橡胶制品的撕裂强度检测方法及影响因素

一、撕裂强度定义

橡胶的撕裂是由于材料中的裂纹或裂口受力时迅速扩大开裂而导致破坏的现象,这是衡量橡胶制品抵抗破坏能力的特性指标之一。橡胶的撕裂一般是沿着分子链数目Zui小即阻力Zui小的途径发展,而裂口的发展方向是选择内部结构较弱的路线进行,通过结构中的某些弱点间隙形成不规则的撕裂路线,从而促进了撕裂破坏。

二、撕裂强度的测定方法

橡胶撕裂强度的测试是通过撕裂试验进行测定，撕裂试验的试样有裤形、德耳夫特形、新月形和直角形。试样的制备和拉伸试样相似，主要注意以下几点。

（1） 裁取试样时，裁刀撕裂角等分线的方向（撕裂方向）与压延方向一致。

（2） 试样个数不少于5个。

（3）用精度mm厚度计测量试样试验区内不少于3个点的厚度，取中值作为试样厚。厚度值不得偏离所取数值的2%，对多组试样进行比较时，则每一组的试样平均厚度必须在各组试样平均厚度的7.5%范围内。

测试撕裂强度步骤如下：

（1）检查设备仪器、准备设备仪器、相关工具、清理环境；

（2）开机，进行相关参数设置（如速度、方式等）；

（3）将试样夹于上下夹持器中一定深度且使其在平行的位置上充分均匀的夹紧。当进行直角形或新月形试样试验时，将似样延轴向对准拉伸方向分别夹入上下夹持器一定深度，以保证在平行位置上充分均匀的夹紧；

（4）将试样置于拉力试验机的夹持上后，调整好拉力机（如用计算机拉力机，开始软件选择试验方法，设置参数输入尺寸等），开动试验机，按规定的速度对试样进行拉伸，直至试样撕裂，记录其Zui大值。

撕裂强度计算：T（SZ）=F/d; 式中 “F”为试样撕裂时的作用力（应按GB/T12833中的规定计算力值，取中位数，单位：N），“d ”为试样的厚度（mm或cm),T为撕裂强度（N/mm 或 N/cm）。

每个试验样品至少要5个试样，试验结果以每个方向试样的中值和Zui大、Zui小值表示，数据jingque到整位数。每个试样的单个数值与平均值不得大于15%，经取舍后试样数量不得少于3个。

三、影响撕裂强度的因素

1.撕裂强度与橡胶分子结构的关系

随分子量增加,分子间的作用力增大,相当于分子间形成了物理交联点,撕裂强度增大;但当分子量增高到一定程度时,其强度不再增大,逐渐趋于平衡。结晶性橡胶在常温下的撕裂强度比非结晶性橡胶高,如表8-20所示。

图8-20 各种橡胶的撕裂强度

由表8-20可见,常温下天然橡胶和氯丁橡胶的撕裂强度较高,这是由于结晶型橡胶撕裂时产生诱导结晶后、使应变能力大为提高。高温下,除天然橡胶外,撕裂强度均明显降低。填充炭黑后的硫化胶撕裂强度均有明显的提高,特别是丁基橡胶的炭黑填充胶料,由于内耗较大,分子内摩擦较大,将机械能转化为热能,导致撕裂强度较高。

2.撕裂强度与硫化体系的关系

撕裂强度随交联密度增大而增大,但达到Zui大值后,交联密度再增加,则撕裂强度下降,交联密度比拉伸强度达到zuijia值时要低多硫键具有较高的撕裂强度,故在选用硫化体系时,要尽量使用传统的硫黄-促进剂硫化体系。硫黄用量以2.0~3.0质量份为宜,促进剂选用中等活性、平坦性较好的品种,如DM、CZ等。在天然橡胶中,如用有效硫化体系代替普通硫化体系时,撕裂强度明显降低,但过硫对其影响不大。而用普通硫化体系时,过硫则对撕裂强度有显著的不良影响,撕裂强度会显著降低。

3.撕裂强度与填充体系的关系

随炭黑粒径减小,撕裂强度增加。在粒径相同的情况下,能赋予高伸长率的炭黑,也即结构度较低的炭黑对撕裂强度的提高有利。在天然橡胶中增加高耐磨炭黑的用量,可使撕裂强度增大。在丁苯橡胶中增加高耐磨炭黑时,出现Zui大值,逐渐下降。一般合成橡胶使用炭黑补强时,都可明显提高撕裂强度。一般来说,撕裂强度达到zuijia值时所需的炭黑用量,比拉伸强度达到zuijia值所需的炭黑用量高。使用各向同性的补强填充剂,如炭黑、白炭、白艳华、立德粉和氧化锌等,可获得较高的撕裂强度;而使用各向异性的填料,如陶土、碳酸镁等则不能得到高撕裂强度。

4.软化体系对撕裂强度的影响

通常加软化剂会使硫化胶的撕裂强度降低,尤其是石蜡油对丁苯橡胶硫化胶的撕裂强度极为不利。而劳烃油则可保证丁苯橡胶硫化胶具有较高的撕裂强度。随芳烃油用量增加其撕裂强度的变化如表8-21所示。

图8-21  用普通硫化体系硫化的SBR-1500

硫化胶的撕裂强度芳烃油用量的关系

大多数丁腈橡胶、氯丁橡胶硫化胶中都含有增塑剂。增塑剂的加入同样会使撕裂强度降低,例如在氯丁胶料中加入10质量份、20质量份、30质量份的癸二酸二丁酯,会使硫化胶的撕裂强度分别降低32%、45%和5%。采用石油系软化剂作为丁腈橡胶和氯丁橡胶的软化剂时,应使用芳烃含量高于50%~60%的高芳烃油,而不能使用石蜡环烷烃油。