橡膠的扯斷理論
2023-10-11 來自: 西安市蓮湖區(qū)匯封機(jī)械設(shè)備商行 瀏覽次數(shù):946
橡膠拉斷破壞現(xiàn)象與剛體材料的破壞現(xiàn)象有根本的差異，這是由橡膠材料所特有的大分子結(jié)構(gòu)和粘彈性質(zhì)所決定的。因此，溫度、斷裂形變速度及網(wǎng)構(gòu)狀態(tài)對(duì)其拉斷破壞現(xiàn)象都有明顯的影響。
采用顯微攝影術(shù)觀察軟質(zhì)網(wǎng)構(gòu)橡膠拉伸破壞行為。當(dāng)在恒速緩慢拉伸過程，如圖5一18所斷裂位置示開始在A部位出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，以致在A部位產(chǎn)生與外力垂直方向的微小裂口。由于分子結(jié)構(gòu)的這種局部破壞，使裂口周圍緊張狀態(tài)的分子結(jié)構(gòu)，得到松馳。結(jié)果集中于A部位周圍的能量得到分散。致使A部位的裂口停止發(fā)展。繼續(xù)拉伸，又可能在B部位出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，繼之，在這個(gè)部位又以相同形式產(chǎn)生微小裂口。所以緩慢拉伸時(shí)，在橡膠試片表面上會(huì)先后出現(xiàn)許多這種微小裂口。在拉仲后期，應(yīng)力最后集中于D部位較大裂口處，使裂口維續(xù)擴(kuò)大，致使試片斷。
試片拉伸時(shí)，裂口的增大是在裂口兩端產(chǎn)生了絲狀結(jié)構(gòu)，這是由于裂口兩端的大分子鏈段發(fā)生移動(dòng)所致。這種移動(dòng)過程使絲狀結(jié)構(gòu)最后被拉斷。
絲狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生和拉斷與橡膠的網(wǎng)構(gòu)密度、溫度、形變速度有密切關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明，網(wǎng)構(gòu)密度小、溫度高、拉伸速度低，更有利于形成絲狀結(jié)構(gòu)。
采用掃描電鏡觀察橡膠試片的拉伷斷裂截而，存在有破壞的核。觀察已知，這些破壞核是引起裂口的中心。它們可以是炭黑、氯化鋅等配合劑的結(jié)塊或是其他聚合物、沙粒等異物或分散不良的并用橡膠組份以及氣泡等，由于這些物質(zhì)的存在，很易在破壞核周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)至大分子結(jié)構(gòu)的破壞，以至產(chǎn)生小裂口。
1、拉伸速度對(duì)橡膠拉斷破壞現(xiàn)象的影響
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，橡膠試樣快速拉伸所產(chǎn)生的快速拉斷，試樣來不及先從缺陷處產(chǎn)生裂口，而是直接發(fā)生斷裂破壞。但慢速拉伷緩慢拉斷，就有如前所述的破壞過程。前者類似剛體材料的破壞現(xiàn)象。
此外，拉伸速度對(duì)試樣拉斷面形態(tài)有明顯影響，軟質(zhì)丁苯硫化膠試樣，于不同拉伸速度下，試樣拉斷截面有不同的粗糙度，拉伷速度越大，拉斷截面光滑區(qū)城越大，即祖糙度越小。反之，能夠增大粗慥區(qū)域。實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用的拉伸速度都是屬于快速范圍，試樣拉斷截面都有較大的光滑區(qū)域。
拉斷截面的粗糙程度，決定于網(wǎng)構(gòu)中錐段受力和斷裂行為。當(dāng)試樣拉伸時(shí)，斷裂部位網(wǎng)構(gòu)鏈段受力不均，拉斷的瞬間，拉斷截面上各點(diǎn)的破壞，不是同時(shí)發(fā)生，即破壞程度不同，在拉斷的截面上，就出現(xiàn)粗糙現(xiàn)象。這種拉伸破壞稱為高彈性拉伸破壞。反之，拉伸速度快，破壞瞬間，膠表現(xiàn)了低彈性或硬脆性。此時(shí)，拉伸應(yīng)力集中，來不及分散，當(dāng)某處超過極限應(yīng)力，即產(chǎn)生脆性斷裂，在破壞截面上，同時(shí)發(fā)生拉斷，在截面上出現(xiàn)較大的光滑區(qū)域，這種破壞稱之脆性破壞。
2、溫度和網(wǎng)構(gòu)對(duì)橡膠拉斷破壞現(xiàn)象的影響
溫度對(duì)橡膠拉伸斷裂現(xiàn)象也有很大影響。在玻璃化溫度Tg以上，高彈性溫度范圍，較慢的拉伸速度下，拉斷截面表現(xiàn)有大面積的粗糙區(qū)域。在溫度Tg以下時(shí)，橡膠呈現(xiàn)脆硬狀態(tài)，此時(shí)的拉斷完全是脆性破壞，出現(xiàn)大面積的光滑區(qū)域。
另外，橡膠網(wǎng)構(gòu)密度越大，彈性摸量越高，拉斷破壞時(shí)，斷裂截面的粗糙區(qū)域越小，而光滑區(qū)域越大，反之有相反現(xiàn)象。拉伸斷裂現(xiàn)象也與橡膠分子結(jié)構(gòu)中含有的極性基團(tuán)有關(guān)，含有極性基團(tuán)越多，分子間力越強(qiáng)，試樣斷裂截面具有較大的光滑區(qū)域。例如，非極性橡膠以較快速拉仲（經(jīng)過幾分鐘），拉斷截面就出現(xiàn)明顯粗糙區(qū)域，而丁睛橡膠（含30％丙烯腈），在20℃下經(jīng)過3小時(shí)的緩慢拉伸，拉斷面才出現(xiàn)粗糙區(qū)域。