橡膠的撕裂

        橡膠大形變的拉伸破壞，往往是先在某處產(chǎn)生小裂口，從裂口處撕裂，直至斷裂破壞。特別是橡膠制品的使用過程，由于損傷割裂或內(nèi)在原因，產(chǎn)生裂口，繼而撕裂以至破壞。這是橡膠制品最常見的破壞現(xiàn)象。

        （一）橡膠的撕裂現(xiàn)象及撕裂性質(zhì)

        橡膠撕裂破壞是從產(chǎn)生裂口開始的,所以橡膠抗裂口能力,直接反映出橡膠的抗撕裂性能。實(shí)驗(yàn)表明,橡膠的損傷割裂與它的彈性摸量、硬度、扯斷強(qiáng)度及動態(tài)損失等性能有關(guān)。上列性能指標(biāo)越高,抗裂口能力越強(qiáng)。橡膠的內(nèi)在原因,如大分子作用力。超分子結(jié)構(gòu)(網(wǎng)構(gòu)、取向結(jié)晶、凝膠及填充膠料結(jié)構(gòu)等)以及材料內(nèi)部缺陷等。提高了橡膠微觀結(jié)構(gòu)的不均勻性,大形變下易于應(yīng)力集中,在內(nèi)部或表面上產(chǎn)生小裂口,裂口發(fā)展以至破壞。所以,提高橡膠微觀結(jié)構(gòu)的均勻性,如提高橡膠網(wǎng)構(gòu)的均勻性和填充膠料結(jié)構(gòu)的均勻性(即填料粒子的向同性和填料分散的均勻性)以及降低凝膠顆粒的含量和大分子的取向性,以至提高結(jié)晶性,都能顯著改善橡膠的抗撕裂性能。

        撕裂速度對橡膠撕裂行為,具有明顯影響。高速撕裂,撕裂表現(xiàn)出剛脆性破壞行為,撕裂截面出現(xiàn)類似貝殼破壞的表面。慢速撕裂,表現(xiàn)出彈性破壞現(xiàn)象。撕裂速度與消耗撕裂能有關(guān)。提高撕裂速度,就增大了撕裂能,撕裂溫度對撕裂能也有影響提高撕裂溫度,可降低撕裂能。未填充丁苯硫化膠,撕裂速度,溫度與撕裂能之間的關(guān)系如圖5-19所示,立體圖曲面稱之撕裂能表面。

        含有細(xì)粒子熱裂法炭黑的丁苯硫化膠,撕裂速度、溫度對撕裂能量的影響,如圖5-20所示。圖中曲面上升,表示了炭黑的補(bǔ)強(qiáng)效果。各種橡膠的撕裂性能差異很大,除了聚氨酯橡膠外,一般合成橡膠的抗撕性能,都低于天然橡膠。它們的抗撕性能力有下順序:NR>CR>IIR>SBR>NBR,結(jié)晶能力強(qiáng)的天然橡膠和氯丁橡膠,具有優(yōu)秀的抗撕性能。非晶性丁苯橡膠和丁晴橡膠有較差的抗撕性能。填料對橡膠的抗撕性能有很大影響,炭黑對提高橡膠抗撕性能有良好作用。多量填充具有向異性粒子的填料、如陶土、云母粉、滑石粉等,能夠惡化抗撕性能。

        加工方法也可影響抗撕性能、如壓延、壓出等過程,使橡膠大分子結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的取向作用,抗撕性能在各方向上有明顯不同。表5-3所示是幾種橡膠的撕裂特性。

        (二)橡膠撕裂能

        橡膠撕裂過程的形變,具有粘彈性質(zhì)。因此,撕裂形變時(shí)的彈性儲能,促使裂口的增長,另一部份塑性功耗,對裂口增長有抑制作用。所以,橡膠的撕裂性能就與形變時(shí)的彈性儲能有密切關(guān)系。圖5-21所示是硫化膠撕裂試樣及受力狀態(tài)。

        圖21中撕裂試樣厚度h,裂口長度C,試樣寬度2b,試樣兩腳長1。在外力F作用下,發(fā)生撕裂破壞現(xiàn)象,即dc增大。發(fā)生撕裂破壞過程,體系的彈性儲能w應(yīng)有所降低,即dw,且彈性儲能的變化應(yīng)大于試樣的撕裂能T。即:

        式(25)中,dA=hdc,表示增加的撕裂斷面積,依式(25),撕裂能可定義為：