Page 46 - 《橡塑智造与节能环保》2025年7期

技术与装备

利用拉伸强度分布检测橡胶中的

未分散填料及其他裂纹前兆

章羽 编译
( 全国橡塑机械信息中心， 北京 100143）

拉伸试验是橡胶实验室中最常见的物理测量方法 的分析，这一内容此前未曾发表。本文还阐明了炭黑
之一。通过评估5个重复试品的平均或中位应力-应变 分散的影响，以强调该测试方法在评估填料分散方面的
行为，可以快速且全面地评估橡胶的力学性能。通过 实际用途。然后，讨论了密炼机尺寸和转子类型对炭
测试更多重复试品来表征拉伸强度分布或统计失效群 黑填充丁腈橡胶（NBR）配方混炼质量的影响的新结
体，拉伸测试可以提供更多关于橡胶配方效果、混炼 果，该结果通过拉伸强度分布进行分析，同时分别使
质量及其对产品耐久性的影响的信息。本文旨在强调 用光学显微镜（Dispergrader）和X射线计算机断层扫描
这种简单且有用的测试方法。 （μCT）来量化炭黑分散和氧化锌分散以进行比较。
拉伸强度、疲劳寿命及其他与橡胶断裂相关的
力学性能，会受到材料中裂纹前驱体大小和类型的显 1 实验细节
著影响。裂纹前驱体也称为缺陷、瑕疵或夹杂物。裂 本研究考虑的橡胶配方由100份/百份橡胶(phr)的
纹前驱体可能来自橡胶混炼过程中未完全分散的配方 丁腈橡胶(NBR)组成，其丙烯腈含量为28%，95份/百
成分，例如填料团聚体。或者原材料中的杂质，例如 份N550炭黑（填充量为31%），5份/百份氧化锌以及
天然橡胶中的灰尘或球焦中的筛余物、炭黑中的砂砾 硫基硫化体系。其他配方细节为专有信息。使用三种
等，也可能成为导致橡胶出现裂纹的关键缺陷。近年 不同的密炼机，以相同的原料批次对填充炭黑的丁腈
来，对橡胶中裂纹前驱体的表征研究引起了广泛的科 橡胶配方进行混炼。使用切向型转子式Proteo1.6L实验
学兴趣，且这一研究趋势将持续下去，因为缺陷/夹杂 室密炼机，填充系数为0.75，所得胶料命名为LT（实
物对橡胶制品的耐久性具有重要影响。 验室切向型）。使用配备交错转子的Shaw4.7 L实验
橡胶中的裂纹前驱体存在尺寸分布，这导致了 室密炼机，填充率为0.70，所得胶料命名为LI（实验
拉伸强度和疲劳寿命的分布，缺陷越大，强度越低， 室交错）。使用配备切向型转子的57 L生产密炼机，
寿命越短。熟悉橡胶疲劳测试的人士可能记得，有时 填充率为0.57，所得胶料命名为PT（生产切向型）。
试品会在显著较低的循环次数下失效，与多份试品测 首先进行第一道（非生产性）混炼，直到温度下降到
试的疲劳寿命中位数相比有时甚至低一个或两个数量 130~135 ℃之间。其他混炼细节属于专有信息，但可
级。这是因为该试品中的缺陷相对于中位数缺陷尺寸 以说明的是，混炼遵循了标准的两遍混炼方法，三台
而言较大。在实验室测试中，当橡胶中的缺陷浓度较 密炼机的混炼条件和原料添加顺序基本相似。
低时，检测那些会降低寿命的大型裂纹前驱体可能会 根据ASTMD7723标准，使用AlphaTechnolog ies
面临挑战。因此，需要测试多个拉伸试品以采样足够 公司的AlphaView分散仪确定硫化橡胶刀片切割表面的
的橡胶体积，从而定位这些大型缺陷。 炭黑分散情况。使用微米级分辨率X射线计算机断层
拉伸测试和疲劳测试均可用于检测裂纹前兆的存 扫描（μCT）评估橡胶中氧化锌的分散情况。使用的
在及其分布，其中拉伸测试因测量速度快而常被优先 μCT仪器是RXSolutions公司的Easytom型号，配有160
采用。 kVx射线管，测量参数如下：60 kV张力、200 μA输入
本文中，作者阐述了表征拉伸强度分布的具体方 强度、焦点到目标的距离为20 mm、焦点到探测器的
法，其中包括对测试重复次数（5、10、20和50）影响 距离为318 mm、帧速率为每秒八幅图像、像素尺寸为

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