第1章 绪论 1
1.1 橡胶在工程中的应用 1
1.2 弹性体 1
1.3 动态应用 2
1.4 通用设计原理 3
1.5 热膨胀性、压力和溶胀 3
1.6 特殊应用和操作理论 4
1.8 密封摩擦 7
1.7 密封寿命 7
参考文献 8
第2章 材料与配合 9
2.1 引言 9
2.2 弹性体种类 9
2.2.1 通用类弹性体 9
2.2.1.1 丁苯橡胶(SBR) 10
2.2.1.2 聚异戊橡胶(NR，IR) 10
2.2.1.3 顺丁橡胶(BR) 11
2.2.2.3 氢化丁腈橡胶(HNBR) 12
2.2.2.2 丁腈橡胶(NBR) 12
2.2.2 特种弹性体 12
2.2.2.1 氯丁橡胶(CR) 12
2.2.2.4 丁基橡胶(IIR) 13
2.2.2.5 乙丙橡胶(EPR，EPDM) 13
2.2.2.6 硅橡胶(MQ) 13
2.2.2.7 聚硫橡胶(T) 13
2.2.2.10 乙烯-甲基丙烯酸酯橡胶(AEM) 14
2.2.2.12 氟橡胶(FKM) 14
2.2.2.11 丙烯酸酯橡胶(ACM) 14
2.2.2.9 氯化聚乙烯(CPE) 14
2.2.2.8 氯磺化聚乙烯(CSM) 14
2.2.2.13 氯醚橡胶(CO，ECO) 15
2.2.2.14 聚氨酯橡胶 15
2.3 配合 15
2.3.1 硫化与交联 15
2.3.1.1 硫黄交联 15
2.3.1.2 交联密度的测定 18
2.3.1.3 交联密度的影响 19
2.3.1.4 其他交联体系 20
2.3.2 增强 20
2.3.3.1 臭氧老化 22
2.3.3 抗降解剂 22
2.3.3.2 氧化 23
2.3.4 加工助剂 25
2.3.5 增容剂 25
2.3.6 增粘剂 26
2.4 典型的橡胶配合 27
致谢 29
参考书目 29
问题 29
答案 30
第3章 弹性 31
3.1 引言 31
3.2 小形变下的弹性性质 32
3.2.1 弹性常数 32
3.2.2 剪切模量G与复合物之间的关系 34
3.2.3 复合物的刚性 36
3.2.3.1 剪切模量的选择 36
3.2.3.2 键合的块状体与空的圆柱体的剪切变形 36
3.2.3.3 固定物体的小压缩或小拉伸 38
3.2.3.4 拉伸和压缩中的最大允许载荷 41
3.2.3.5 用硬度测试计测橡胶块的印痕 42
3.2.3.6 突出于刚性平面孔洞的橡胶 43
3.3 大形变 44
3.3.1 大弹性形变的通用理论 44
3.3.2 应力-应变关系 45
3.3.2.1 应力-应变间通常的关系 45
3.3.2.2 简单拉伸 45
3.3.2.3 形变能量函数的计算 46
3.3.2.4 填充橡胶硫化胶的弹性行为 48
3.3.2.5 等轴拉伸 50
3.3.2.6 受限拉伸(纯剪切) 51
3.3.2.7 球形壳体的膨胀(气球) 52
3.3.2.8 一个球形孔洞的膨胀 53
3.3.3 二次方应力 54
3.3.3.1 简单剪切 54
3.3.3.2 扭曲形变 56
3.4 橡胶弹性分子理论 57
3.4.1 单分子链的弹性行为 57
3.4.2 一个分子网络的弹性 58
3.4.3 网络分子链的有效密度 59
3.4.4 形变能量函数中的第二项 60
3.4.5 分子理论总结 61
参考文献 62
问题 63
部分答案 64
第4章 动态机械性能 65
4.1 引言 65
4.2 粘弹性 65
4.3 动态试验 68
4.4 能量问题 72
4.5 悬浮体系的运动 73
4.6.2 受迫共振振动 76
4.6.3 自由振动 76
4.6 实验技术 76
4.6.1 受迫非共振振动 76
4.6.4 回弹性 77
4.6.5 静态和动态应变水平的影响 77
4.7 动态机械测量的应用 77
4.7.1 橡胶元件的生热 77
4.7.2 隔震材料 78
4.7.3 缓冲器 78
4.8 温度和频率的影响 79
4.9 填充混炼胶的触变效应 82
致谢 84
参考文献 84
问题 84
答案 85
第5章 强度 87
5.1 引言 87
5.2 断裂力学 87
5.2.1 试样分析 89
5.2.2 裂纹尖端的应变能集中 91
5.3 撕裂行为 92
5.4 交变载荷下的裂纹增长 98
5.4.1 疲劳极限与臭氧老化作用 99
5.4.2 G0的物理解释 100
5.4.3 弹性体和填料种类的影响 101
5.4.4 氧气的作用 102
5.4.5 频率和温度的影响 103
5.4.6 非松驰影响 103
5.4.7 时间依赖性断裂 104
5.5 臭氧侵蚀 104
5.6 拉伸强度 107
5.7 剪切和压缩中的裂纹扩展 109
5.8 空化现象和相关断裂 111
5.9 结论 113
参考书目 113
问题 116
答案 117
第6章 机械疲劳 123
6.1 引言 123
6.2 断裂力学在橡胶机械疲劳中的应用 124
6.3.1 疲劳裂纹引发 127
6.3 裂纹的引发与扩展 127
6.3.2 疲劳寿命与裂纹增长 128
6.3.3 疲劳裂纹扩展：疲劳裂纹增长特性 129
6.3.4 由裂纹增长特性测定疲劳寿命 131
6.4 疲劳裂纹增长测试方法 133
6.4.1 疲劳裂纹扩展动态撕裂能的实验测定 133
6.4.2 裂纹增长动力学 134
6.4.3 测试条件对疲劳裂纹增长特性和动态疲劳寿命的影响 134
6.4.3.1 波形 134
6.4.3.4 静态应变/应力 135
6.4.3.2 频率 135
6.4.3.3 温度 135
6.5 各种不同材料及其对疲劳裂纹增长的影响 138
6.5.1 补强剂和复合材料模量 138
6.5.2 弹性体类型 140
6.5.3 硫化体系 141
6.6 橡胶在双轴应力下的疲劳和裂纹增长 142
6.7 橡胶复合材料的疲劳 144
6.7.1 金属丝、帘线及其间距对疲劳裂纹扩展的影响 144
6.7.2 最小应变和应力的影响 144
6.7.3 橡胶-钢丝复合材料的S-N曲线和疲劳裂纹增长常数的比较 147
6.7.4 双层橡胶-帘线层状物的疲劳 148
6.8 压缩及剪切作用下的橡胶疲劳 149
6.8.1 压缩裂纹增长 149
6.8.2 剪切裂纹增长 152
6.9 环境因素的影响 152
6.10 弹性组件的模型化及寿命预测 154
6.11 热塑性弹性体的疲劳裂纹扩展 154
6.12 热塑性弹性体的耐久性 155
6.13 结论 156
参考文献 157
致谢 157
问题 159
答案 160
第7章 耐久性 162
7.1 引言 162
7.2 蠕变、应力松弛和变形 164
7.2.1 蠕变 164
7.2.2 应力松弛 165
7.2.3 物理松弛 165
7.2.5 压缩变形和回复 167
7.2.4 化学松弛 167
7.2.6 实例分析 169
7.3 弹性体在空气中的寿命 170
7.3.1 室温下的耐久性 170
7.3.2 日光和天候 171
7.3.3 臭氧开裂 171
7.3.4 建筑支座：实例研究 172
7.3.4.1 使用100年后的铁路高架桥天然橡胶垫 172
7.3.4.2 使用20年后的层合桥梁支座 173
7.4.2 结晶 176
7.4.1 玻璃化转变 176
7.4 低温影响 176
7.4.3 低温影响的可逆性 177
7.5 高温影响 178
7.6 流体环境的影响 179
7.6.1 水成液 183
7.6.2 烃类液体 186
7.6.3 烃类及其他气体 188
7.6.4 温度和化学侵蚀的影响 192
7.6.5 辐射的影响 193
7.7 橡胶-金属结合的耐久性 194
7.7.1 粘合实验 195
7.7.2 橡胶-金属粘合体系 196
7.7.3 盐水中的耐久性：电化学位的影响 197
7.8 寿命预测方法 200
致谢 202
参考文献 202
问题 203
答案 205
第8章 橡胶配件的设计 208
8.1 引言 208
8.2 剪切和压缩支座 210
8.2.1 平面三明治形状 211
问题8.2.1.1 214
8.2.2 层合支座 215
问题8.2.2.1 215
8.2.3 管状轴承和支座 216
问题8.2.3.1 217
问题8.2.3.2 220
8.2.4 有效形状因子 220
8.3.1 振动背景信息 222
8.3 振动和噪声控制 222
8.3.2 设计要求 224
8.3.3 实例问题 225
问题8.3.3.1 225
问题8.3.3.2 228
问题8.3.3.3 229
8.4 实际设计指导 232
8.5 结论和致谢 233
术语 234
参考文献 235
问题 235
答案 236
9.1 引言 239
第9章 有限元分析 239
9.2 材料分类说明 241
9.2.1 金属 241
9.2.2 弹性体 241
9.2.2.1 线性 241
9.2.2.2 非线性 245
9.2.3 弹性体材料模型相关性 253
9.2.3.1 ASTM-412拉伸相关性 253
9.2.3.3 双轴相关性 254
9.2.3.2 纯剪切相关性 254
9.2.3.4 简章剪切相关性 255
9.3 术语和校正 255
9.3.1 术语 255
9.3.2 FEA模型的类型 257
9.3.3 模型的构建 257
9.3.4 边界条件 259
9.3.5 解 260
9.3.5.1 正切刚度 260
9.3.5.4 粘弹性(见第4章) 261
9.3.5.2 Newton-Raphson方法 261
9.3.5.3 非线性材料行为 261
9.3.5.5 模型核实 262
9.3.6 结果 262
9.3.7 线性校正 264
9.3.8 经典的非线性校正 264
9.4 应用举例 266
9.4.1 正驱动调速传动带 266
9.4.2 橡胶护舷 267
9.4.4 缓冲器设计 269
9.4.3 橡皮套 269
9.4.5 层合支座 273
9.4.6 穿孔塞 274
9.4.7 粘接式夹层支架 276
9.4.8 O形圈 277
9.4.9 胶管模型 277
9.4.10 FEA测评样品带 278
参考文献 280
10.1.1 标准测试方法 283
10.1.2 测试目的 283
第10章 测试与规范 283
10.1 引言 283
10.1.3 测试样片的制备 284
10.1.4 硫化和测试之间的时间 284
10.1.5 本章和范围 285
10.2 设计参数的测量 285
10.2.1 杨氏模量 285
10.2.2 剪切模量 287
10.2.3 蠕变与应力松弛 289
10.2.3.1 蠕变 290
10.3.1 硬度 291
10.2.3.2 应力松弛 291
10.3 质量控制测试 291
10.3.1.1 硬度计 292
10.3.1.2 国际橡胶硬度 293
10.3.2 拉伸性能 294
10.3.3 压缩变形 296
10.3.4 加速老化 297
10.3.4.1 热空气老化 297
10.3.4.2 臭氧龟裂 298
10.3.5 耐液体介质性 299
10.3.5.2 溶胀测试 300
10.3.5.1 溶胀的影响因素 300
10.3.6 与刚性基质的粘合 301
10.3.7 加工性能 302
10.4 动态性能 304
10.4.1 回弹性 306
10.4.2 Yerzley示波器 306
10.4.3 共振梁 307
10.4.4 伺服液压控制测试仪 309
10.4.5 电力学测试仪 310
10.4.6 最佳的测试条件 310
10.5 轮胎的测试 311
10.5.1 脱圈阻力 312
10.5.2 轮胎强度 313
10.5.3 轮胎耐久性 313
10.5.4 高速性能 314
10.6 规范 314
10.6.1 分类体系 314
10.6.1.1 类型 315
10.6.1.2 类别 315
10.6.1.3 详细的描述 316
10.6.2 公差 318
10.6.2.1 模压成型产品 319
10.6.2.2 挤出产品 320
10.6.2.3 载荷形变特性 320
10.6.3 橡胶桥梁支座 321
10.6.3.1 功能 321
10.6.3.2 设计代码 322
10.6.3.3 材料规范 322
10.6.4.3 拉伸性能 324
10.6.4.2 材料 324
10.6.4.1 功能 324
10.6.4 管密封圈 324
10.6.4.4 压缩变形 325
10.6.4.5 低温柔韧性 326
10.6.4.6 热空气老化 326
10.6.4.7 耐油性 326
10.6.4.8 结论 326
参考文献 327
问题 329
答案 330
附录 橡胶物理常数表 332