董文华

（航宇救生装备有限公司 441000）

橡胶材料耐疲劳破坏性能因素的思考

董文华

（航宇救生装备有限公司 441000）

评价橡胶材料耐用性或抗破坏性的重要理论为橡胶疲劳寿命理论，这一理论涉及到影响橡胶制品耐用性的多方面因素。为了全面了解橡胶材料的耐受干扰因素，本文以科学方法展开相应研究，希望为橡胶制造产业提供有效参考。

橡胶；耐疲劳破坏性；因素

1 前言

从橡胶疲劳受损的角度进行分析，橡胶材质的制成品被使用一段时间以后，其外部形状会因外力作用而出现变形、弯曲、拉长等现象，此时，橡胶材料的物理性能及机械使用性将受到干扰，受损严重的部分有可能难以承受运作效力，进而影响到产品整体性能。基于此，深入探究影响橡胶材料的耐疲劳（或抗破坏）性能的各种因素，有助于优化橡胶制品的性能指数。

2 橡胶材料配方方面的因素

2.1 材料类型方面

不同类型的橡胶材质，其抗破损性、耐用性有较大差异。这是因为不同橡胶具有不同的受力结晶结构，这些结晶结构和疲劳发生机制之间存在着紧密联系性。当受到合适压迫力时，橡胶制品的应力结晶能够很好地分散破坏力，使性能不受干扰。此外，不同胶种材料具有不同的内部配方情况，例如，硫化橡胶的实际性能和填料、硫化体系、外防机制有很大关系。因此，鉴别橡胶产品的耐损耗性能不能简单考察种类问题，还应综合考虑多方面的具体因素[1]。

2.2 硫化体系方面

橡胶配方方面的硫化体系是决定产品内部网络结构的关键因素。这一因素不仅影响到材料的交联密度，而且还决定着橡胶制品的机械使用性能。一些实验证实，硫化橡胶在实际运用中的寿命长短与硫化体系耐受时间的长短有关，而共混橡胶的实际使用寿命还和材料内部缺损有关。

2.3 内填材料方面

炭黑是补强橡胶内部结构的成分之一，该成分能够改进材料的耐损耗性能。具体而言，橡胶填料作用于内部结构的机理有：①填入相关材料后，胶料的滞后性能、实际硬度将受到相应影响；②在橡胶外部的裂纹端部填放适量复合型结构的材料，可能使裂纹端部出现偏离、钝化现象；③填入的材料粒子大量凝聚后，会使缺陷尺寸得以有效增加。基于上述几点内容，确定橡胶填料的实际用量时，要以“尽量降低裂纹扩大速度”为标准，积极提升橡胶疲劳寿命。

2.4 各类化学剂影响

①软化剂及增塑剂。在制造橡胶的过程里加入一定量的软化剂或增塑剂，都会改变橡胶内部分子的运动活性与应力活性。例如，把少许丙烯酸酯类化学剂接到橡胶IR分子链中，可将材料物理寿命增加15～25倍[2]。②防老化剂。在使用橡胶类制品的过程里，产品无可避免地受到多种外界因素（微生物、腐蚀物质、臭氧等）的侵蚀干扰，致使橡胶分子的基本性能逐渐降低。为缓解这方面问题，于橡胶材料中放入不同类型的防老化化学剂，以起到减缓降解反应的作用。此外，当蜡类相关物质移至胶料的外部或表层时，橡胶将不会接触到外部环境的毒害物质，使橡胶材料的内部成分保持原有性质，避免过度老化的现象出现。

3 外部环境及周围条件方面的因素

3.1 氧气影响

空气中的氧气会对橡胶表层形成一定程度的干扰影响，当氧气溶于橡胶表层分子中后，橡胶制品的老化速度会变快，且这种转变不可逆。例如，橡胶材料或同类产品的受损裂纹增大以后，其门槛值的降低幅度会呈现逐步升高趋势，而导致裂纹加速扩大的因素之一就是氧气。

3.2 臭氧影响

大气环境中的臭氧是干扰橡胶物理寿命的一个较大因素。如果大气中臭氧的实时含量达到或超出亿分之几时，橡胶内部的弹性物质将会被分解，即弹性体“碳－碳”分子键被阻断[3]。在载荷量增大的前提之下，橡胶表层的裂开纹路会渐渐扩大。相关实验实践证明，橡胶疲劳性在臭氧较多的环境中表现得更为突出，同时使用寿命也呈现出逐步缩短的迹象。此外，氧气、臭氧两种气体物质对胶体的干扰表现不同，尽管在橡胶应变较小的情况下，臭氧同样会加快橡胶外部裂纹的扩大速度。

3.3 温度影响

橡胶受到外部实时温度的影响，并且，不同胶体所能耐受的温度值不同。一些橡胶对外界温度的变化较为敏感。在基于位移控制的橡胶测试实验中，当实时温度由0℃升至100℃及以上时，填入天然橡胶的制品物理寿命缩短幅度为4倍，没有填入天然橡胶的制品物理寿命缩短幅度为1万倍。根据填充材料的剂量、类别调整胶体温度变动情况，进而降低温度对胶体的影响。此外，氧气会增强温度因素对胶体物理寿命的影响性，于无氧环境中做实验，大部分橡胶可耐受175℃温值，但于有氧环境之中，橡胶处于175℃已然出现降解反应，且速度较快[4]。

3.4 频率影响

在疲劳损耗试验中，橡胶受到较高频率的振动干扰，细致观察知，经振动试验后的橡胶体出现了损坏现象。将频率保持为某一强度时，橡胶疲劳变化不明显，因为不同强度的频率对橡胶产生破坏值不同。低频率时的橡胶发热速度较慢，胶体温值变化不大，机械疲劳度并不会诱发分子链分离现象；而处于高频率环境中，机械疲劳度相对较大，发热速度较快，橡胶体受到温度变化因素的干扰，使材料内部出现热降解现象。

4 结束语

当前市场上有多种橡胶类产品，例如，车轮胎、减振器等。由于此类产品多处于动态化的运作环境当中，因此，“提升橡胶抗损耗性、增强产品运用寿命”是橡胶制造业普遍关注的重点问题。从橡胶配方与外界环境两大方面对橡胶制品的耐疲劳（或耐破坏）性能展开探究，可以全面而系统地认识橡胶材料的各种干扰因素，进而为提升橡胶性能的方法探索工作提供科学依据与相关指导。

[1]肖锋，谌勇，孙靖雅，等.超弹性橡胶材料分层圆孔蜂窝防护覆盖层动态压缩行为及性能研究[J].振动与冲击，2013，32（22）：14～20.

[2]曾令子，吴力立，熊经雄.不同粒径炭黑对宽温域高阻尼橡胶材料阻尼和力学性能的影响[J].合成橡胶工业，2014，37（2）：136～138.

[3]李凡珠，张树柏，刘金朋，等.本构方程对橡胶材料裂纹尖端J积分有限元分析结果的影响[J].合成橡胶工业，2015，38（1）：31～34.

[4]仲健林，任杰，马大为.基于Exp-ln模型与广义黏弹性理论的橡胶本构模型及其应用研究[J].振动与冲击，2015，34（19）：151～155.

TQ330.1

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1004-7344（2016）12-0294-01

2016-4-15