Page 47 - 《橡塑智造与节能环保》2025年7期
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技术与装备




               8 μm。对每种材料的总体积为0.9 cm3（900 mm3），                   度。之前的出版物报告了50个重复试品的强度分布，
               使用五块堆叠的橡胶进行了μCT分析，每块橡胶的尺                           但访问这些原始数据后，本作者可以考虑前5个重复试
               寸约为10 mm×10 mm×2 mm。                               品、前10个和前20个，以及总共50个重复试品的相关
                   拉 伸 应 力 - 应 变 测 量 使 用 L a b sC u b e d 公 司 的   结论。表1报告了之前研究中用N550炭黑增强的两种
               CubeOne自动拉伸试验机进行，测试遵循ASTMD412                      SBR胶料的前5个复制试品的拉伸强度值（断裂时的工
               标准。使用的试品几何形状为ASTMD412C型哑铃，                         程应力，σb），这里称为MixA和MixB。第一步是简
               其规格长度为33 mm，宽度为6 mm，厚度为2.05 mm                     单地将重复强度从低到高排序，如表所示，这些是分
               （测试材料的平均厚度）。本文稍后将讨论填充有                             布的x轴值。分布的y轴是失败分数F（σb），从0（没
               N550炭黑（填充量为20%）的丁苯橡胶（SBR）的拉                        有试品失败）到1（所有试品都失败）。在失效分布
               伸测试，该测试使用了50个DIN53504-S2型哑铃重复                      中，当一个试品断裂时，失效的总体分数为1/n，其中
               试品，其规格长度为25 mm，宽度为4 mm，厚度为                         n是试品重复的数量。因此，F（σb）以1/n的增量从0
               2.1 mm，因此测试的材料总体积为10.5 cm³（每个试品                    变为1，对于5个重复的情况，等于0.2（20%）。这一
               0.21 cm³）。                                         代F（σb）用作分布的y轴，如表1最右侧列所示。
                                                                      根据表1中的基本数据处理得出的MixA和MixB
               2 结果和讨论                                            的强度分布如图1(a)所示。对10次重复、20次重复和
                   Robertson、Tunnicliffe及其同事在2020年的一项             50次重复采用了同样的方法，得出的分布分别如图
               研究的结果可以说明如何根据测试数据构建抗拉强度                            1(b)、1(c)和1(d)所示。
               分布，还可以说明添加更多的试品如何提高分布保真

                                          表 1 两种填充炭黑的丁腈橡胶的 5 个重复拉伸强度数据
                       未排序的 MixA. 的断裂应力      未排序的 MixB. 的断裂应力     排序的 MixA. 的断裂应力     排序的 MixB. 的断裂应力
               试品编号                                                                                      失败率
                               /MPa                  /MPa                /MPa                /MPa
                  1            20.81                19.43                19.48               13.86        0.2
                  2            21.33                13.86                19.53               19.43        0.4
                  3            19.53                20.36                20.81               20.36        0.6
                  4            19.48                21.83                21.22               21.23        0.8
                  5            21.22                21.23                21.33               21.83         1

                   除了MixB的一个低强度数据点外，MixA和MixB                     是剔除低值和高值，取其余三个值的平均值；另一种

               在5个重复样本中的强度分布相似图l(a)。再增加5个重                        方法是只使用中值、使用表1中5个重复样本的数据来
               复样本，共10个重复样本图1(b)显示，MixB在前5个                       比较MixA和MixB，会得出它们的抗拉强度基本相同
               重复样本中的低σb值并非离群值或错误的测试结果。                           的结论，而忽略了一个关键事实，即MixB的胶料中含
               在最初发表的论文中，MixA被称为对照组。该论文将                          有大量玻璃夹杂物。测试5个以上的重复样本会增加检
               MixB称为珠低值，它与对照组完全相同，只是在双辊                          测到低浓度大型裂纹前驱体的可能性，即使在标准的5
               研磨机中加入了直径（d）为0.5mm的固体玻璃珠，其                         次重复测试之外没有额外的重复测试，监测而不是丢
               含量为0.09份，作为模型缺陷。通过图1所示的拉伸强                         弃5次重复测试中的低值仍然有助于跟踪混炼质量和原
               度分布可以检测到这种低含量的大型玻璃夹杂物的存                            材料中是否存在污染物。在橡胶混炼过程中，采用统
               在。即使只有五次重复，也有一个MixB试品因玻璃珠                          计过程控制方案，通过定期监测拉伸强度的中位数和
               裂纹前兆而在低强度值下失效。这个低强度失效是一                            最低值，将是一种行之有效的方法。
               个非常重要的数据点，因为该试品的结果检测出了混                                未分散的填料团聚体是橡胶中裂纹前兆的来源，
               炼物中玻璃珠的存在。然而，在五次重复的标准测试                            因此拉伸强度分布对填料分散状态非常敏感。对一种
               中，拉伸强度的单个低值可能一般不会被重视，尽管                            与对照丁苯橡胶材料具有相同结构且N550炭黑的分散
               它对了解产品的可靠性非常重要。                                    度较低的混炼物，也进行了拉伸测试，使用了50个重
                   根据作者的经验，对于5个重复试品的拉伸数据                          复样本。图2比较了对照组材料和低分散组材料的强
               的统计处理，橡胶行业有两种常见的方法。一种方法                            度分布，包括图2(a)中已讨论过的失效分数F(b)及其
                                                                             2025年 第7期   总第571期            17
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