影响疲劳寿命的因素

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1、影响橡胶疲劳寿命的因素一环境条件环境影响在疲劳过程中特别是在长寿命的橡胶材料中起着关键作用。橡胶应力-应变关系和疲劳老化性能发展的方式在很大程度上依赖于材料的温度以及橡胶成分周围化学反应物的存在和浓度A温度升高的温度对橡胶形核寿命和疲劳裂纹增长速率产生有害的影响，这种有害影响在无定形橡胶中表现的最为明显，对于纯的丁苯橡胶处于可控测试中，随着温度从0°到100°，疲劳寿命化降低10000倍，而对于纯的天然胶而言，在相同条件下，疲劳寿命降低4倍。填料的加入可能降低对温度的依赖性。在疲劳裂纹增长测试中类似的影响可能被观察到。上述温度的影响与由于老化或进一步教交联所发生的化学变化无

2、关。温度对这些化学过程的速率产生很大的影响这种影响能够在升温或长时间内导致附加分解。温度实际对长期行为地影响程度取决于配方设计；固化剂，抗氧化剂等这些因素以后讨论。B臭氧在一个长期的疲劳测试中，有臭氧存在很大程度上会增大裂纹的增长速率和缩短寿命。由于应力集中，弹性体网链在裂纹尖端很容易与臭氧反应，臭氧与主要聚合物分子链的碳-碳双键发生反应引起断链。当瞬间的能量释放速率超过一个小的起点，就会发生由于臭氧袭击而引起的裂纹增长，这个起点由Gz表示，Gz通常比机械疲劳起点T更小，Gz的值恨得程度上取决于配方设计，特别是抗氧化剂和抗臭氧剂存在。对于没有加入任何这些物质的橡胶来说，Gz

3、=0.1J/m2，当有抗臭氧剂存在时，Gz会增大10倍或更多，相比较而言，机械疲劳起点大约为T=50J/m2，臭氧看起来不影响机械疲劳起点的值，其他化学物质能够以一种类似臭氧的方式侵袭橡胶。Gent和Mrath研究了在一个很大的范围内温度对臭氧增长速的影响。两个物理量被发现可以控制列为裂纹增长率da/dt，在玻璃化转变温度附近裂纹增长速率是与v温度成比例的，而与臭氧无关。在足够高的温度下（Q-Tg>100°），裂纹增长速率完全依赖于臭氧浓度而与温度无关。总的裂纹增长速率由下列方程式近似的给出已提出Rt与反映臭氧分子影响弹性体网络链在裂纹尖端的弹性网络分子链。据认为，R2与粘

4、弹性行为有关，在网络链断裂以后，通过有限的时间需要重新分配裂纹尖端应变。C应变氧气至少以两种方式影响机械疲劳行为。首先在氧条件下机械疲劳裂纹增长起点值要比在真空下低。其次，氧气溶解或扩散在橡胶中可能随时间延长会导致大部分弹性体网络结构发生化学变化，这个过程通常被称为氧化老化。氧化老化会引起脆化和降低疲劳裂纹增长。甚至对那些以前没有暴露在空气中的橡胶样品又氧气的存在在一定的能量释放速率条件下也会增加疲劳裂纹增长速率。从能量释放速率需要维持一定的裂纹增长速率的角度来看，这个结很容易被描述。对于未填充的天然胶，在低的能量释放速率下，在相同的疲劳裂纹增长速率下，在空气中的能量释放速

5、率大约是真空能量释放速率的一半。但是在较高的能量释放速率下有无氧气以变得不十分重要，而主要依赖于测试频率。在较低的频率下，区别会维持在较高的能量释放速率，影响的重要性取决于聚合物的类型。Gent和Mrath比较了NR，SBR，BR在静态下与同期负荷下，在空气与真空中的裂纹增长速率。他们观察到由于氧的存在疲劳裂纹增长速率仅增长了两个数量级，对SBR和BR来说在空气和真空中可观察到差别8个数量级。在一次有氧气氛下，然后再把氧去掉，然后再在有氧气氛的实验中，他们证实了氧对疲劳裂纹增长速率的影响是可逆的。在这次试验中裂纹增长速率被观察到先增大，然后降低，然后在增大到初始水平。与氧的

6、存在和不存在相对应。氧的老化作用不可逆的改变了橡胶的机械性能。通常情况下，老化会使橡胶变脆，疲劳裂纹增长加快，降低临界断裂能，且使疲劳寿命降低。老化可以影响Power-Law和裂纹成纹关系的斜率和截距。随着弹性体的老化对应力有更高的敏感性。Blackman和Mcall研究了老化的不同时期对天然胶疲劳寿命的影响。他们发现吸收样品重量1%的氧时导致疲劳寿命降低2个数量级。老化的影响主要依赖于配方和加工的多变性，以下将进行讨论。二橡胶配方橡胶工程的一个独特方面就是可以通过改变组成配方和加工过程能够得到高范围的机械性能。我们所知道的影响疲劳行为的配方有橡胶类型，填料的类型和种类，抗

7、氧化剂，抗臭氧剂，交联剂的类型和数量。加工过程通过各组分的分散程度交联程度以及裂纹产生原始位置的存在和性质来影响疲劳行为的。Ａ　橡胶类型聚合物类型影响疲劳行为的许多方面。聚合物是存在表现应力结晶是一个主要的考虑因素。就像以前所讨论的，在合适或高应力水平下，应力结晶对疲劳行为产生有利的结果。如想与能够对环境影响的敏感程度有所降低。不存在应力结晶的聚合物，在同期性负荷下，连续的裂纹增长是显著的。表现为应力结晶的聚合物例如有天然橡胶，异戊橡胶，氯丁胶，顺丁胶，丁基橡胶，丁腈橡胶，丁丙橡胶。橡胶弹性体的类型和应用的论述Ha