橡胶复合材料裂纹扩展的研究进展.pdf

第 30卷 第 5期 特 种 橡 胶 制 品 Vo1．30 No．5 2009年 1O月 SpecialPurposeRubberProducts October2009 橡胶复合材料裂纹扩展的研究进展 吴晓辉 ‘，何少剑 ‘，冯一平 ‘，张立群 (1．北京化工大学 北京市新型高分子材料制备与成型加工重点实验室 ，北京 10O029； 2．北京化工大学 教育部纳米材料制备与应用科学重点实验室 ，北京 100029) 摘 要 ：叙述 了橡胶复合材料在静态载荷和动态疲劳下的裂纹扩展 的研究方法 ，评价 了橡胶复合材料裂纹扩 展规律 ，重点总结了拉伸试样的侧向裂纹偏转 ，撕裂试样的多节裂纹撕裂和疲劳试样的裂纹增长特性。 关键词 ：橡胶复合材料 ；裂纹扩展 ；拉伸 ；撕裂 ；疲劳 中图分类号：TQ33o．1 2 文献标识码 ：A 文章编号 ：1005—4030(2009)05—005O—O6 裂纹产生与扩展学说是一种重要的材料破坏 1 橡胶复合材料拉伸试样的裂纹扩展行为 学说。所有固体 ，包括硫化橡胶 ，都必然含有分布 于各处的不同形状和大小 的缺陷，同时在应力或 拉伸试样通常分为无预割口试样和有预割口 环境作用下也会产生新的缺陷。这些固有缺陷和 试样。无预割 口试样按照 GB／T528—1999国家标 新产生缺陷在应力的继续作用下，发生扩展导致 准进行强度测量。有预割 口试样是在条形试样上 破坏 ，也就是常说 的裂纹 引发与扩展 。裂纹的产 割个小割 口，这样可以避免天然缺陷带来的影响。 生和扩展是影响橡胶复合材料强度 的关键因素。 1．1 无预割 口拉伸试样的裂纹扩展行为 橡胶材料内的缺陷可能来 自于混炼过程中混入的 拉伸强度是最常见的评估强度的实验测试方 杂质 ，也可能来 自于成型与交联过程中产生的微 法。当试样受力拉伸 时，裂纹扩展从预先存在的 孔以及切割和模压边缘造成的粗糙部分。由于应 缺陷处发生 。Mazic等人[2研究 了试样厚度对橡 用的橡胶常常是一种多相多组分复合体系，因此 ， 胶材料断裂性能的影响。研究表 明，厚度的影响 这种缺陷也可能来 自于有机 ／有机相和有机 ／无机 与裂纹尖端粗糙度有关 。裂纹扩展 中，断裂表面 相薄弓弓的界面。合成橡胶过程中产生的凝胶粒也 保持平滑时，裂纹扩展率很少依赖于试样厚度。 可能成为缺陷点。当固体整体受力时，位于这些 当出现粗糙裂纹或粘滑裂纹时，厚度将影响实验 缺陷端部的局部应力能增大到平均施加应力的许 结果。同样能量释放率情况下 ，薄试样的裂纹扩 多倍。一般情况下 ，会有一处缺陷所受 的应力达 展率要 比厚试样的大一个数量级 。Lake等人[3 到极大程度，破坏就从这里开始[1]。因此裂纹 的 研究了拉伸速率对橡胶材料断裂性能的影响。研 产生和扩展是影响橡胶复合材料强度 的关键 因 究指出，对于非结晶橡胶 ，断裂功随着拉伸速率的 素。尽管如此 ，研究裂纹的引发和扩展并不是一 变化而变化 ，这和裂纹扩展的时间依赖性有关 ；对 件容易的事情 ，其结果常常依赖于研究方法 。考 于结晶橡胶 ，不存在时间依赖性扩展，同样，断裂 虑到国内橡胶界在这一领域研究工作 的缺乏，作 功也与拉伸速率无关 。Thomas等人[4]研究了取 者重点总结了拉伸试样的侧 向裂纹偏转 ，撕裂试 向与结晶对橡胶材料断裂性能的影响。研究指 样的多节裂纹撕裂和疲劳试样 的裂纹增长特性 ， 出，天然橡胶硫化胶具有高的拉伸强度和抗裂纹 期望能够对其他研究人员有所裨益。