橡胶疲劳性能研究进展

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1、合成橡胶工业000220合成橡胶工业CHINASYNTHETICRUBBERINDUSTRY2000　Vol.23　No.2　P.128-131橡胶疲劳性能研究进展刘宇艳　万志敏摘要:综述了动态载荷下疲劳对橡胶物理机械性能的影响、影响橡胶疲劳的因素、橡胶疲劳性能的研究方法及橡胶疲劳的机理。指出橡胶制品的疲劳寿命取决于橡胶的抗疲劳断裂性能，研究橡胶的疲劳特性对于结构抗疲劳设计和疲劳寿命预报模型的建立是极其重要的。关键词:橡胶；疲劳；裂纹；疲劳机理；综述中图分类号:TQ330.7文献标识码:A文章编号:1000－1255(2000)02

2、－0128－04ProgressonfatiguepropertiesofrubberLiuYuyanandWanZhimin(DepartmentofAppliedChemistry,HarbinInstituteofTechnology)Abstract:Thefactorsinfluencingrubberfatigue,theeffectoffatigueonrubberphysicalpropertiesandresearchapproachesofrubberfatigueandfatiguedamagemechanis

3、msunderdynamicloadwerereviewedwith24references.Itwaspointedoutthatthefatiguelifeofrubberproductsdependedonthefatiguefractureresistanceofrubbermaterialsandtheresearchofrubberfatiguewasveryimportantforthestructurefatigueresistantdesignandtheestalishmentoffatiguelifepredi

4、ctionmodel.Keywords:rubber;fatigue;crack;fatiguemechanism;review　　橡胶制品通常是在周期性应力状态下使用的，橡胶材料的疲劳断裂性能往往决定这些制品的疲劳寿命。为了保证橡胶制品使用时的安全性和可靠性，研究橡胶材料的动态疲劳特性具有重要的意义。1　疲劳对橡胶物理机械性能的影响　　对炭黑填充的天然橡胶(NR)硫化胶在一定负荷下多次拉伸变形时物理机械性能的研究结果表明[1]，橡胶的物理机械性能在疲劳的初期和末期呈现不同的变化趋势。在疲劳过程中，拉伸强度先是上升，经过极大值后趋于

5、下降，而撕裂强度、动态弹性模量和力学损耗系数的变化则相反。由初始值和极大(小)值的比较可知，拉伸强度增大约20％，撕裂强度减小约80％，动态弹性模量减小约60％，力学损耗系数减小约10％。轮胎胎面胶在实际使用中发生的物理机械性能的变化也具有类似的倾向[2]。　　Beatty研究了在氮气中拉伸周期对NR物理机械性能的影响，结果表明[3]，在疲劳过程中，拉伸强度几乎保持不变；300％定伸应力在疲劳初期明显增加，然后增加趋缓；扯断伸长率随疲劳周期的变化而下降。改变空气氛围(如氧和臭氧等)和应变周期可以得到相同的结果。填充炭黑的丁苯橡胶(S

6、BR)、氯丁橡胶(CR)、丁基橡胶(IIR)和丁腈橡胶(NBR)的扯断伸长率随疲劳周期的变化趋势相同。2　影响疲劳寿命的因素　　弹性体性质影响疲劳寿命最重要的因素是弹性体的性质。研究表明[1]，在低应变疲劳条件下，橡胶的玻璃化转变温度愈高，耐疲劳破坏性能愈好；在高应变疲劳条件下，具有拉伸结晶性的橡胶耐疲劳破坏性能较好。疲劳裂纹增长也与弹性体种类有关，NR和BR对应变速率不敏感，而SBR等由于具有较大的粘弹性，对应变速率较为敏感[4]。万方数据file:///E

7、/qk/hcxjgy/hcxj2000/0002/000220.htm（

8、第1／5页）2010-3-2222:09:30合成橡胶工业000220　　应变周期对NR胶料的研究结果表明[3]，最小应变增加时尽管能量输入降低，但样品的疲劳寿命却增加，说明施加于样品的最小应变是影响疲劳寿命的主要因素。还有许多橡胶制品的例子表明应变周期在很大程度上影响制品的性能。　　操作温度操作温度对橡胶耐疲劳破坏性能的影响相当复杂，因为疲劳中同时发生了不可逆的化学变化(如降解)。另外高温还影响材料的模量和扯断伸长率。但在大多数试验中，随温度的增加，NR和SBR的疲劳寿命都降低，只是前者不如后者明显[5]。　　空气氛围空气氛围对橡

9、胶疲劳裂纹增长的影响也比较显著。一般惰性环境(如氮气)使疲劳裂纹增长速率下降，氧和臭氧使疲劳裂纹增长加速。与氧的影响相比，臭氧裂纹可在更低的应力下发生，0.5×10－6的臭氧可以使疲劳裂纹增长速率增加40％～80％[4,5]。　　此外