輪胎的性能應(yīng)該用什么來(lái)測(cè)試最可靠？最簡(jiǎn)單的答案一定是路試：把輪胎安裝在車上，在期望的路況中實(shí)車測(cè)試輪胎性能。

作為技術(shù)人員或者管理人員的你，對(duì)這個(gè)答案肯定不滿意。

主要是因?yàn)槌杀咎?-包括經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本。比如要預(yù)知一項(xiàng)配方改進(jìn)對(duì)輪胎綜合磨耗性能的影響，直接試做輪胎裝車路試不僅耗時(shí)長(zhǎng)，成本也相當(dāng)高。因?yàn)椴粌H要試制輪胎，支付跟蹤測(cè)試費(fèi)用，往往考慮到干擾因素，測(cè)試輪胎的樣本量還需要達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，得出的結(jié)果才比較可靠。

因此，探索有效的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法對(duì)預(yù)測(cè)實(shí)際的應(yīng)用性能還是很有意義的。今天我們和大家探討一些常規(guī)的實(shí)驗(yàn)室破壞性測(cè)試對(duì)實(shí)際應(yīng)用的意義，以及如果要更好地反映實(shí)際應(yīng)用性能，應(yīng)該如何改進(jìn)。

1拉伸斷裂試驗(yàn)

拉伸斷裂試驗(yàn)是最基本的橡膠力學(xué)性能測(cè)試方法?？梢哉f(shuō)有橡膠性能測(cè)試的地方就有拉伸斷裂測(cè)試。雖然這個(gè)方法應(yīng)用很廣，但如何理解、如何解讀測(cè)試結(jié)果卻并不是所有人都能很好地運(yùn)用的。

在拉伸試驗(yàn)中，試樣會(huì)被無(wú)限拉伸直至斷裂。于是可以得到模量，斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。但在實(shí)際應(yīng)用中，幾乎沒(méi)有一種橡膠制品是以這種模式損壞的。輪胎在實(shí)際應(yīng)用中的變形率通常不會(huì)超過(guò)10%，極限條件下也不會(huì)超過(guò)100%。而拉伸斷裂測(cè)試的變形率至少也在300%以上，它測(cè)到的材料斷裂強(qiáng)度只能代表極限條件下的拉伸斷裂能。

     實(shí)驗(yàn)室拉伸斷裂測(cè)試

材料的斷裂能測(cè)試
在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的情形卻是：橡膠發(fā)生較小變形，再恢復(fù)，再變形，再恢復(fù)…… 如此直至產(chǎn)生裂紋，然后裂紋開(kāi)始擴(kuò)展，直至最后疲勞斷裂。 2撕裂試驗(yàn)相比拉伸斷裂試驗(yàn)，撕裂試驗(yàn)更加苛刻。試驗(yàn)樣品的形狀有多種，例如新月形、直角型、褲型等等。樣品可以帶切口也可以不帶切口，根據(jù)應(yīng)用需要設(shè)計(jì)。撕裂試驗(yàn)的拉伸速率比拉伸試驗(yàn)要慢得多，這樣可以讓裂口盡量沿著設(shè)計(jì)的方向擴(kuò)展。與拉伸斷裂試驗(yàn)相同，在實(shí)際應(yīng)用中，幾乎沒(méi)有一種橡膠制品是以這種極端方式撕裂損壞的。輪胎在實(shí)際應(yīng)用中，橡膠在產(chǎn)生裂紋之后，在周期性應(yīng)變和應(yīng)力作用下，裂紋繼續(xù)擴(kuò)散，不斷發(fā)展，最后由量變到質(zhì)變，才發(fā)生異常磨損或者切割掉塊而損壞。實(shí)驗(yàn)室的撕裂試驗(yàn)實(shí)際測(cè)試的是橡膠在極端條件下抵抗撕裂破壞的能力，應(yīng)力施加到樣品上直至撕裂完成。

實(shí)驗(yàn)室撕裂測(cè)試
3如何接近實(shí)際損壞模式？既然實(shí)驗(yàn)室常用的測(cè)試方法不能反映實(shí)際應(yīng)用的情況，那人們?yōu)楹芜€要繼續(xù)這些測(cè)試呢？當(dāng)然成本是原因之一，但另外的原因也是這些方法還是可以提供有用的信息。從多角度綜合分析這些信息，我們就可以更好地認(rèn)識(shí)橡膠的特性，去預(yù)判橡膠實(shí)際應(yīng)用的性能。有很多公司的高管，其中也包括一些技術(shù)高管，問(wèn)過(guò)我這么一個(gè)問(wèn)題：橡膠實(shí)驗(yàn)室為什么要做這么多測(cè)試？基于分析，挑幾項(xiàng)重要的做一做是不是更有效率呢？我聽(tīng)到他們這么問(wèn)時(shí)，心里知道他們是外行，也就不計(jì)較了，很多時(shí)候還是耐心解釋。橡膠制品特別是輪胎，工況復(fù)雜，環(huán)境溫度、濕度、載荷，路面狀況，結(jié)構(gòu)因素等都在影響橡膠最終的性能表現(xiàn)，而且這些因素的排列組合千變?nèi)f化，又怎么能僅僅使用幾個(gè)簡(jiǎn)單的指標(biāo)就能預(yù)判出橡膠的實(shí)際性能表現(xiàn)呢？近年來(lái)，Chris Robertson等人經(jīng)過(guò)多年研究，開(kāi)發(fā)出一套利用橡膠疲勞撕裂的方法來(lái)預(yù)測(cè)橡膠的裂紋擴(kuò)展性能。其基本原理是在疲勞試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試橡膠樣品的裂紋增長(zhǎng)，并采集不同撕裂能密度對(duì)應(yīng)的裂紋增長(zhǎng)數(shù)值，得到撕裂能曲線。再把初始撕裂強(qiáng)度作為產(chǎn)生裂紋的閾值T0，作為曲線的起點(diǎn)。在小于此閾值的撕裂能密度下，橡膠能夠承受的曲撓形變次數(shù)理論上是無(wú)窮大。大于此閾值而小于臨界撕裂能密度Tc的情況下，橡膠裂紋增長(zhǎng)的速度隨撕裂能增大而增大。當(dāng)撕裂能密度大于或者等于Tc時(shí)，橡膠加速破壞。其實(shí)，實(shí)驗(yàn)室的撕裂測(cè)試就是大于臨界撕裂能密度下膠料快速破壞的情況。該方法從另一個(gè)角度，引入周期性應(yīng)變和撕裂能因素，更加接近輪胎實(shí)際裂紋增長(zhǎng)的情況，進(jìn)一步了解橡膠材料的特性。同樣，沒(méi)有一種測(cè)試能夠完全反映實(shí)際應(yīng)用。期待這項(xiàng)新方法的應(yīng)用能夠幫助我們建立更好的模型，更加準(zhǔn)確地預(yù)判某些特定條件下橡膠的抗破壞性能，為我們的配方開(kāi)發(fā)工作助力。 

橡膠的撕裂能密度曲線

周期應(yīng)變下橡膠的裂紋擴(kuò)展 如果您覺(jué)得有用，請(qǐng)轉(zhuǎn)發(fā)給朋友或點(diǎn)擊‘在看’，讓更多人看到。

作者簡(jiǎn)介：徐舟波，畢業(yè)于大連理工大學(xué)。擁有15年橡膠輪胎行業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)、技術(shù)服務(wù)及管理經(jīng)驗(yàn)。先后就職于米其林公司，?？松梨?，卡博特公司。從事領(lǐng)域涉及橡膠配方開(kāi)發(fā)，聚合物及補(bǔ)強(qiáng)材料在輪胎及橡膠中的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，輪胎配方及加工工藝的工業(yè)化，產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)劃，工廠質(zhì)量改進(jìn)，技術(shù)服務(wù)等。曾多次受邀在全國(guó)橡膠配方培訓(xùn)班講課。現(xiàn)擔(dān)任卡博特亞太技術(shù)中心應(yīng)用研發(fā)經(jīng)理，首席研究員。