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橡塑技术与装备（橡胶） CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (RUBBER)

天然橡胶与聚丁二烯橡胶老化变硬对

疲劳裂纹扩展 ( 生成 ) 的影响

王楠
( 中国刑事警察学院，辽宁 沈阳 110854)

摘要 ： 橡胶在室温或略高温度下正常贮存会产生老化变硬现象。通过试验测试了 3 种配方的胶料在不同贮存时间和温度下的
热老化前后动态性能的变化及产生裂纹的扩展情况。发现天然胶的裂纹扩展率不变而聚丁二烯胶料及 NR/BR 并用胶裂纹扩展率
都增加，胶料明显变硬。
关键词 ： NR ； BR ；裂纹 ；贮存 ；老化 ；动态性能
中图分类号 ： TQ330.14 文章编号 ： 1009-797X(2018)03-0032-05
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2018.03.006

贮存老化变硬是指在室温或在略高温度下贮存的 作用和大气臭氧的腐蚀。断裂力学涉及来自内在的裂
橡胶制品被持续观测到的模量增加。当橡胶件被放置 纹瑕疵的扩展，并可被应用到表示在裂纹增长时应变
在高于正常贮存温度环境时，通常热老化会引起模量 能量被释放的速率。该应变能量释放率被定义为撕裂
的增加。但贮存老化变硬或热老化变硬之间并没有明 能（缩写为 G），也可用来表征动态应用的不同材料的
显的界线。多年来已经在天然橡胶（NR）和聚丁二烯 行为。应用于疲劳特性的断裂力学始于 20 世纪 40 年
橡胶（BR）中观测到这种现象。许多采用弹性体配方 代，数十年间成功地应用于各种各样的材料。断裂力
的航天级与工业级橡胶轴承件、绝缘材料和阻尼器都 学为橡胶、塑料、黏合剂、陶瓷和金属等不同材料的
存在着贮存老化变硬的问题。不饱和碳氢聚合物和由 失效现象提供了一致性的、统一的概念。
中到高硫磺交联体系配方以其弱阻尼与良好的低温性 20 世纪 80 年代，Ardrew Stevenson 博士从拉伸
能显示出抗疲劳的优良综合性能，这似乎也达到了胶 橡胶胶片疲劳试验获得的数据，成功地预测高容量层
料热老化和贮存老化变硬的最大值（参见图 1）。 压弹性体轴承件在振荡的压缩载荷中的失效现象。受
Stevenson 博士工作的鼓励，Lord 在 1984 年制造了
第一台纯剪切疲劳裂纹扩展（FCP）试验仪。纯剪切
测试不关心采用哪种力，只考虑材料的割口增长率来
确定试样的性能。割口增长与输入样品的能量相关，
与压力、拉力、如何施用能量无关。纯剪切测试试样
的一个优势是在固定位移条件下，撕裂能是恒定的、
根据周期负荷循环次数可预测出裂纹扩展情况。参见
图 2。
每一种胶料在施予撕裂能时有一特定的生成率
图 1 以硫磺硫化的 NR/BR 并用胶在 21℃下的 （参见图 3）。根据撕裂能 G 可算绘出裂纹生成率（dc/
老化变硬情况
dN），参见图 4。在数值 G 0 ，以下的低撕裂能时，裂
已调查判断有关这些弹性体疲劳性能方面是什么
纹扩展率是恒定值并与化学效应相关。在没有腐蚀元
造成其老化变硬，疲劳机理不甚明了。有人认为不管
素影响下，其撕裂扩展率下降至 0，橡胶部件的应用
分散水平怎样，最初细微的缺陷经常起到裂纹生成起
始点的作用。橡胶部件很少在单一负荷中失效，失效 作者简介 ：王楠（1982-）, 女 , 中国刑警学院（沈阳）英
语专业，讲师，从事英语教学工作并编译多篇不同学科专业文
通常源于反复负荷造成的连续性裂纹扩展。在某些情
章，在国内重要刊物上发表。
况下，促成挠曲开裂和裂纹扩展的主要因素包括氧化 收稿日期 ：2017-06-29

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