橡膠材料耐疲勞破壞性能因素的思考

董文華

（航宇救生裝備有限公司 441000）

橡膠材料耐疲勞破壞性能因素的思考

董文華

（航宇救生裝備有限公司 441000）

評價橡膠材料耐用性或抗破壞性的重要理論為橡膠疲勞壽命理論，這一理論涉及到影響橡膠制品耐用性的多方面因素。為了全面了解橡膠材料的耐受干擾因素，本文以科學方法展開相應研究，希望為橡膠制造產業提供有效參考。

橡膠；耐疲勞破壞性；因素

1 前言

從橡膠疲勞受損的角度進行分析，橡膠材質的制成品被使用一段時間以后，其外部形狀會因外力作用而出現變形、彎曲、拉長等現象，此時，橡膠材料的物理性能及機械使用性將受到干擾，受損嚴重的部分有可能難以承受運作效力，進而影響到產品整體性能。基于此，深入探究影響橡膠材料的耐疲勞（或抗破壞）性能的各種因素，有助于優化橡膠制品的性能指數。

2 橡膠材料配方方面的因素

2.1 材料類型方面

不同類型的橡膠材質，其抗破損性、耐用性有較大差異。這是因為不同橡膠具有不同的受力結晶結構，這些結晶結構和疲勞發生機制之間存在著緊密聯系性。當受到合適壓迫力時，橡膠制品的應力結晶能夠很好地分散破壞力，使性能不受干擾。此外，不同膠種材料具有不同的內部配方情況，例如，硫化橡膠的實際性能和填料、硫化體系、外防機制有很大關系。因此，鑒別橡膠產品的耐損耗性能不能簡單考察種類問題，還應綜合考慮多方面的具體因素[1]。

2.2 硫化體系方面

橡膠配方方面的硫化體系是決定產品內部網絡結構的關鍵因素。這一因素不僅影響到材料的交聯密度，而且還決定著橡膠制品的機械使用性能。一些實驗證實，硫化橡膠在實際運用中的壽命長短與硫化體系耐受時間的長短有關，而共混橡膠的實際使用壽命還和材料內部缺損有關。

2.3 內填材料方面

炭黑是補強橡膠內部結構的成分之一，該成分能夠改進材料的耐損耗性能。具體而言，橡膠填料作用于內部結構的機理有：①填入相關材料后，膠料的滯后性能、實際硬度將受到相應影響；②在橡膠外部的裂紋端部填放適量復合型結構的材料，可能使裂紋端部出現偏離、鈍化現象；③填入的材料粒子大量凝聚后，會使缺陷尺寸得以有效增加。基于上述幾點內容，確定橡膠填料的實際用量時，要以“盡量降低裂紋擴大速度”為標準，積極提升橡膠疲勞壽命。

2.4 各類化學劑影響

①軟化劑及增塑劑。在制造橡膠的過程里加入一定量的軟化劑或增塑劑，都會改變橡膠內部分子的運動活性與應力活性。例如，把少許丙烯酸酯類化學劑接到橡膠IR分子鏈中，可將材料物理壽命增加15～25倍[2]。②防老化劑。在使用橡膠類制品的過程里，產品無可避免地受到多種外界因素（微生物、腐蝕物質、臭氧等）的侵蝕干擾，致使橡膠分子的基本性能逐漸降低。為緩解這方面問題，于橡膠材料中放入不同類型的防老化化學劑，以起到減緩降解反應的作用。此外，當蠟類相關物質移至膠料的外部或表層時，橡膠將不會接觸到外部環境的毒害物質，使橡膠材料的內部成分保持原有性質，避免過度老化的現象出現。

3 外部環境及周圍條件方面的因素

3.1 氧氣影響

空氣中的氧氣會對橡膠表層形成一定程度的干擾影響，當氧氣溶于橡膠表層分子中后，橡膠制品的老化速度會變快，且這種轉變不可逆。例如，橡膠材料或同類產品的受損裂紋增大以后，其門檻值的降低幅度會呈現逐步升高趨勢，而導致裂紋加速擴大的因素之一就是氧氣。

3.2 臭氧影響

大氣環境中的臭氧是干擾橡膠物理壽命的一個較大因素。如果大氣中臭氧的實時含量達到或超出億分之幾時，橡膠內部的彈性物質將會被分解，即彈性體“碳－碳”分子鍵被阻斷[3]。在載荷量增大的前提之下，橡膠表層的裂開紋路會漸漸擴大。相關實驗實踐證明，橡膠疲勞性在臭氧較多的環境中表現得更為突出，同時使用壽命也呈現出逐步縮短的跡象。此外，氧氣、臭氧兩種氣體物質對膠體的干擾表現不同，盡管在橡膠應變較小的情況下，臭氧同樣會加快橡膠外部裂紋的擴大速度。

3.3 溫度影響

橡膠受到外部實時溫度的影響，并且，不同膠體所能耐受的溫度值不同。一些橡膠對外界溫度的變化較為敏感。在基于位移控制的橡膠測試實驗中，當實時溫度由0℃升至100℃及以上時，填入天然橡膠的制品物理壽命縮短幅度為4倍，沒有填入天然橡膠的制品物理壽命縮短幅度為1萬倍。根據填充材料的劑量、類別調整膠體溫度變動情況，進而降低溫度對膠體的影響。此外，氧氣會增強溫度因素對膠體物理壽命的影響性，于無氧環境中做實驗，大部分橡膠可耐受175℃溫值，但于有氧環境之中，橡膠處于175℃已然出現降解反應，且速度較快[4]。

3.4 頻率影響

在疲勞損耗試驗中，橡膠受到較高頻率的振動干擾，細致觀察知，經振動試驗后的橡膠體出現了損壞現象。將頻率保持為某一強度時，橡膠疲勞變化不明顯，因為不同強度的頻率對橡膠產生破壞值不同。低頻率時的橡膠發熱速度較慢，膠體溫值變化不大，機械疲勞度并不會誘發分子鏈分離現象；而處于高頻率環境中，機械疲勞度相對較大，發熱速度較快，橡膠體受到溫度變化因素的干擾，使材料內部出現熱降解現象。

4 結束語

當前市場上有多種橡膠類產品，例如，車輪胎、減振器等。由于此類產品多處于動態化的運作環境當中，因此，“提升橡膠抗損耗性、增強產品運用壽命”是橡膠制造業普遍關注的重點問題。從橡膠配方與外界環境兩大方面對橡膠制品的耐疲勞（或耐破壞）性能展開探究，可以全面而系統地認識橡膠材料的各種干擾因素，進而為提升橡膠性能的方法探索工作提供科學依據與相關指導。

[1]肖鋒，諶勇，孫靖雅，等.超彈性橡膠材料分層圓孔蜂窩防護覆蓋層動態壓縮行為及性能研究[J].振動與沖擊，2013，32（22）：14～20.

[2]曾令子，吳力立，熊經雄.不同粒徑炭黑對寬溫域高阻尼橡膠材料阻尼和力學性能的影響[J].合成橡膠工業，2014，37（2）：136～138.

[3]李凡珠，張樹柏，劉金朋，等.本構方程對橡膠材料裂紋尖端J積分有限元分析結果的影響[J].合成橡膠工業，2015，38（1）：31～34.

[4]仲健林，任杰，馬大為.基于Exp-ln模型與廣義黏彈性理論的橡膠本構模型及其應用研究[J].振動與沖擊，2015，34（19）：151～155.

TQ330.1

A

1004-7344（2016）12-0294-01

2016-4-15