再谈实验室测试和轮胎性能的关联

2022-04-14 23:03:39来源：Rubber Masters

轮胎的性能应该用什么来测试最可靠？最简单的答案一定是路试：把轮胎安装在车上，在期望的路况中实车测试轮胎性能。

作为技术人员或者管理人员的你，对这个答案肯定不满意。

主要是因为成本太高--包括经济成本和时间成本。比如要预知一项配方改进对轮胎综合磨耗性能的影响，直接试做轮胎装车路试不仅耗时长，成本也相当高。因为不仅要试制轮胎，支付跟踪测试费用，往往考虑到干扰因素，测试轮胎的样本量还需要达到一定标准，得出的结果才比较可靠。

因此，探索有效的实验室测试方法对预测实际的应用性能还是很有意义的。今天我们和大家探讨一些常规的实验室破坏性测试对实际应用的意义，以及如果要更好地反映实际应用性能，应该如何改进。

1拉伸断裂试验

拉伸断裂试验是最基本的橡胶力学性能测试方法。可以说有橡胶性能测试的地方就有拉伸断裂测试。虽然这个方法应用很广，但如何理解、如何解读测试结果却并不是所有人都能很好地运用的。

在拉伸试验中，试样会被无限拉伸直至断裂。于是可以得到模量，断裂强度和断裂伸长率。但在实际应用中，几乎没有一种橡胶制品是以这种模式损坏的。轮胎在实际应用中的变形率通常不会超过10%，极限条件下也不会超过100%。而拉伸断裂测试的变形率至少也在300%以上，它测到的材料断裂强度只能代表极限条件下的拉伸断裂能。

实验室拉伸断裂测试

材料的断裂能测试
在实际应用过程中的情形却是：橡胶发生较小变形，再恢复，再变形，再恢复…… 如此直至产生裂纹，然后裂纹开始扩展，直至最后疲劳断裂。2撕裂试验相比拉伸断裂试验，撕裂试验更加苛刻。试验样品的形状有多种，例如新月形、直角型、裤型等等。样品可以带切口也可以不带切口，根据应用需要设计。撕裂试验的拉伸速率比拉伸试验要慢得多，这样可以让裂口尽量沿着设计的方向扩展。与拉伸断裂试验相同，在实际应用中，几乎没有一种橡胶制品是以这种极端方式撕裂损坏的。轮胎在实际应用中，橡胶在产生裂纹之后，在周期性应变和应力作用下，裂纹继续扩散，不断发展，最后由量变到质变，才发生异常磨损或者切割掉块而损坏。实验室的撕裂试验实际测试的是橡胶在极端条件下抵抗撕裂破坏的能力，应力施加到样品上直至撕裂完成。

实验室撕裂测试
3如何接近实际损坏模式？既然实验室常用的测试方法不能反映实际应用的情况，那人们为何还要继续这些测试呢？当然成本是原因之一，但另外的原因也是这些方法还是可以提供有用的信息。从多角度综合分析这些信息，我们就可以更好地认识橡胶的特性，去预判橡胶实际应用的性能。有很多公司的高管，其中也包括一些技术高管，问过我这么一个问题：橡胶实验室为什么要做这么多测试？基于分析，挑几项重要的做一做是不是更有效率呢？我听到他们这么问时，心里知道他们是外行，也就不计较了，很多时候还是耐心解释。橡胶制品特别是轮胎，工况复杂，环境温度、湿度、载荷，路面状况，结构因素等都在影响橡胶最终的性能表现，而且这些因素的排列组合千变万化，又怎么能仅仅使用几个简单的指标就能预判出橡胶的实际性能表现呢？近年来，Chris Robertson等人经过多年研究，开发出一套利用橡胶疲劳撕裂的方法来预测橡胶的裂纹扩展性能。其基本原理是在疲劳试验机上测试橡胶样品的裂纹增长，并采集不同撕裂能密度对应的裂纹增长数值，得到撕裂能曲线。再把初始撕裂强度作为产生裂纹的阈值T0，作为曲线的起点。在小于此阈值的撕裂能密度下，橡胶能够承受的曲挠形变次数理论上是无穷大。大于此阈值而小于临界撕裂能密度Tc的情况下，橡胶裂纹增长的速度随撕裂能增大而增大。当撕裂能密度大于或者等于Tc时，橡胶加速破坏。其实，实验室的撕裂测试就是大于临界撕裂能密度下胶料快速破坏的情况。该方法从另一个角度，引入周期性应变和撕裂能因素，更加接近轮胎实际裂纹增长的情况，进一步了解橡胶材料的特性。同样，没有一种测试能够完全反映实际应用。期待这项新方法的应用能够帮助我们建立更好的模型，更加准确地预判某些特定条件下橡胶的抗破坏性能，为我们的配方开发工作助力。

橡胶的撕裂能密度曲线

周期应变下橡胶的裂纹扩展如果您觉得有用，请转发给朋友或点击‘在看’，让更多人看到。

作者简介：徐舟波，毕业于大连理工大学。拥有15年橡胶轮胎行业技术开发、技术服务及管理经验。先后就职于米其林公司，埃克森美孚，卡博特公司。从事领域涉及橡胶配方开发，聚合物及补强材料在轮胎及橡胶中的应用开发，轮胎配方及加工工艺的工业化，产品质量规划，工厂质量改进，技术服务等。曾多次受邀在全国橡胶配方培训班讲课。现担任卡博特亚太技术中心应用研发经理，首席研究员。

标签：拉伸断裂撕裂试验裂纹增长

责任编辑：hnmd003