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原材料与配方 王楠·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

虽然已确定天然橡胶、聚丁二烯橡胶及其并用胶
料会随着时间的推移，甚至在贮存环境下会出现老化
变硬，但还不能确定这个贮存老化变硬是否会对动态
应用时橡胶件疲劳性能造成负面影响。聚合物材料的
断裂性能取决于聚合物本身的结构，还包括其胶料的
交联密度。模数改变发生被视为是老化期间直接与聚
合物交联密度变化相关。因为氧化导致橡胶网络的改
变，显然老化变更有可能影响到橡胶断裂性能。本项
图 2 用于疲劳裂纹扩展试验的纯剪切试样 课题采用纯剪切试样测试疲劳裂纹扩展情况，判断老

具有无限量的寿命。在数据 G 0 以上时，裂纹扩展率随 化前后橡胶胶料的裂纹扩展行为，目的是确定何种程
撕裂能而增加，并发现具有线性关系。裂纹扩展特性 度的疲劳性能会受热老化和贮存老化变硬的影响。
的第二个变化出现在一个转变区 G t ，那里的裂纹扩展
率增长快于线性值。在 G t 以上可适用于幂律分布关系， 1 实验
其对数图形呈线性关系。最后在 G e 区域，裂纹扩展率 采用 BR1600 实验型密炼机按下列混炼步骤混炼
增长更为迅速。而 G c 是临界撕裂能，基本上是橡胶撕 橡胶胶料。
裂强度的单循环周期。而最佳区域处于 G t 和 G c 之间 1.1 第一混炼周期
的幂律分布区域，这也是通常实施弹性体橡胶件的设 （1）0 s 加入橡胶 ；
计依据所在。 （2）60 s 或 95℃加入 1/2 炭黑 ；
（3）105℃加入余下 1/2 炭黑和化学品 ；
（4）115℃加入油 ；
（5）125℃混炼 ；
（6）135℃卸下胶料。
2.2 第二混炼周期
（1）0 s 加入第一周期的母炼胶和硫化剂 ；
（2）45 s 或 95℃混合 ；
（3）90℃或 105℃卸料。
最后分散体试样在的双辊开炼机上制备完成。采
用疲劳裂纹扩展（FCP）测定试样疲劳性能，试样其
他性能则采用下列方法测定 ：硬度 ASTMD2240 ；拉
伸强度、伸长率和 100% 定伸应力 ASTMD412 ；老化
图 3 特定撕裂能 G 的裂纹扩展率 dC/dN 箱加速老化 ASTMD573 ；动态性能 ASTMD 5902。
在 10% 剪切应变、10 Hz，21℃（G'10/10）下测
定试样剪切模量 G' 和静态剪切模量。G 是 25% 正割
模量，也在 21℃下测定。将室温试样放置在温度和湿
度可控的暗光房间里，而 40℃老化试样则放置在可循
环热风的老化箱里。

2 讨论
采用 NR、BR 和 NR 及 BR 并用胶，制备出了含
有典型防老剂的，以炭黑补强和硫磺硫化的典型配方。
表 1 列出了胶料配方以及物理、动态性能试验结果。
图 4 随撕裂能而变化的裂纹扩展率 dC/dN
疲劳裂纹扩展测试可用于描述橡胶胶料的裂纹扩展行

年
2018 第 44 卷 ·33·