橡胶制品疲劳寿命的影响因素分析

李 夏,张袁媛,王 建

（重庆市计量质量检测研究院,重庆 401123）

0 前言

橡胶制品在使用的过程中，由于受到循环应力或应变拉力的影响，其内部结构可能会发生改变，长期以往，橡胶制品便会存在一定程度的内部缺陷，这种现象称为橡胶疲劳。实际上，橡胶制品在动态下，受到外界作用力的拉伸、压缩、扭曲以及机械振动，都有可能发生破损或断裂，影响其使用性能，致使橡胶产品的使用价值消失。而在汽车零件、挂件等元件的制作中，都离不开橡胶材料。因此，对影响橡胶制品疲劳寿命的因素进行分析是非常重要的工作。下面，本文对与其相关的内容进行简单的分析。

1 橡胶疲劳破坏机理概述

1.1 机械破坏理论

大部分学者认为，橡胶制品的疲劳老化并不是化学反应，而是经过长期的机械应力，致使橡胶结构和使用性能发生改变，最后失去使用价值的过程。下面，对橡胶制品的疲劳破坏过程进行简单的分析：首先，橡胶制品在长期受应力的作用下，发生了一定程度的变形，或是出现软化现象（此现象仅出现在含有硫化胶的橡胶制品中）；其次，橡胶处于应力或自身变形的变化过程，橡胶制品的表面发生裂缝，同时这一阶段也是硫化胶橡胶制品的高层结构破坏阶段；最后，橡胶制品比严重破坏或完全破坏的阶段，该阶段橡胶制品的破坏范围急剧扩大，破坏程度也迅速提升，最终致使橡胶制品的寿命缩短。

1.2 力-化学破坏理论

当橡胶制品受到外界应力的作用时，自身的网络结构会发生改变，出现不均匀的情况，进而影响应力的分布情况。当应力都集中在一处时，就会使该部分分子的连接被破坏。分子连接被破坏后，就会产生大量的游离基，游离基通过氧化反应，组成新的自由基，这些自由基在继续反应，就会形成连锁的老化反应，使分子链的断裂加速，最终导致橡胶产品的老化程度加速。

2 橡胶制品疲劳寿命的影响因素

2.1 结构设计影响因素

橡胶制品自身的结构设计也会影响橡胶制品的疲劳寿命。一般情况下，在设计结构时，往往会考虑到材料本身的结构类型，在橡胶制品整体结构的设计上，应保证其具有一定的刚性和承载性[1]。同时，也应考虑橡胶制品的其他性能，尽可能的选择硬度适合的橡胶材料，对结构设计的合理性进行判断，最终使橡胶产品的各方面性能满足相关的规范标准。实际上，在橡胶产品的设计过程中，应力比较集中的区域的分布情况一般能够反映出该橡胶制品的危险位置的分布情况。针对这一现象，技术人员在设计过程中应最大限度的减少应力集中区，消除应力集中点。举例来说，对于壁比较厚的橡胶产品，应采用圆滑过渡的方式，对比较薄弱的位置通过增加厚度的方式，提升其使用性能。

2.2 橡胶材料配方影响因素

橡胶材料配方是影响橡胶制品疲劳寿命的关键，当结构组成和受力环境相同的条件下，橡胶制品的疲劳寿命很大程度上由材料配方决定，其中，对橡胶制品疲劳寿命影响最大的就是生胶的选择、硫化剂的类型以及炭黑的用量和种类[2]。同时，选择何种防老剂以及橡胶制品的含胶率等方面，都对橡胶制品的疲劳寿命有一定的影响。下面，针对不同条件下使用的橡胶类型，进行简单的阐述：2.2.1 主体生胶的影响

对于一些性能要求较高的减震橡胶制品，应具备更高的韧度和撕裂强度，这类橡胶制品的材料一般选用聚氨酯橡胶。而在高温情况下或油量高的条件下使用时，应选择硅橡胶、乙丙橡胶等类型的橡胶制品。

2.2.2 硫化体系的影响

橡胶硫化程度也是影响橡胶制品疲劳性能的重要因素，当橡胶制品的硫化程度较弱时，橡胶制品应力梯度提升，动态生热程度加快，使其疲劳性能降低。所以控制刘华程度也是提高橡胶制品疲劳性能的主要部分。

2.2.3 防老剂的影响

在具有减震性能的橡胶制品的使用过程中，通常都会选择炭黑材料作为增强剂，提高橡胶制品的疲劳寿命和撕裂性能。同时，由于软化剂会使橡胶制品的动态性能降低，对于此类材料的使用，一定要控制在合理的范围内，不应大量使用。

除以上影响因素外，在制作橡胶制品的过程中，如果材料混合的不均匀或者添加剂比较分散，都会影响橡胶成品的质量，使其疲劳寿命降低。同时，含有硫化物的橡胶制品应控制好其硫化程度，特别是对于大型厚制品的橡胶制品来说，应消除硫化返原及内外硫化的不一致的情况，从而提升橡胶制品的疲劳寿命[3]。在制作橡胶制品的过程中，技术人员也会对模具结构的设计进行认真的分析，在分型面及注射面浇口的选择上，应避开受力点或是应力集中区，使橡胶制品的粘接性得到保证，避免橡胶制品内部结构存在缺陷。以上因素都对橡胶制品的疲劳寿命有着非常重要的影响。

3 结论

通过本文的论述，分析了影响橡胶制品疲劳寿命的主要因素，在橡胶制品的制作过程中，应对橡胶产品的结构本身进行分析，减小应力集中的问题，优化应力的分布情况，进一步提升橡胶制品的疲劳寿命。同时，应对橡胶制品的材料本身进行研究，增强材料的使用性能，选择性能较好的材料制作橡胶制品，举例来说，可以采用主体生胶、硫化剂、炭黑以及防老剂等材料，提升橡胶制品的疲劳寿命。最后，应注意橡胶制品结构与材料之间的配合程度，应保证两者的有效融合，提升橡胶制品的疲劳寿命，对工艺流程进行严格的要求。

[1]梁利强,朱来军,韩鹏.橡胶制品疲劳寿命的影响因素分析[J].特种橡胶制品,2016,37(04):65-68.

[2]王昊,危银涛.橡胶疲劳研究综述[J].轮胎工业,2015,35(10):579-585.

[3]李志超,危银涛,金状兵等.基于裂纹形核理论的橡胶制品疲劳研究[J].弹性体,2014,24(06):28-34.