橡胶单向拉伸的断裂强度

        橡胶单向拉伸的断裂强度与实验条件（温度、形变速度等）以及橡胶分子结构，有密切的依赖关系。这是由大分子的结构特性以及所具有的粘弹性质所决定。因此,研究橡胶的断裂强度,除了分析橡胶分子结构和组成,更应考虑橡胶制品的使用条件,才能实际的判断出橡胶制品的抗拉断能力或其它方面的力学性能。

        1、橡胶分子结构与拉伸断裂强度的关系

        橡胶分子结构与断裂强度有密切关系。特别是橡胶的分子量、大分子微观结构、超分子结构和网构组成等对断裂强度有明显地影响。

        橡胶的分子量与未填充网构橡胶拉伸断裂强度的关系,已如所指出的,当分子量很小时,网构橡胶的断裂强度,实际上近于零。另外,在网构中,保证有足够长的交联点间链段,此时再增大分子量,对橡胶断裂强度几乎没有影响。如图5—9所示是具有一定交联度的未填充丁基硫化胶的断裂强度与生胶分子量的关系,计算网构橡胶断裂强度,应先计算出不能承担应力的自由端链段的数量Na,它是与生胶的平均分子量Mn有关:

        

        式（10）中，Mc是交联间链段平均分子量。当Mn降低到Mc的程度，实际上，不能构成网构，斷裂强度几乎为零。

        此外，由不同分子量的生胶所制得的末填充硫化胶，在它们的网构中，具有相同交联密度，则它们的断裂强度与分子量无关。再者，在不同分子量的未填充橡胶中，含有同量的结合硫黄，即在网构橡胶中，能够产生不同数量的自由端链段。分子量越小，网构橡胶含有的自由端链段数量越大，致使降低了断裂强度。但分子量增大一定程度之后，断裂强度几乎与分子量无关，说明此时自由端链段对断裂强度的影响，已经很不敏感。橡胶的分子量分布，对断裂强度也有影响。实验表明，分子量很高时，橡胶断裂强度与分子量的多分散性，没有多大关系。但较低或中等分子量时，却表现有一定影响，即提高分子量分散性，使拉伸断裂强度有所降低。

        橡胶分子的微观结构对拉伸断裂强度，有显著地影响。如链烯烃橡胶分子结构中的1.4一顺式取1.4一反式结构对橡胶拉伸断裂强度的影响，很有实际意义。合成有规立构橡胶，是近代高分子合成技术的重大进展。利用合成技术，控制橡胶中顺式和反式结构含量，对提高橡胶的物性、改善橡胶的加工性能，有重要作用。对于顺式1，4聚丁二烯，即顺丁橡胶以及顺式1.4聚异戊二烯，即人造天然橡胶，当它们所含的顺式1.4一结构高达98％以上时，能够显著提高橡胶的断裂强度及抗撕强度。对于聚异戊二烯，反式1.4-结构达到98-100％，也使断裂强度显著增大。只有顺式和反式结构含量相近时，断裂强度最差，如图5一10所示。

        

        此外，低顺式含量1.4一结构的聚丁二烯硫化胶，表现出高硬度和高弹性，特别是分子量窄分布的橡胶，这个现象更为明显。高顺式1.4一结构或高反式1.4一结构的聚异戊二烯（天然橡胶或古塔波胶）、聚丁二烯和聚氯丁二烯橡胶等，都具有较高的拉伸断裂强度。这是与大分子结构的有规立构性有关，有规立构程度越大，分子结构的拉伸结晶能力越强，拉伸断裂强度也越高。表5一1所列是三种不同顺、反式含量的聚丁二烯橡胶和未填充硫化胶的物理机械性能。对于氯丁橡胶，一般反式14-聚氯丁二烯含量约为85％，顺式1.4结构约10％，1，2结构约1.5％，其余是3.4结构。所以聚氯丁二烯橡胶具有良好的拉伸结晶作用，表现有良好的拉伸断裂强度。

        

        橡胶的超分子结构（结晶、取向、网构密度及交联鍵化学组成等）与橡胶拉伸断裂强度也有密切关系。结晶橡胶的拉伸断裂强度随其伸长结品程度而增大。这是由于在品相橡胶结构中贯串着非品分子链段，受力时，品区结构承担了应力，非品分子链段分散了应力。两者共同作用，提高拉伸断裂强度。

        对于天然橡胶，先于-80℃下拉伸处理（伸长600％）断裂强度可高于未结品时的六倍，而予先未经拉伸处理，断裂强度仅高出二倍。这是由于分子链段取向结果的在橡胶中會有适量的粒状填料，有助于提高链段拉伸的取向程度，致使提高了断裂强度。如未填充丁苯硫化胶拉伸取向能低，伸长400％，取向程度=0.10（=a/b-1a表示在X一射线行射照像的赤道上的无定形量强度，b表示子午线上的强度。当=0即a=b，表示未拉伸取向，=表示充分拉伸取向）。此时断裂强度也仅为20公斤/厘米2。但经填加适量的活性填料后，断裂时取向程度，较前提高8~10倍并提高拉伸断裂强度。实验表明，含30份活性炭黑的丁苯硫化胶，具有最大的拉伸取向程度和断裂强度。含不同量炭黑丁苯硫化胶，拉伸断裂之前分子取向程度与断裂强度的关系，如图5-11所示。橡胶中炭黑含量过大，相反又阻得了大分子链段的取向作用，使断裂强度降低。

        

        硫化胶网构密度对橡胶的断裂强度更有影响。实验己知，拉伸断裂强度随网构密度的变化出现峰值，如图（5-12）从图看出，结晶和非晶硫化橡胶的网构密度对拉伸斷裂强度尽管有不同影响，但都是出现峰值。这是由于网构密度逐渐增大，提高承担应力的能力，但网构密度过大，即使Mc过小，交联点间链段过短，受力拉伸难于取向或结晶，至使断裂强度下降。

        

        此外，在相同网构密度下，交联键的化学组成，即交联的类型，对橡胶的拉伸断裂强度也有明显影响。图5一13所示是四种硫化体系所产生的交联类型在不同的网构密度下与断裂强度的关系。图中表明，多硫键为主的网构橡胶，即硫黄与促进剂的交联体系，具有最高的断裂强度。少硫键为主的网构橡胶，即TMTD与硫交联体系次之，碳一碳交联，即有机过氧化物交联体系，又次之。高能辐射交联，具有碳一碳键，断裂强度最差。这些现象是由于长度较长的多硫键，对链段的运动性影响不大，使构成的网体结构能够适应外力的形变,使应力有一定的分散作用,以致提高了拉伸断裂时的强变。交联键较短,活动性较差,促使硫化胶的断裂强度降低。