干货分享：橡胶的撕裂

     橡胶的撕裂

        橡胶大形变的拉伸破坏，往往是先在某处产生小裂口，从裂口处撕裂，直至断裂破坏。特别是橡胶制品的使用过程，由于损伤割裂或内在原因，产生裂口，继而撕裂以至破坏。这是橡胶制品最常见的破坏现象。

        （一）橡胶的撕裂现象及撕裂性质

        橡胶撕裂破坏是从产生裂口开始的,所以橡胶抗裂口能力,直接反映出橡胶的抗撕裂性能。实验表明,橡胶的损伤割裂与它的弹性摸量、硬度、扯断强度及动态损失等性能有关。上列性能指标越高,抗裂口能力越强。橡胶的内在原因,如大分子作用力。超分子结构(网构、取向结晶、凝胶及填充胶料结构等)以及材料内部缺陷等。提高了橡胶微观结构的不均匀性,大形变下易于应力集中,在内部或表面上产生小裂口,裂口发展以至破坏。所以,提高橡胶微观结构的均匀性,如提高橡胶网构的均匀性和填充胶料结构的均匀性(即填料粒子的向同性和填料分散的均匀性)以及降低凝胶颗粒的含量和大分子的取向性,以至提高结晶性,都能显著改善橡胶的抗撕裂性能。

        撕裂速度对橡胶撕裂行为,具有明显影响。高速撕裂,撕裂表现出刚脆性破坏行为,撕裂截面出现类似贝壳破坏的表面。慢速撕裂,表现出弹性破坏现象。撕裂速度与消耗撕裂能有关。提高撕裂速度,就增大了撕裂能,撕裂温度对撕裂能也有影响提高撕裂温度,可降低撕裂能。未填充丁苯硫化胶,撕裂速度,温度与撕裂能之间的关系如图5-19所示,立体图曲面称之撕裂能表面。

        含有细粒子热裂法炭黑的丁苯硫化胶,撕裂速度、温度对撕裂能量的影响,如图5-20所示。图中曲面上升,表示了炭黑的补强效果。各种橡胶的撕裂性能差异很大,除了聚氨酯橡胶外,一般合成橡胶的抗撕性能,都低于天然橡胶。它们的抗撕性能力有下顺序:NR>CR>IIR>SBR>NBR,结晶能力强的天然橡胶和氯丁橡胶,具有优秀的抗撕性能。非晶性丁苯橡胶和丁晴橡胶有较差的抗撕性能。填料对橡胶的抗撕性能有很大影响,炭黑对提高橡胶抗撕性能有良好作用。多量填充具有向异性粒子的填料、如陶土、云母粉、滑石粉等,能够恶化抗撕性能。

        加工方法也可影响抗撕性能、如压延、压出等过程,使橡胶大分子结构发生一定的取向作用,抗撕性能在各方向上有明显不同。表5-3所示是几种橡胶的撕裂特性。

        (二)橡胶撕裂能

        橡胶撕裂过程的形变,具有粘弹性质。因此,撕裂形变时的弹性储能,促使裂口的增长,另一部份塑性功耗,对裂口增长有抑制作用。所以,橡胶的撕裂性能就与形变时的弹性储能有密切关系。图5-21所示是硫化胶撕裂试样及受力状态。

        图21中撕裂试样厚度h,裂口长度C,试样宽度2b,试样两脚长1。在外力F作用下,发生撕裂破坏现象,即dc增大。发生撕裂破坏过程,体系的弹性储能w应有所降低,即dw,且弹性储能的变化应大于试样的撕裂能T。即:

        式(25)中,dA=hdc,表示增加的撕裂断面积,依式(25),撕裂能可定义为：