橡膠制品疲勞壽命的影響因素分析

李 夏,張?jiān)?王 建

（重慶市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院,重慶 401123）

0 前言

橡膠制品在使用的過(guò)程中，由于受到循環(huán)應(yīng)力或應(yīng)變拉力的影響，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生改變，長(zhǎng)期以往，橡膠制品便會(huì)存在一定程度的內(nèi)部缺陷，這種現(xiàn)象稱(chēng)為橡膠疲勞。實(shí)際上，橡膠制品在動(dòng)態(tài)下，受到外界作用力的拉伸、壓縮、扭曲以及機(jī)械振動(dòng)，都有可能發(fā)生破損或斷裂，影響其使用性能，致使橡膠產(chǎn)品的使用價(jià)值消失。而在汽車(chē)零件、掛件等元件的制作中，都離不開(kāi)橡膠材料。因此，對(duì)影響橡膠制品疲勞壽命的因素進(jìn)行分析是非常重要的工作。下面，本文對(duì)與其相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。

1 橡膠疲勞破壞機(jī)理概述

1.1 機(jī)械破壞理論

大部分學(xué)者認(rèn)為，橡膠制品的疲勞老化并不是化學(xué)反應(yīng)，而是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的機(jī)械應(yīng)力，致使橡膠結(jié)構(gòu)和使用性能發(fā)生改變，最后失去使用價(jià)值的過(guò)程。下面，對(duì)橡膠制品的疲勞破壞過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析：首先，橡膠制品在長(zhǎng)期受應(yīng)力的作用下，發(fā)生了一定程度的變形，或是出現(xiàn)軟化現(xiàn)象（此現(xiàn)象僅出現(xiàn)在含有硫化膠的橡膠制品中）；其次，橡膠處于應(yīng)力或自身變形的變化過(guò)程，橡膠制品的表面發(fā)生裂縫，同時(shí)這一階段也是硫化膠橡膠制品的高層結(jié)構(gòu)破壞階段；最后，橡膠制品比嚴(yán)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(kuò)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(xué)破壞理論

當(dāng)橡膠制品受到外界應(yīng)力的作用時(shí)，自身的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，出現(xiàn)不均勻的情況，進(jìn)而影響應(yīng)力的分布情況。當(dāng)應(yīng)力都集中在一處時(shí)，就會(huì)使該部分分子的連接被破壞。分子連接被破壞后，就會(huì)產(chǎn)生大量的游離基，游離基通過(guò)氧化反應(yīng)，組成新的自由基，這些自由基在繼續(xù)反應(yīng)，就會(huì)形成連鎖的老化反應(yīng)，使分子鏈的斷裂加速，最終導(dǎo)致橡膠產(chǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響因素

橡膠制品自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也會(huì)影響橡膠制品的疲勞壽命。一般情況下，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，往往會(huì)考慮到材料本身的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，在橡膠制品整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，應(yīng)保證其具有一定的剛性和承載性[1]。同時(shí)，也應(yīng)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(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行判斷，最終使橡膠產(chǎn)品的各方面性能滿(mǎn)足相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際上，在橡膠產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)力比較集中的區(qū)域的分布情況一般能夠反映出該橡膠制品的危險(xiǎn)位置的分布情況。針對(duì)這一現(xiàn)象，技術(shù)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)最大限度的減少應(yīng)力集中區(qū)，消除應(yīng)力集中點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于壁比較厚的橡膠產(chǎn)品，應(yīng)采用圓滑過(guò)渡的方式，對(duì)比較薄弱的位置通過(guò)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(guān)鍵，當(dāng)結(jié)構(gòu)組成和受力環(huán)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?jīng)Q定，其中，對(duì)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(lèi)型以及炭黑的用量和種類(lèi)[2]。同時(shí)，選擇何種防老劑以及橡膠制品的含膠率等方面，都對(duì)橡膠制品的疲勞壽命有一定的影響。下面，針對(duì)不同條件下使用的橡膠類(lèi)型，進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述：2.2.1 主體生膠的影響

對(duì)于一些性能要求較高的減震橡膠制品，應(yīng)具備更高的韌度和撕裂強(qiáng)度，這類(lèi)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(shí)，應(yīng)選擇硅橡膠、乙丙橡膠等類(lèi)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(dāng)橡膠制品的硫化程度較弱時(shí)，橡膠制品應(yīng)力梯度提升，動(dòng)態(tài)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(guò)程中，通常都會(huì)選擇炭黑材料作為增強(qiáng)劑，提高橡膠制品的疲勞壽命和撕裂性能。同時(shí)，由于軟化劑會(huì)使橡膠制品的動(dòng)態(tài)性能降低，對(duì)于此類(lèi)材料的使用，一定要控制在合理的范圍內(nèi)，不應(yīng)大量使用。

除以上影響因素外，在制作橡膠制品的過(guò)程中，如果材料混合的不均勻或者添加劑比較分散，都會(huì)影響橡膠成品的質(zhì)量，使其疲勞壽命降低。同時(shí)，含有硫化物的橡膠制品應(yīng)控制好其硫化程度，特別是對(duì)于大型厚制品的橡膠制品來(lái)說(shuō)，應(yīng)消除硫化返原及內(nèi)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(guò)程中，技術(shù)人員也會(huì)對(duì)模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行認(rèn)真的分析，在分型面及注射面澆口的選擇上，應(yīng)避開(kāi)受力點(diǎn)或是應(yīng)力集中區(qū)，使橡膠制品的粘接性得到保證，避免橡膠制品內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在缺陷。以上因素都對(duì)橡膠制品的疲勞壽命有著非常重要的影響。

3 結(jié)論

通過(guò)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(guò)程中，應(yīng)對(duì)橡膠產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)本身進(jìn)行分析，減小應(yīng)力集中的問(wèn)題，優(yōu)化應(yīng)力的分布情況，進(jìn)一步提升橡膠制品的疲勞壽命。同時(shí)，應(yīng)對(duì)橡膠制品的材料本身進(jìn)行研究，增強(qiáng)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(lái)說(shuō)，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(yīng)注意橡膠制品結(jié)構(gòu)與材料之間的配合程度，應(yīng)保證兩者的有效融合，提升橡膠制品的疲勞壽命，對(duì)工藝流程進(jìn)行嚴(yán)格的要求。

[1]梁利強(qiáng),朱來(lái)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(yè),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.