撕裂強(qiáng)度作為橡膠材料在使用過(guò)程中抵抗裂紋擴(kuò)展能力的重要指標(biāo)，直接關(guān)系到橡膠制品的耐久性、安全性和服務(wù)壽命。無(wú)論是密封件、輪胎、膠管、避震件還是減震墊，良好的撕裂性能都是質(zhì)量控制與配方優(yōu)化的重要方向。

本文將從撕裂機(jī)制、配方設(shè)計(jì)、原材料選擇、混煉工藝、硫化系統(tǒng)、填料體系等多個(gè)維度，為廣大橡膠質(zhì)量人員、工藝人員、研發(fā)人員及生產(chǎn)技術(shù)人員提供一份系統(tǒng)性“提高橡膠撕裂強(qiáng)度”的實(shí)操指南。

一、撕裂的本質(zhì)與測(cè)試方法差異

撕裂可以分為兩個(gè)階段：撕裂起始和撕裂擴(kuò)展。在實(shí)際應(yīng)用中，橡膠材料在微缺陷處首先發(fā)生應(yīng)力集中，形成裂口，隨后在交變載荷下不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致材料斷裂失效。

需要注意的是：標(biāo)準(zhǔn)撕裂測(cè)試（如Trouser Tear、Graves Tear）并不完全模擬實(shí)際工況下的撕裂模式。因此，在配方優(yōu)化時(shí)，不僅要關(guān)注實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，更要結(jié)合具體使用場(chǎng)景（如剪切、磨耗、撕裂方向）進(jìn)行調(diào)整。

二、橡膠撕裂強(qiáng)度的提升路徑解析

1. 混煉過(guò)程中的分散控制

良好的填料分散對(duì)于提高撕裂強(qiáng)度至關(guān)重要。尤其是炭黑或白炭黑的分散程度，直接影響應(yīng)力分布和缺陷點(diǎn)形成：

• 提高分散質(zhì)量：優(yōu)化Banbury密煉時(shí)間與溫度曲線，提升剪切效率。

• 使用母膠料技術(shù)：如將炭黑通過(guò)球磨預(yù)分散加入天然膠乳后再凝固混煉，比傳統(tǒng)混煉法更能提升撕裂強(qiáng)度。

• 避免雜質(zhì)污染：如混入塵土、鐵屑或硫化死膠等會(huì)形成應(yīng)力集中源，顯著降低撕裂性能。

2. 橡膠相的相態(tài)分布與相容性

橡膠共混體系中，不同相的分布及填料的分散位置影響撕裂強(qiáng)度。例如：

• NR/BR共混中，如將高結(jié)構(gòu)炭黑集中分散于NR相（高結(jié)晶相），撕裂強(qiáng)度提升更明顯；

• SBR/BR體系中，適度增加SBR相比例并優(yōu)化填料在SBR中的分散，也有助于提高撕裂性能；

• 相反，若炭黑過(guò)量集中于低強(qiáng)度的BR相，可能適得其反，導(dǎo)致性能下降。

3. 交聯(lián)結(jié)構(gòu)優(yōu)化：硫化系統(tǒng)與致密度調(diào)整

硫磺硫化：

• 高硫低促體系往往比低硫高促體系擁有更好的撕裂強(qiáng)度；

• 控制交聯(lián)致密度：不是越高越好，撕裂性能在中等交聯(lián)度（避免“過(guò)硫”）下表現(xiàn)更佳；

• 適當(dāng)添加抗返原劑（如HTS和BCI-MX）可在高溫厚制品中提升抗撕裂表現(xiàn)。

過(guò)氧化物硫化：

• 加入金屬型共劑（如Saret? 634鋅二甲基丙烯酸酯）有助于提升撕裂強(qiáng)度；

• 降低硫化溫度、延長(zhǎng)硫化時(shí)間，有時(shí)也有利于撕裂性能提升；

• 調(diào)整共劑與主劑比例（如提高M(jìn)BCA比例至105%理論值）可調(diào)節(jié)鏈段結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)抗撕裂。

三、橡膠基體的選擇與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

天然橡膠（NR）和異戊橡膠（IR）：

• 高順式含量（>96%）的IR因應(yīng)變結(jié)晶能力強(qiáng)，撕裂強(qiáng)度更佳；

• NR因結(jié)晶性、強(qiáng)度本身優(yōu)越，常作為增強(qiáng)相使用。

聚氨酯（PU）：

• PU因其極強(qiáng)的抗撕裂與抗切割性，在高強(qiáng)度要求場(chǎng)合表現(xiàn)出色；

• 二元體比例調(diào)節(jié)（預(yù)聚體與擴(kuò)鏈劑比例，如105%）可顯著優(yōu)化撕裂性能；

• 芳香族二醇擴(kuò)鏈劑（如HQEE）形成的硬段有助于形成耐撕裂結(jié)構(gòu)域。

特種橡膠：

• XNBR：含羧基的丁腈橡膠在加鋅交聯(lián)下可形成“離子交聯(lián)”，大幅提升撕裂強(qiáng)度；

• CPE：提高氯含量的CPE通常撕裂強(qiáng)度更高；

• SBR：適當(dāng)提升結(jié)合苯乙烯含量有利于提高撕裂與疲勞壽命（視填料體系不同有差異）；

• CR（氯丁橡膠）：G型氯丁表現(xiàn)出更佳的撕裂強(qiáng)度。

四、填料體系與增強(qiáng)材料的運(yùn)用

炭黑（Carbon Black）：

• 使用低結(jié)構(gòu)、較高比表面積的品種（如N110）可提升撕裂強(qiáng)度；

• 填料用量需“適量” —— 過(guò)多反而產(chǎn)生脆性，降低撕裂；

• 高結(jié)構(gòu)炭黑（如N330）分散困難、應(yīng)力集中多時(shí)反而削弱性能；

• 在某些配方中，如CR基體，選擇粗顆粒高結(jié)構(gòu)炭黑（如N765）更優(yōu)。

白炭黑（Silica）：

• 與炭黑相比，沉淀法白炭黑配合偶聯(lián)劑（如硅烷）在高填充下可顯著提高撕裂強(qiáng)度；

• 添加芳香類增粘樹(shù)脂（如Staybelite、Cumar）有可能與白炭黑發(fā)生“弱耦合”，進(jìn)一步提升性能；

• 白炭黑應(yīng)用在EPDM黑側(cè)墻中，可同時(shí)提升耐撕裂、抗臭氧老化和抗切口增長(zhǎng)性能。

其它無(wú)機(jī)填料：

• 滑石粉（微細(xì)粒徑型）可通過(guò)“裂紋轉(zhuǎn)向”機(jī)制提高撕裂與抗切割能力；

• 納米黏土、碳納米管：形成納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)撕裂并降低熱生成；

• 針狀填料如硅灰石（Wollastonite）在高溫撕裂工況表現(xiàn)優(yōu)異；

• 短纖維增強(qiáng)（如Kevlar、尼龍、棉纖維等）：添加5 phr以內(nèi)可提升橫向撕裂強(qiáng)度；

• 電子束雙網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：輕度預(yù)硫化后拉伸再二次硫化，形成定向網(wǎng)絡(luò)，可顯著增強(qiáng)撕裂性能。

五、材料改性與配方創(chuàng)新

• 使用可加工型PU作為助劑加入常規(guī)橡膠（如SBR、EPDM）中，具有增強(qiáng)撕裂能力的“共混改性”效果；

• 在EPDM中加入富勒烯C60形成納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，在紫外照射下可顯著增強(qiáng)撕裂強(qiáng)度；

• 回用粉碎膠粉（GTR）添加回基體中，能改善撕裂而犧牲部分拉伸性能；

• 采用離子交聯(lián)（如ZnO交聯(lián)含羧基橡膠）形成納米級(jí)別交聯(lián)點(diǎn)，提高撕裂且不犧牲其他力學(xué)性能。

提高橡膠的撕裂強(qiáng)度是一個(gè)多因素協(xié)同的系統(tǒng)工程，涵蓋原材料選擇、填料種類與用量、共混工藝、硫化體系優(yōu)化、助劑協(xié)同以及結(jié)構(gòu)控制等多個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，應(yīng)結(jié)合具體工況、性能平衡和加工可行性進(jìn)行全局優(yōu)化。