橡胶的单向拉伸断长裂特性

        单向拉伸断裂是橡胶材料最常发生的未填充丁苯硫化胶的应力一应变破坏现象。分析橡胶材料单向拉伸断裂的特性,有于究橡胶材料断裂强度的性质。未填充和填充的网构橡胶，它们的单向拉伸断裂，具有不同的性质。

        1、未填充网构橡胶的单向拉伸断裂:单向拉伸的断裂应力，和断裂伸长e是表征橡胶抗拉强度的重要参数，它们与橡胶的抗拉强度有密切关系。实验表明，橡胶受力超过极限的抗拉应力，橡胶就开始出现破坏过程。实际上，断裂破坏并非瞬间发生，而是在橡胶内部或表面，有一个裂缝形成和生长的过程，裂缝生长到一定程度，即发生断裂破坏。这种裂缝的形成和生长与橡胶形变时的粘弾性质有关，橡胶的高弾性形变，产生的形变能，一部分为弹性储能，促进裂缝生长。若形变过程塑性能量耗散大，则对裂缝生长有抑制作用。
此外，橡胶的粘弹性质和温度、形变速率以及交联密度等因素之间，存在明显的依赖关系，所以这些因素对橡胶的断裂破坏，也有深刻的影响。

实验表明，温度和形变速率对断裂应力σb，和断裂伸长有等效的影响。对不同温度的橡胶，测其不同形变速率下的断裂应力c，可以测得一组平行的形变速率与断裂应力曲线。将平行的曲线横向位移，便能够叠加，因此，调正形変速率，可使给定温度下的σb与另一温度下σb的相等。所以在其他温度下测定的结果，加上个合适的移动因子ar，就可为其参比温度Ts叠加成一条组合曲线，如图5一4（a）、（b）所示，它的参比温度为263°K。

        

        

如图5-5所示是氟橡胶（ Viton）在不同温度下的拉伸断裂点所组成的包络曲线。结果表明，增高温度包括降低形变速率，断裂点轨迹是沿顺时针方向移动。相反情况，断裂点轨迹又是沿反时针方向移动。出现最大断裂伸长值（eb）max的温度范围是10~25℃，经验表明非晶性橡胶出现最大断裂伸长值（eb）max的温度，一般是其玻璃化温度Tg加上30~50℃的数值。天然橡胶硫化較，在不同温度和不同形变速率下，也有类似的断裂点轨迹包络线，增高温度，轨迹包各线也是沿顺时针方向移动。出现最大断裂伸长值（eb）max的温度范田是80~100℃，温度降低至-5℃断裂伸长e显著减小。另外，超过最大断裂伸长（eb）max，断裂应力也不再有所增大。由于天然橡胶的伸张结晶作用，使和e值受到很大的影响。在-35~80℃范，断裂点不落在同一断裂点轨迹线上，显示出拉伸结品区。
        最大断裂伸长值（eb）max与网构橡胶的交联点密度有关，最大断裂伸长值随交联点密度增加而降低，交联点密度越高，最大断裂伸长越小，断裂应力越大。
        此外，不同交联密度的各种橡胶，它们与断裂应力和断裂伸长紀的关系，完全服从于上述与交联点密度的关系。
        2、填充网构橡胶的单向拉伸断裂
        填充橡胶中，由于填料物质的存在，致使橡胶网构状态更为复杂，因而使橡胶的力学性质，发生了显著地变化。填充补强性填料，能够改善橡胶的综合力学性能，表现了补强作用。有关橡胶补强，已在第四章有所专述。
        填充网构橡胶大形变时，应力是取决于形变量、形变时间以及填料体积分率中有下关系式
        
        对于未填充橡胶，应力只是与形变量及形变时间有关，而对于填充橡胶，填料及其用量对应力有重要影响。实验表明，填充网构橡胶单向拉伸，应力与应变的关系也服从式（2）。由于填料对橡胶力学性质的影响，在相同应变下，它的形变小于未填充的网构橡胶。可按Guth方程的体积浓度因子，算出填充橡胶的形变a'，即:
        
        上式在中等伸长下的计算结果与实际较相符合。
        Bueche指出填充网构橡胶的应力ー应変行为与未填充的有很大差异，如图5-6所示。填充的网构胶经多次拉伸，模量逐
步有所下降，发生应力软化现象。当仅伸长约1％时，橡胶就发生应力软化，但放置之后，僵硬性又慢慢恹复。伸长形变在
100％以上的大形变时，又观察到更明显的应力软化现象。同样，放置之下，低硬性也能有所恢复。前者原因是填料粒子间
二次结构的破坏造成的，后者原因是橡胶分子与填料粒子的脱离所致。以上两原因所产生的应力软化都能引起滞后损失和能

量吸收，如图5--6中，填充网构橡胶，多次拉伸能产生多个滞后圈。未填充网构橡胶没有这个现象。

        

        填充网构橡胶与未填充网构橡胶相同，拉伸断裂时，按断裂应力与断裂伸长作图，也存在有断裂点轨迹包络线。图5ー7所示是含有不同量炭黑的丁苯硫化胶的包络曲线。包络线形状与炭黑含量有关，提高炭黑含量，能够降低最大断裂伸长值，且提高断裂应力。

        

        形变速率对填充及未填充炭黑硫化胶的断裂应力p，有所影响，如图5-8所示。在相同形变速率下，未填充炭黑硫化胶的断裂应力小于填充炭黑硫化胶的断裂应力。对于填充炭黑硫化胶，炭黑填充量越多，断裂应力也越大。