很短的碎斷鋼絲材料，談不上骨架材料的方向性，試件的硫化壓力也難于施加，存在鋼絲的裁斷、厚度控制等系列問題試件制作難度很大且難于控制。
[0025]一方面試件制作難以控制，另一方面，帶鋼絲的壓縮試樣在現(xiàn)有的橡膠材料壓縮生熱試驗設(shè)備上難以完成，考慮到需要新加工試驗設(shè)備加之試件制作精度問題，因此上述試件制作方案被否定。
[0026]2)試件的改進
根據(jù)最初的試件制作及試驗問題，考慮到試驗設(shè)備能力、產(chǎn)品簾布壓延厚度、裁斷及硫化壓力及材料邊緣效應(yīng)等諸多因素，改進試件僅用于彎曲疲勞，試件尺寸，長、寬、厚度為3mm0
[0027]長度主要依據(jù)彎曲疲勞試驗機夾具及量程來設(shè)計，寬度依據(jù)夾具寬度來設(shè)計，厚度主要考慮單層簾布厚度2.0~3.0_，適合輪胎產(chǎn)品主要簾布尺寸而設(shè)計的。
[0028]3)試件尺寸的定型
試件尺寸，長、寬、厚度為151mm*60mm*6.3mm。因80mm簾布寬度略大于夾具寬度，因簾布彎曲剛性高，試驗過程中發(fā)現(xiàn)容易造成邊緣皺褶現(xiàn)象，特別是人為誤差試片上偏時會造成較大的試驗數(shù)據(jù)偏差。因此試件寬度由80_減小為60_。
[0029]由此可見，試件的尺寸設(shè)計定型是經(jīng)過多次試驗總結(jié)的結(jié)果，是經(jīng)過精心考慮的。
[0030]③測試設(shè)備和測試方法的選擇
設(shè)備選定高低溫屈撓疲勞試驗機，并且需要力值量程較大，能夠滿足鋼絲簾布制件產(chǎn)生必要形變的要求。本工作選用江蘇明珠的MZ-4003C立式橡膠疲勞龜裂試驗機，外加保溫箱，可調(diào)節(jié)測試所需溫度，設(shè)備外形如圖5所示。
[0031]試驗機主要技術(shù)參數(shù):
1)下夾持器往復(fù)速度范圍:(50?500)r/min±10r/min
2)上下夾持器可調(diào)節(jié)最大距離:200mm
3)偏心輪可調(diào)節(jié)最大距離:50mm
4)下夾持器最大往復(fù)行程:100_
5)源電壓:AC220V±10%
測試條件的設(shè)定
疲勞測試模式:屈撓彎曲疲勞測試條件:
溫度:100°C
夾具行程:25mm ;頻率300次/min 疲勞時間 24h 疲勞性能:試樣邊緣出現(xiàn)裂口經(jīng)過多次試驗測試選定試驗參數(shù):A.溫度選擇100°C原因在于輪胎關(guān)鍵損壞點基本為應(yīng)力集中點，同時也是高溫集中區(qū)域，如帶束端點、胎體反包端點、墊膠等；
選擇夾具行程25mm，較大則損壞過快導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差較大，較小則試驗周期過長，嘗試過42mm及12mm等多組數(shù)據(jù)；頻率300次/min，與輪胎60km/h速度相當；疲勞時間24h內(nèi)通常會出現(xiàn)損傷，可觀察到內(nèi)在缺陷。
[0032]對實驗室疲勞損壞試樣進行微觀測試，比較實驗室疲勞破壞與成品輪胎疲勞損壞微觀原因的差異，分析實驗室疲勞試驗對模擬輪胎疲勞損壞的可行性。試樣類型及取樣方式如圖6所示。
[0033]圖7是圖6的單層半試樣的試驗結(jié)果與實際市場肩空胎帶束層端部區(qū)域SEM分析的結(jié)果對比。
[0034]圖7以是以圖6的單層半為例，與復(fù)雜的市場肩空胎(帶束層端點損壞)從微觀形貌上對所損壞原因進行了對比分析。
[0035]單層簾線半鋪設(shè)的樣品，剝離界面的疲勞破壞形貌復(fù)雜。兩部分鋼絲簾線之間的膠樣，其疲勞破壞屬于強剪切作用下橡膠材料的破壞，界面中疲勞破壞點較多，但尺寸略??；鋼絲端點處橡膠材料，受力及變形復(fù)雜，疲勞破壞點尺寸略大；鋼絲表面剝離膠料的疲勞破壞較嚴重，微破壞點的尺寸分布較寬。不同部位微破壞點的尺寸略有差異，但引發(fā)原因相似，主要是填料粒子團聚和ZnO顆粒。
[0036]同樣我們對上述(圖6、圖8)4種試樣進行了對比。試樣I適于輪胎實際使用中的層間破壞，損壞癥狀中等；試樣2適于膠料與鋼絲的脫離，損壞癥狀較輕；試樣3適于端點損壞，損壞癥狀嚴重，也最為復(fù)雜，兩部分鋼絲簾線端點之間的膠樣，其疲勞破壞屬于強剪切作用下橡膠材料的破壞，界面中疲勞破壞點較多，但尺寸略?。讳摻z端點處橡膠材料，受力及變形復(fù)雜，疲勞破壞點尺寸略大；鋼絲表面剝離膠料的疲勞破壞較嚴重，微破壞點的尺寸分布較寬。試樣4模仿了純膠的試驗方法，損傷及微觀缺陷很小。(純膠已有疲勞試驗方法，但試驗設(shè)計與本試驗不同，本試驗基于鋼絲/橡膠試驗條件，并入了純膠試驗)。
[0037]綜上，實驗結(jié)果表明:實驗室試樣疲勞損壞的微觀引發(fā)原因與成品輪胎的分析結(jié)果相似，所設(shè)定的試樣模式及測試條件可以用于輪胎膠料耐疲勞性能的實驗室模擬測試。(備注:純膠本身就有類似疲勞試驗方法和標準，用試驗來評價成品性能的可行性應(yīng)該不存在問題。目前，針對鋼絲/橡膠復(fù)合材料沒有疲勞損壞的試驗方法，該試驗為新設(shè)計。試樣尺寸、測試條件與純膠差別較大，另外考慮到溫度的重要性，試驗設(shè)計上增加了溫度的影響)。
[0038]④應(yīng)用實例
對公司的粘合膠料:A031、A041、A041-1進行對比分析，總結(jié)如下。
[0039]典型的粘合膠料主要特征:A031帶束層料含白炭黑；A041胎體料；A041_1胎體料，混煉膠過濾。采用試樣3疲勞后的疲勞界面SEM分析如圖9所示。
[0040]由圖9看出:A031膠料中存在著大量的填料聚集體(白炭黑)、顆粒及高S/ZnZnO含量的顆粒聚集體等潛在缺陷，填料分散不均勻現(xiàn)象較嚴重。
[0041]與未過濾的A041膠料相比，經(jīng)過過濾處理的A041-1膠料的拉斷界面相對較平整，從基體中脫離的填料聚集體形貌較少，且尺寸也小的多，A041-1拉斷界面中雖然也存在分散不均勻的填料聚集體，但并未發(fā)生明顯的脫離基體的現(xiàn)象，破壞程度相對較輕，另外也存在未反應(yīng)完全的配合劑顆粒。
[0042]疲勞壽命測試結(jié)果:
老化前 A041 ?A041-01 > A031
100C X 24h 老化 A041-01 > A041 > A031
除耐疲勞性能測試外，我們結(jié)合交聯(lián)密度、熱失重、拉伸性能等性能的分析，可以得出如下結(jié)論:
1、膠料過濾雖然能夠減少膠料中潛在微觀缺陷的數(shù)量及尺寸，但會影響到膠料的交聯(lián)密度及基本性能；
2、膠料中的潛在缺陷會作為應(yīng)力集中點引發(fā)材料發(fā)生疲勞損壞，但膠料的疲勞壽命還依賴于膠料的交聯(lián)密度及力學(xué)性能高低；
3、常溫下膠料的疲勞壽命顯著依賴于膠料的力學(xué)強度，高溫下則更依賴于潛在缺陷的尺寸及數(shù)量；
4、實驗室模擬疲勞測試的樣品制備方式及測試模式、條件與輪胎膠料的實際使用狀態(tài)具有較好的符合度。
[0043]實驗室模擬疲勞測試可以用于輪胎制品耐疲勞破壞性能的實驗室分析。輪胎疲勞損壞原因分析及損壞機理模擬是長期困擾輪胎業(yè)界的一個難題，其主要原因是成品輪胎疲勞損壞測試周期長，輪胎真實工作條件復(fù)雜，且難以在線觀測輪胎損壞的發(fā)展歷程。本項目擬通過實驗室測試與成品胎測試相結(jié)合的手段，經(jīng)過多次驗證，建立一套能夠模擬輪胎材料損壞過程的實驗室測試方法，特別是創(chuàng)建了模擬鋼絲/橡膠復(fù)合材疲勞破壞的試驗方法。為揭示輪胎損壞機理提供了一種快捷、有效的試驗方法，最終為高性能輪胎的研制提供一種切實有效的實驗室研發(fā)方法。
【主權(quán)項】
1.一種橡膠復(fù)合材料疲勞分析試驗方法，該方法包括試樣的選擇和設(shè)備的選擇，其特征在于:試樣包括試樣A、試樣B、試樣C和試樣D中的一種或多種，試樣A、試樣B和試樣C為單層簾布屈撓疲勞試樣，裁取簾布時，控制簾線的排列角度與輪胎中簾線排列角度接近，其中試樣A簾布放置長度達到整個試樣的中部位置，試樣B為裁切簾布對接，試樣C簾布的長度可以和整個試樣等長或者稍短；試樣D為多層簾布復(fù)合材料的屈撓疲勞測試試樣，壓片時模擬輪胎中帶束層部位的排列方式；上述的試樣A、試樣B、試樣C和試樣D的長、寬、厚度為151mm*60mm*6.3mm ;設(shè)備選定高低溫屈燒疲勞試驗機，外加保溫箱，試驗機主要技術(shù)參數(shù): a)下夾持器往復(fù)速度范圍:(50?500)r/min±10r/min b)上下夾持器可調(diào)節(jié)最大距離:200mm c)偏心輪可調(diào)節(jié)最大距離:50mm d)下夾持器最大往復(fù)行程:100_ e)源電壓:AC220V±10%； 測試條件: a)溫度:100°C b)夾具行程:25mm;頻率300次/min ； c)疲勞時間24h d)疲勞性能:試樣邊緣出現(xiàn)裂口。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種橡膠復(fù)合材料疲勞分析試驗方法，該方法包括試樣的選擇和設(shè)備的選擇，所述的試樣包括試樣A、試樣B、試樣C和試樣D中的一種或多種，試樣A、試樣B和試樣C為單層簾布屈撓疲勞試樣，裁取簾布時，控制簾線的排列角度與輪胎中簾線排列角度接近，其中試樣A簾布放置長度達到整個試樣的中部位置，試樣B為裁切簾布對接，試樣C簾布的長度可以和整個試樣等長或者稍短；試樣D為多層簾布復(fù)合材料的屈撓疲勞測試試樣，壓片時模擬輪胎中帶束層部位的排列方式；本發(fā)明實驗室模擬疲勞測試可以用于輪胎制品耐疲勞破壞性能的實驗室分析。
【IPC分類】G01N3/20
【公開號】CN105004618
【申請?zhí)枴緾N201510395687
【發(fā)明人】尹海山, 潘思宇, 倪力靜, 余志成
【申請人】杭州朝陽橡膠有限公司
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月3日