橡膠制品疲勞壽命的影響因素分析

李 夏,張袁媛,王 建

（重慶市計量質量檢測研究院,重慶 401123）

0 前言

橡膠制品在使用的過程中，由于受到循環應力或應變拉力的影響，其內部結構可能會發生改變，長期以往，橡膠制品便會存在一定程度的內部缺陷，這種現象稱為橡膠疲勞。實際上，橡膠制品在動態下，受到外界作用力的拉伸、壓縮、扭曲以及機械振動，都有可能發生破損或斷裂，影響其使用性能，致使橡膠產品的使用價值消失。而在汽車零件、掛件等元件的制作中，都離不開橡膠材料。因此，對影響橡膠制品疲勞壽命的因素進行分析是非常重要的工作。下面，本文對與其相關的內容進行簡單的分析。

1 橡膠疲勞破壞機理概述

1.1 機械破壞理論

大部分學者認為，橡膠制品的疲勞老化并不是化學反應，而是經過長期的機械應力，致使橡膠結構和使用性能發生改變，最后失去使用價值的過程。下面，對橡膠制品的疲勞破壞過程進行簡單的分析：首先，橡膠制品在長期受應力的作用下，發生了一定程度的變形，或是出現軟化現象（此現象僅出現在含有硫化膠的橡膠制品中）；其次，橡膠處于應力或自身變形的變化過程，橡膠制品的表面發生裂縫，同時這一階段也是硫化膠橡膠制品的高層結構破壞階段；最后，橡膠制品比嚴重破壞或完全破壞的階段，該階段橡膠制品的破壞范圍急劇擴大，破壞程度也迅速提升，最終致使橡膠制品的壽命縮短。

1.2 力-化學破壞理論

當橡膠制品受到外界應力的作用時，自身的網絡結構會發生改變，出現不均勻的情況，進而影響應力的分布情況。當應力都集中在一處時，就會使該部分分子的連接被破壞。分子連接被破壞后，就會產生大量的游離基，游離基通過氧化反應，組成新的自由基，這些自由基在繼續反應，就會形成連鎖的老化反應，使分子鏈的斷裂加速，最終導致橡膠產品的老化程度加速。

2 橡膠制品疲勞壽命的影響因素

2.1 結構設計影響因素

橡膠制品自身的結構設計也會影響橡膠制品的疲勞壽命。一般情況下，在設計結構時，往往會考慮到材料本身的結構類型，在橡膠制品整體結構的設計上，應保證其具有一定的剛性和承載性[1]。同時，也應考慮橡膠制品的其他性能，盡可能的選擇硬度適合的橡膠材料，對結構設計的合理性進行判斷，最終使橡膠產品的各方面性能滿足相關的規范標準。實際上，在橡膠產品的設計過程中，應力比較集中的區域的分布情況一般能夠反映出該橡膠制品的危險位置的分布情況。針對這一現象，技術人員在設計過程中應最大限度的減少應力集中區，消除應力集中點。舉例來說，對于壁比較厚的橡膠產品，應采用圓滑過渡的方式，對比較薄弱的位置通過增加厚度的方式，提升其使用性能。

2.2 橡膠材料配方影響因素

橡膠材料配方是影響橡膠制品疲勞壽命的關鍵，當結構組成和受力環境相同的條件下，橡膠制品的疲勞壽命很大程度上由材料配方決定，其中，對橡膠制品疲勞壽命影響最大的就是生膠的選擇、硫化劑的類型以及炭黑的用量和種類[2]。同時，選擇何種防老劑以及橡膠制品的含膠率等方面，都對橡膠制品的疲勞壽命有一定的影響。下面，針對不同條件下使用的橡膠類型，進行簡單的闡述：2.2.1 主體生膠的影響

對于一些性能要求較高的減震橡膠制品，應具備更高的韌度和撕裂強度，這類橡膠制品的材料一般選用聚氨酯橡膠。而在高溫情況下或油量高的條件下使用時，應選擇硅橡膠、乙丙橡膠等類型的橡膠制品。

2.2.2 硫化體系的影響

橡膠硫化程度也是影響橡膠制品疲勞性能的重要因素，當橡膠制品的硫化程度較弱時，橡膠制品應力梯度提升，動態生熱程度加快，使其疲勞性能降低。所以控制劉華程度也是提高橡膠制品疲勞性能的主要部分。

2.2.3 防老劑的影響

在具有減震性能的橡膠制品的使用過程中，通常都會選擇炭黑材料作為增強劑，提高橡膠制品的疲勞壽命和撕裂性能。同時，由于軟化劑會使橡膠制品的動態性能降低，對于此類材料的使用，一定要控制在合理的范圍內，不應大量使用。

除以上影響因素外，在制作橡膠制品的過程中，如果材料混合的不均勻或者添加劑比較分散，都會影響橡膠成品的質量，使其疲勞壽命降低。同時，含有硫化物的橡膠制品應控制好其硫化程度，特別是對于大型厚制品的橡膠制品來說，應消除硫化返原及內外硫化的不一致的情況，從而提升橡膠制品的疲勞壽命[3]。在制作橡膠制品的過程中，技術人員也會對模具結構的設計進行認真的分析，在分型面及注射面澆口的選擇上，應避開受力點或是應力集中區，使橡膠制品的粘接性得到保證，避免橡膠制品內部結構存在缺陷。以上因素都對橡膠制品的疲勞壽命有著非常重要的影響。

3 結論

通過本文的論述，分析了影響橡膠制品疲勞壽命的主要因素，在橡膠制品的制作過程中，應對橡膠產品的結構本身進行分析，減小應力集中的問題，優化應力的分布情況，進一步提升橡膠制品的疲勞壽命。同時，應對橡膠制品的材料本身進行研究，增強材料的使用性能，選擇性能較好的材料制作橡膠制品，舉例來說，可以采用主體生膠、硫化劑、炭黑以及防老劑等材料，提升橡膠制品的疲勞壽命。最后，應注意橡膠制品結構與材料之間的配合程度，應保證兩者的有效融合，提升橡膠制品的疲勞壽命，對工藝流程進行嚴格的要求。

[1]梁利強,朱來軍,韓鵬.橡膠制品疲勞壽命的影響因素分析[J].特種橡膠制品,2016,37(04):65-68.

[2]王昊,危銀濤.橡膠疲勞研究綜述[J].輪胎工業,2015,35(10):579-585.

[3]李志超,危銀濤,金狀兵等.基于裂紋形核理論的橡膠制品疲勞研究[J].彈性體,2014,24(06):28-34.