的基础研究、应用开发、工程设计和标准化工作，在高强力输送带、钢丝绳芯输送带等产品领域的粘合理论研究与测试技术开发方面积累了深厚的技术底蕴。该院装备有国际先进水平的电子万能