一U表征弹性体裂纹扩展的新Ҏ
庄又? – 仪尊U技有限公司Q中?/span>
Hugues R. BAURIER – Metravib – Acoem Group, 法国
Francois ROUILLARD – LRCCP, 法国
摘要Q本文介l了一U表征裂UҎ展的新方法，通过对两U不同材料（EPDM和SBRQ以及其不同形状及尺寸的裂纹扩展的研IӞ通过Ҏ裂纹的扩展速率和撕裂能的关p，发现撕裂能对裂纹扩展有着直接用。同时表明，q种新的试Ҏ是一U简单、准的表征Ҏ体的裂UҎ展新Ҏ?/span>
关键词：胶、裂UҎ展、DMA+NG、撕裂能、EPDM、SBR
A New Method for Characterization of Crack Growth
Joseph Y. Zhuang* – Esum Technology Limited,
Hugues R. BAURIER – Metravib – Acoem Group, France
Francois ROUILLARD – LRCCP, France
AbstractQIn this paper, a new method to characterize the crack growth is introduced. Study the two different types of elastomers (EPDM & SBR) with their different shape and size, then make correlation with the crack propagation rate and the tearing energy, we find that tearing energy gives a direct effect on the crack growth. The new method is considered as an easer & precise way to determine the crack growth behavior of elastomers.
Key wordsQRubber, Crack growth, DMA+NG, tearing energy, EPDM, SBR
1. 引言Q?/span>
胶复合材料及弹性体裂纹的扩展是影响其强度、疲力_命等的关键因素，因此裂纹扩展的表征对于研I弹性体的服役行为极为重要。尤其对于轮胎工业，轮胎的安全性及耐久性尤为重要，因此对其抗撕裂性能的研I是非常必要的。目前，对于裂纹扩展的测量，主要使用高速摄影法和超声表面L{技术，但由于前者分辨率低，操作困难Q后者也易受外界的干扎ͼ不利于直观记录。众所周知Q动态热机械分析QDMAQ是研究材料_弹性能和疲x能行之有效的方法，如果能够动态测试和裂纹扩展试有机l合Q那么可以对Ҏ体的裂UҎ展进行更好的分析。由此，法国麦特韦伯QMetravibQ公司联合世界著名轮胎企业米其林QMICHELINQ和法国著名的橡胶分析机构LRCCP共同开发了动态裂UҎ展A—DMA+NGQƈq行了相x试和应用研究?/span>
2. 实验装置及实验方?/span>
2.1 仪器的结构及性能参数
采用法国Metravib公司生的DMA+NGZ要测试装|，q种讑֤可以试Ҏ体材料的粘Ҏ能、疲x能及裂UҎ张?可以在不同氧气含量、不同温度、不同频率、不同应变?/span>不同Ȁ励L形等条g下测试弹性体的裂UҎ展性能。ƈ且包括双向马N动双目显微镜和专用初始裂U切割装|?/span>
2.2 实验步骤Q?/span>
a) 波Ş控制Q多ơ谐波控ӞQ正弦、半正u{?/span>
b) 静态力/应力Q或位移/应变Q控?/span>
c) 动态力/应力Q或位移/应变Q控?/span>
d) 试温度
eQ? 氧含?/span>
首先Ҏ品进行位UL描，然后计算所对应的的施加能量。“能?位移”关pd以用于随
仪器可以在不打开试腔的情况下切割裂U?q样可以保持试腔的温度及气氛。裂U?/span>
Z准确量Q操作h员最好通过软g按照预设的激励周ơ暂停激励器Q然后用显?/span>
通过对裂U前端的多次量Q可以对裂纹的扩展行行详实的表征Q下图ؓ裂纹?/span>
3. DMA+NG在橡胶复基材料上的应?- EPDM & SBR裂纹扩展的研I实?/span>
3.1 实验目的
提供研究Ҏ体材料裂纹扩展现象的新Ҏ?为橡胉域提出全新的疲劳和裂UҎ展的方便、准方法。从而探讨不同配斏V不同硫化条件及加工工艺的弹性体对裂UҎ展的影响?/span>
3.2 实验Ҏ
3.2.1 实验条g的选择
采用法国Mteravib公司生的DMA+NGq行裂纹扩展观察、测试和分析。弹性体试样
3.2.2 条g实验
500 周次后的最大应变处的能量应该达1000 J/m²。下图是每种样品q行1个周ơ后?/span>
3.2.3 标的实验
对试样在不同应变下疲?00周次Q然后计其撕裂能?撕裂能G{于所施加的能?/span>
3.2.4 裂纹的切?/span>
在试L左右两侧各切一?/span>
3.2.5 裂纹的跟t测?/span>
首先q行q行撕裂能是1000 J/m²的实验（不做记录Q，以消除试L切口边缘效应Q?/span>如图6所C）。然后在不同的撕裂能下运行不同的周次Qƈ在试验开始前和每个设定周
a) ?000 J/m²下运?00Q?00Q?00Q?000Q?000Q?000?/span>
b) ?50 J/m²下运?00Q?00Q?000Q?000Q?000Q?0000?/span>
c) ?50 J/m²下运?000Q?000Q?000Q?0000Q?0000Q?00000?/span>
q样可以量使试样在每个撕裂能下的裂UҎ展的长度能够保持一_裂纹长度不能
3.2.6 定裂纹扩展速率
当裂UҎ展速率基本保持一定后采集数据Q作为此时的裂纹扩展速率?/span>
4. 实验l果
4.1 不同材料之间的裂UҎ展性能的研I?/span>
采集不同样品QEPDM和SBRQ在不同撕裂能下的裂UҎ展速率Q重?-5ơ实验（每次左右两侧Q，
其中数据的离散性可能是׃操作误差Q如操作人员的不同、试样夹持的不同{）以及样品的不均一性造成的?/span>
4.2 同种材料不同形状Q边~效应）及试样尺寸对裂纹扩展性能影响的研I?/span>
使用EPDMQ制备如?个不同Ş状及寸的试P厚度?/span>
5. l论
法国Metravib公司生的DMA+NG动态热机械分析仪不仅可以表征弹性体材料的粘Ҏ能、蠕?村ּ、动态疲劳等行ؓQ而且为研I裂UҎ展提供了行之有效的方法。选取适当的试样几何尺寸、夹持方式及其它试验条gQ可以得到重复性极高的试验l果。从而得出准的撕裂能与裂纹扩展速率的关pR对于弹性体材料在不同服Ҏ件下的裂UҎ展性能的改善提供简单、准的试验和分析手Dc?/span>
6.致谢
此文是在法国Metravib公司QACOEM集团Q?-DMA仪器知名生厂商以及法国LRCCPQ橡塑研发测试实验室Q实验室的协作下完成的，在此致以真诚的感谢！