[01265472]橡胶开裂性能检测分析及抗开裂设计新技术

项目自启动以来，建立了橡胶裂纹生长的在线测试平台，可对橡胶裂纹尖端形态进行实时追踪。

通过研究揭示了应变诱导结晶、炭黑填充、共混相分离对橡胶裂纹尖端形态生成与发展的影响机制。

发表按规定标注的相关论文4篇，其中SCI论文2篇，申请中国发明专利1项。

培养硕士生2名。

具体而言，获得以下研究成果：

（1）建立了橡胶裂纹生长测试及开裂形态在线追踪实验平台，研究了几种典型的橡胶裂纹生长行为、开裂形态及其与结晶行为的关系。

我们利用具有裂纹生长测试功能的动态热机械分析仪与显微型高速摄像仪结合起来，组成裂纹生长实时监测系统，每秒可拍摄一万帧图片（时间分辨率＜1μs）。

考察了天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、三元乙丙橡胶等材料的裂纹生长行为。

根据实验结果，裂纹生长速率与撕裂能存在幂率关系。

我们研究发现，结晶型橡胶的裂纹生长速率具有撕裂能依赖性。

在实验测试的撕裂能范围内，分为两个裂纹生长速率区域，存在一个裂纹扩展速率转变点。

在转变点以前，幂指数较高，但生长缓慢，易产生次级裂纹;在转变点之后，由于结晶的影响，幂指数较低，但裂纹生长速率较高。

结晶能力越强的橡胶，在相同的撕裂能下裂纹生长速率越低。

根据对结晶影响机理的探索，通过加入相容性、结晶性很好的反式聚异戊二烯调节橡胶结晶性，最终可得到裂纹生长速率可调的橡胶材料。

（2）研究了炭黑对天然橡胶开裂行为及开裂形态的影响机制。炭黑是橡胶工业中常用的一种重要填料。在本项目中，我们考察了不同含量炭黑对裂纹生长行为的影响。揭示出，随着炭黑含量的提高，裂纹生长速率降低。对于天然橡胶而言，其独有的裂纹生长速率双区域特点仍然存在，但是转变点有向右移动的趋势，即裂纹生长速率较慢，幂指数较高的区域扩大，裂纹生长速率较低，幂指数较高的部分缩小。这有利于抗裂性的提高。从裂纹尖端形态而言，随炭黑的增加，尖端“韧带”形态逐渐变细，变均匀，分析表明这是裂纹生长速率降低的表现。对于顺丁橡胶而言，裂纹生长速率比天然橡胶快，随炭黑的增加裂纹生长速率降低，开裂形态也表现出“韧带”形态逐渐变细，变均匀的趋势。从研究中，我们总结出炭黑通过提高裂纹生长的阻力和开裂能耗的方式提高橡胶的抗裂性。

研究了共混体系的裂纹生长行为及共混对裂纹生长行为及开裂形态的影响机制。

详细研究了NR/BR、SBR/EPDM、NR/SBR三个共混体系的裂纹生长行为及开裂形态，分析得出共混体系的相分离行为是影响共混裂纹生长行为的重要影响因素。研究结果表明，共混体系的“海-岛”状相形态对应的裂纹生长速率高于双相连续结构对应的裂纹生长速率，且随着相尺寸的减小，裂纹生长速率降低。

结合开裂形态与相形态的综合分析，最终得出，在相同的中等相界面结合强度情况下，相界面面积越大，裂纹生长所需的能量越高，从而裂纹生长速率越低。