橡胶疲劳寿命影响因素概述
橡胶耐疲劳性能影响因素
橡胶耐疲劳性能影响因素就橡胶材料而言,疲劳寿命是指橡胶材料在重复变形的过程中,当其承受的局部变形应力超过橡胶的延伸率或应力极限时,疲劳过程开始,以至于最后达到破坏。
这种疲劳破坏的开始点是由于橡胶表面或内部的不均匀性所造成的。
橡胶材料的破坏主要是由于其内部的缺陷或微裂纹引发的裂纹不断传播和扩展而导致的。
按照分子运动论的观点,橡胶材料的动态疲劳破坏归因于材料本身分子链上化学键的断裂,即试样在受到周期应力一应变作用过程中,应力不断地集中于化学键能比较弱的部位而产生微裂纹,继而发展成为裂纹并随着时间的推移而逐步扩展开来。
裂纹发展是一个随着时间而发展,涉及到橡胶材料的分子链连续断裂的粘弹性非平衡动态变化过程。
这一微观发展过程在宏观上的表现是,橡胶材料在动态应力一应变的疲劳过程中,裂纹穿过试样不断扩展,直到断裂以及产生与之所伴随的热效应。
橡胶材料的动态疲劳过程一般可以分为三个阶段:第一阶段是应力剧烈变化,出现橡胶材料在应力作用下变软的现象;第二阶段是应力缓慢变化,橡胶材料表面或内部产生微裂纹,经常称之为破坏核;第三阶段是微裂纹发展成为裂纹并连续不断地扩展开,直到橡胶材料完全出现断裂破坏现象,最后这一阶段是橡胶材料疲劳破坏的最重要的阶段。
使用炭黑填充的天然橡胶硫化胶在一定负荷下多次拉伸变形时,橡胶的物理机械性能在疲劳过程中,拉伸强度先是逐步上升的,经过一个极大值后再开始下降,而撕裂强度、动态弹性模量和力学损耗因子的变化则相反。
在疲劳过程中,胶料的拉伸强度几乎保持不变。
300%定伸应力的疲劳开始阶段明显增大,然后增大趋于缓慢;扯断伸长率则随疲劳周期的变化而下降,在高应变疲劳条件下,具有拉伸结晶性的橡胶抗疲劳破坏性能较好。
未使用补强剂补强的橡胶材料,其破坏形态一般表现为塑性破坏,而使用炭黑或其它活性填料作补强剂的橡胶材料则表现为脆性破坏,且随着各种防老剂的加入,其破坏形态由脆性破坏逐步向准塑性破坏形态转变。
天然橡胶在受到一定频率的应力作用的条件下,由于分子链的内摩擦而生热是其动态疲劳破坏的另外一种因素。
影响橡胶疲劳寿命的因素
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 = 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 = 50 J/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。
影响橡胶老化的几个重要因素点——斯坦德检测
影响橡胶老化的几个重要因素点——斯坦德检测橡胶工业的发展,使橡胶材料广泛应用于建筑、汽车、电子电气、航空航天等各个领域。
而由于材料本身的易老化性,制约了其使用寿命,对实际应用带来不便。
所谓橡胶老化,是生胶和硫化橡胶(包括橡胶制品)在储存、运输,或加工、使用过程中,由于受到内外因素的综合作用和影响,引起橡胶的组成、结构的破坏,使其逐步失去原有的优良性能,甚至丧失使用价值。
“老化”是一种不可逆的化学反应,是所有高分子材料的本身属性,其表象表现在性能的变坏、变劣。
橡胶老化主要原因解析:引起橡胶老化的因素是相当复杂的。
在不同的因素作用下,老化机理也不尽相同。
其中热(光)氧老化是橡胶老化最普遍,最基本的形式。
橡胶热氧老化:用于电容器密封的天然橡胶(NR),乙丙橡胶(EPM、EPDM)、丁苯橡胶(SBR)、丁基橡胶(IIR)、硅橡胶(NVQ)等等,使用过程中的热氧老化都属于此种形式。
其中,NR因含有大量不饱和双键,在热和氧的共同作用下,硫化胶会产生降解反应,分子链、交联键的裂解和断裂,造成老化。
硅橡胶在有氧的高温开放环境下主要发生侧链有机基团的氧化分解反应,导致硅橡胶硬化;而在无氧的高温密闭环境下,主要发生主链断裂反应,生成挥发性环状聚硅氧烷,导致硅橡胶软化。
臭氧老化:臭氧在大气中含量极低,橡胶在老化过程中,臭氧攻击橡胶分子,使橡胶膨胀,致使其表面产生裂纹。
通过研究臭氧作用下,不同种类的胎面胶,包括天然橡胶、充油甲基丁苯橡胶及聚异戊二烯橡胶与顺丁橡胶的并用胶等表明,随着臭氧作用时间的延长,橡胶的使用寿命下降,且在臭氧作用短时间内下降迅速,证明橡胶在臭氧作用初期即有明显降解。
随臭氧作用时间的延长,寿命下降较缓。
这可能是由于在聚合物分解深化阶段降解过程减慢所致。
疲劳老化:橡胶的疲劳老化是指橡胶制品在受到某种频率和周期应力的作用下,橡胶材料的分子结构发生改变而出现的老化现象,是由两个主要因素活化作用的结果,即力和热(由于橡胶在多次变形时,产生滞后现象,使橡胶内部生热)作用的结果。
橡胶疲劳研究综述_王昊
零 的 恒幅 载荷下 某 填 充 橡 胶 的 裂 纹 扩 展 试 验 , 并 通过 对实 测数 据 的分析 将 橡胶裂纹扩展 特 性分 为 并给出了这4个阶段裂纹扩展速率的 4 个阶 段 , 近似 表达 式 , 如图1所示。
关 系 。 对于 结构相 对 规 则 的 简 单 试 样 ( 如简单拉 伸 试 样 和 纯 剪 试 样) 而言, 其远离 裂纹 处 的应 变能
[] R. S. R i v l i n等 8 将 G r i f f i t h的方法应用于橡 胶材料 撕 裂 问题 的研究中 。 他 们 发现 橡胶材料的
方法研究了 最小 应 变 对 两种 合成 橡胶疲劳寿命的 对于应 变结晶 的橡胶 , 循环 加 载 影响 。 一 般 来 说 , 最小 应 变 的 增 大 可 以 提 高 疲 劳 寿 命 。S. M. C a d - w e l l的研究 没 有提 到如 何将 载荷 状态 相 对 简单 的 实验 结 果 应用于 复杂 应 变 条 件 下 橡胶材料疲劳寿 基于 命的 预 测 。 而此 后 一 些 学 者 通 过 研 究 发 现 , 应 变 的疲劳 损 伤参量无 法 将简单拉伸 和 等 双轴拉
[] 劳 损 伤参量 。1 9 4 0年, S. M. C a d w e l l等 1 在 研 究
非填充硫 化 胶的 疲 劳 寿 命 时 发 现 : 在保持应变幅 值恒 定的情况 下 , 天然橡胶的疲劳寿命随着循环 最 小 应 变 的 增 大 而 延 长, 并且在最小应变小于 而 当 最小 应 2 0 0% 的情况 下 都 能 观察 到这 一 现象 , 变超过 这 一 水平 后 , 疲劳寿命又会随着最小应变
载次数; r A0 , B0 和 z 为 橡胶裂纹的 稳 定扩展 速 率 ;
橡胶液压软管疲劳寿命
橡胶液压软管疲劳寿命橡胶液压软管是机械设备中重要的传动元件之一,广泛应用于工程机械、农业机械、矿山机械等领域。
但是,由于在使用过程中会受到多次弯曲、扭转、拉伸等复杂力学作用,软管的使用寿命可能会受到限制。
因此,研究软管的疲劳寿命对于延长机器设备的使用寿命、提高生产效率、降低维护成本具有重要意义。
一、橡胶液压软管的结构及疲劳失效形式橡胶液压软管主要由内层橡胶、增强层(钢丝层或纤维层)、外层橡胶等组成。
其中,增强层是主要承受软管内部压力和外部载荷的部分,因此其力学性能直接影响软管的疲劳寿命。
软管的疲劳失效形式包括裂纹、断裂、脱层等。
二、影响橡胶液压软管疲劳寿命的因素1. 工作压力:软管的工作压力越高,其内部应力也会相应增大,从而导致软管的疲劳寿命缩短。
2. 弯曲半径:软管在弯曲时,增强层的受力状态发生变化,可能会导致增强层的断裂或脱离,从而影响软管的寿命。
因此,弯曲半径越大,软管的疲劳寿命也越长。
3. 活塞速度:液压系统中,活塞速度越快,液流速度也越快,从而对软管内部增强层形成的冲击力也越大,进而缩短软管的疲劳寿命。
4. 温度:橡胶材料在不同温度下的物理性能存在很大差别,过高或过低的温度都会对软管的使用寿命产生不利影响。
三、橡胶液压软管的疲劳试验方法为了确定橡胶液压软管的疲劳寿命,需要进行相应的疲劳试验。
目前,常用的疲劳试验方法有两种:弯曲疲劳试验和脉动压力疲劳试验。
1. 弯曲疲劳试验:将软管固定在弯曲半径一定的模具上,进行反复弯曲,记录软管在特定次数下出现裂纹或失效的情况,以此来评估软管的疲劳寿命。
2. 脉动压力疲劳试验:将软管连接到液压系统中,在特定的压力和频率下进行循环压力加载,记录软管在特定次数下出现裂纹或失效的情况,以此来评估软管的疲劳寿命。
四、如何延长橡胶液压软管的使用寿命在实际应用中,为了延长橡胶液压软管的使用寿命,可以从以下几个方面入手:1. 选择合适的软管型号和规格,根据实际工作条件进行合理的选择。
橡胶内胎的表面硬度与疲劳性能研究
橡胶内胎的表面硬度与疲劳性能研究橡胶内胎作为汽车、自行车和摩托车等车辆的重要配件,其表面硬度和疲劳性能对车辆的使用寿命和行驶安全起着至关重要的作用。
本文将针对橡胶内胎的表面硬度和疲劳性能进行研究,并探讨其对车辆使用的影响因素,以期为橡胶内胎的制造和选择提供参考。
1. 橡胶内胎的表面硬度研究表面硬度是评估橡胶内胎弹性和耐磨性的重要指标之一。
硬度值越高,橡胶内胎的弹性和耐磨性能越强。
目前常用的硬度测试方法主要有巴氏硬度和杜氏硬度。
研究表明,橡胶内胎的硬度与其配方中的硫化系统、增塑剂、填料种类和含量等因素密切相关。
硫化系统的选择和优化对提高橡胶内胎的硬度起着重要作用。
在硫化过程中,适当的硫化温度和时间也会对硬度产生影响。
此外,填料种类和含量的不同也会对橡胶内胎的硬度表现产生明显的影响。
2. 橡胶内胎的疲劳性能研究疲劳性能是评估橡胶内胎使用寿命的重要指标之一。
橡胶内胎在使用过程中需要经受不断变化的载荷作用,因此其疲劳性能的好坏直接关系到其使用寿命。
橡胶内胎的疲劳性能测试通常采用屈服试验和循环载荷试验两种方法。
屈服试验可以评估橡胶内胎在应力作用下的变形能力和强度,而循环载荷试验则可以模拟实际使用条件下的循环载荷作用,以获得橡胶内胎的疲劳寿命。
研究表明,橡胶内胎的疲劳性能与橡胶材料的强度、硬度、韧性以及其内部结构的相关性较大。
适当的橡胶配方设计和制造工艺能够有效提高橡胶内胎的疲劳性能。
3. 影响橡胶内胎表面硬度和疲劳性能的因素橡胶内胎表面硬度和疲劳性能的好坏受多种因素的影响。
首先,橡胶内胎的材料选择和配方设计是影响其硬度和疲劳性能的重要因素。
不同的橡胶材料具有不同的硬度和疲劳特性,因此在制造过程中需要根据实际需求选择合适的橡胶材料。
其次,制造工艺和硫化条件也会对橡胶内胎的硬度和疲劳性能产生影响。
适当的硫化温度、时间和压力可以提高橡胶内胎的强度和硬度,并改善其疲劳寿命。
此外,外界环境因素如温度、湿度以及橡胶内胎的存放方式和使用条件等也会对其硬度和疲劳性能产生影响。
橡胶制品疲劳寿命的影响因素分析
橡胶制品疲劳寿命的影响因素分析摘要:橡胶制品一直都是人民群众日常生活中最常见的一种物品,人们在选取橡胶制品的时候,首先会考虑到其使用寿命,橡胶制品的使用寿命会受到内外环境的影响,而产生变化。
比如在使用过程中,受到循环应力以及应变拉力都会使其产生影响,从而最终导致内部结构产生变化。
这种现象的产生,值得我们去思考橡胶制品内部存在的问题,这种问题被普遍称之为橡胶疲劳。
橡胶制品本来就是一种延伸性比较大的制品,特别是在受到外界作用力的拉扯以及压缩下,对于橡胶制品的整体内部结构和外部都会造成一定的损害,这样会导致它的使用方面受到了影响。
在广大人民群众当中,橡胶制品存在着每一个生活的角落,比如汽车和日常生活用品方面都离不开橡胶材料,本文主要围绕着橡胶制品疲劳寿命影响的因素进行讨论与分析,并且提出相应的解决措施,以期给同仁参考。
关键词:橡胶制品;疲劳寿命;影响因素分析最为常见的橡胶制品,包括了轮胎以及橡胶减震器等多种制品,而这些制品在日常使用过程中载荷作用下,会产生一定的疲劳、失效,就会影响到其使用寿命。
橡胶产品在最初开始制作时,需要对于橡胶材料以及结构的各方面进行大概的评估,之后也是要结合实验和仿真技术来对产品的整体使用设备进行预估。
在进行评估中发现其存在的相应问题之后,来根据选择的材料以及设计等各方面进行改革,特别是对生产工艺方面需要进行改革,才能够对产品的质量有所提升,从而延长其使用的寿命,这样才能有效地控制成本,提高其生产的利益,为企业增加经济效益。
橡胶本来就是延展性比较广泛的一种材质,并且其中也具有复杂的应力应变关系的超弹性材料,在试剂使用过程中,循环粘合的作用下会导致橡胶出现疲劳性,因此需要针对这一方面进行研究与讨论后,制定出解决的方案。
1橡胶制品疲劳寿命的影响因素1.1 结构设计影响因素橡胶制品会产生疲劳性的因素包含的范围比较广,其中就有结构设计。
在进行橡胶制品结构设计时,需要考虑到材料本身的结构以及橡胶制品整体结构,因此,首先需要考虑到的是其刚性,能够达到一定的水准后,再考虑橡胶制品的其他功能性。
橡胶的热、氧、光、疲劳老化
橡胶的热、氧、光、疲劳老化橡胶在热氧老化过程中的结构变化有几种?热由“热”引起的老化可谓贯穿于橡胶的整个生命周期,如聚合过程中聚合温度、树脂合成过程中的固化放热、挤出注塑等加工过程中的加工温度、橡胶贮存条件下的环境温度、使用过程中来自于太阳的暴晒或使用环境温度等等。
“热”对橡胶老化的影响主要体现在其分子链的运动方面,温度升高,橡胶分子链运动加剧,当材料受热温度超过其临界温度,分子聚集态结构、结晶度等会发生变化,则会直接影响高分子材料的物理性能,尤其是材料的力学性能,如在极寒环境下,橡胶会变脆,韧性大大下降,极易折断。
当材料受热温度超过化学键的键能时,会引起分子链的断裂,进而发生热降解或交联,从而导致橡胶使用性能的下降,尤其是在有氧气存在的条件下,极易造成热氧老化,加剧高橡胶的降解。
氧“氧”可以说是无处不在,是导致橡胶老化的又一重要因素。
橡胶分子结构中的不饱和双键、羰基、叔碳基等,极易受到氧的攻击,从而形成大分子过氧自由基或过氧化物,然后导致橡胶分子链中弱键部位发生断裂,进而造成橡胶分子量的下降,某些链的断裂和分解会进一步产生自由基,引发大分子链的氧化,从而发生老化。
当有热和光照存在的条件下,橡胶还会发生热氧老化和光氧老化,加剧材料的老化,这种老化基本是不可逆的,会大大缩短材料的使用寿命。
橡胶在热氧老化过程中的结构变化可分为二类:一类是以分子链降解为主的热氧老化反应(裂解化);二类是以分子链之间交联为主的热氧老化(结构化)。
天然橡胶等含有异戊二烯橡胶、丁基橡胶、二元乙丙橡胶、均聚型氯醇橡胶及共聚氯醇橡胶等。
这类橡胶在发生热氧老化后的外观表现为变软、发粘。
顺丁橡胶含有丁二烯的橡胶在热氧老化过程中,发生的主要是交联反应,类似的橡胶品种还有NBR/SBR/CR/ERDM/FPM/CSM等。
这类橡胶在发生热氧老化后的外观表现为变硬、变脆。
有时还有光老化:“太阳光照”除了会造成橡胶的温度升高而发生热老化外,其光线中的紫外线是导致橡胶(特别是户外应用时)老化的主要原因,这主要是因为大多数橡胶材料的化学键键能都在紫外光能量范围内,当橡胶吸收了光能后,会引起化学键的断裂,导致橡胶大分子链的断裂,进而导致光老化,尤其是在有氧存在的条件下,还能够引起橡胶的光氧老化,加剧材料的老化降解。
橡胶疲劳的一些问题
天然橡胶就橡胶材料而言,它是指橡胶材料在重复变形的过程中,当其承受的局部变形应力超过橡胶的延伸率或应力极限时,疲劳过程开始,以至于最后达到破坏。
这种疲劳破坏的开始点是由于橡胶表面或内部的不均匀性所造成的。
橡胶材料的破坏主要是由于其内部的缺陷或微裂纹引发的裂纹不断传播和扩展而导致的。
按照分子运动论的观点,橡胶材料的动态疲劳破坏归因于材料本身分子链上化学键的断裂,即试样在受到周期应力一应变作用过程中,应力不断地集中于化学键能比较弱的部位而产生微裂纹,继而发展成为裂纹并随着时间的推移而逐步扩展开来。
裂纹发展是一个随着时间而发展,涉及到橡胶材料的分子链连续断裂的粘弹性非平衡动态变化过程。
这一微观发展过程在宏观上的表现是,橡胶材料在动态应力一应变的疲劳过程中,裂纹穿过试样不断扩展,直到断裂以及产生与之所伴随的热效应。
橡胶材料的动态疲劳过程一般可以分为三个阶段:第一阶段是应力剧烈变化,出现橡胶材料在应力作用下变软的现象;第二阶段是应力缓慢变化,橡胶材料表面或内部产生微裂纹,经常称之为破坏核;第三阶段是微裂纹发展成为裂纹并连续不断地扩展开,直到橡胶材料完全出现断裂破坏现象,最后这一阶段是橡胶材料疲劳破坏的最重要的阶段。
使用炭黑填充的天然橡胶硫化胶在一定负荷下多次拉伸变形时,橡胶的物理机械性能在疲劳过程中,拉伸强度先是逐步上升的,经过一个极大值后再开始下降,而撕裂强度、动态弹性模量和力学损耗因子的变化则相反。
在疲劳过程中,胶料的拉伸强度几乎保持不变。
300%定伸应力的疲劳开始阶段明显增大,然后增大趋于缓慢;扯断伸长率则随疲劳周期的变化而下降,在高应变疲劳条件下,具有拉伸结晶性的橡胶抗疲劳破坏性能较好。
未使用补强剂补强的橡胶材料,其破坏形态一般表现为塑性破坏,而使用炭黑或其它活性填料作补强剂的橡胶材料则表现为脆性破坏,且随着各种防老剂的加入,其破坏形态由脆性破坏逐步向准塑性破坏形态转变。
天然橡胶在受到一定频率的应力作用的条件下,由于分子链的内摩擦而生热是其动态疲劳破坏的另外一种因素。
橡胶材料的疲劳性能分析
橡胶材料的疲劳性能分析橡胶是一种经常被使用的材料,它可以被应用在各种场合,例如汽车轮胎、机械密封件、管道等。
然而,这种材料在长时间的使用过程中会遭受众多的疲劳损伤,而这些损伤是不可避免的。
因此,理解橡胶材料的疲劳特性是非常重要的,这不仅可以提高橡胶制品的耐久性,还可以为工程领域提供有用的信息。
橡胶材料的疲劳现象指的是在反复的应力和形变交替作用下,材料内部出现的破裂、断裂、裂纹扩展等现象。
在橡胶材料中,疲劳机理主要可以归纳为两种:一种是底层断裂模式,另一种是表层断裂模式。
底层断裂模式指的是在材料中部或下部形成的疲劳破坏,而表层断裂模式指的是在材料表面形成的疲劳破坏。
为了更好地理解和评估橡胶材料的疲劳性能,工程师们可以利用实验方法进行研究。
其中,最常用的疲劳试验方法是拉伸疲劳试验,这种试验方式既能够确定橡胶材料在不同载荷下的疲劳极限,同时也能够评估材料的耐久性。
在进行拉伸疲劳试验时,需要注意试验的载荷频率、环境温度、湿度等参数,同时应使用符合标准的试验设备,以确保实验结果的准确性和可靠性。
在进行橡胶材料的疲劳性能评估时,应注意以下几个方面:1. 不同类型的橡胶材料的疲劳性能有所不同,需要根据实际应用需求选择合适的材料类型。
2. 利用不同的试验方法可以获得不同的疲劳性能数据,应根据实际应用需求选择合适的试验方法。
3. 环境条件对橡胶材料的疲劳性能有重要影响,应在实际使用环境下进行合适的疲劳试验。
4. 不同的疲劳模式需要采取不同的措施进行防止和修复,应根据疲劳模式的不同选择合适的预防和修复方法。
综上所述,橡胶材料的疲劳性能是影响橡胶制品寿命和性能的重要因素,能够对该领域的工程师们提供有益的信息。
因此,对橡胶材料的疲劳性能进行深入研究和评估是非常重要的,可以帮助我们更好地理解材料的性能和特点,从而提高橡胶制品的质量和可靠性。
橡胶密封圈疲劳寿命预测研究方法综述
橡胶密封圈疲劳寿命预测研究方法综述摘要:橡胶密封圈对提高设备密封性能有重要作用,通常作为密封构件广泛应用于工业机械设备。
概述橡胶密封圈的疲劳寿命研究方法,主要分为S-N曲线法、裂纹萌生法和裂纹扩展法。
从寿命预测计算理论出发,阐述常用的计算模型,总结实现橡胶密封圈寿命预测计算的方式,对初步了解橡胶材料寿命预测方法和计算模型之间的关系具有重要意义。
关键词:橡胶密封圈 S-N曲线裂纹萌生裂纹扩展寿命预测橡胶属于高分子材料,具有弹性性质,能够为设备提供良好的密封性能,因此广泛应用于燃油、液压、润滑等密封系统。
在复杂工况下,橡胶密封圈经常出现老化、破裂、永久变形、间隙咬伤、腐蚀等失效现象。
为了有效预防泄漏事件的发生,许多国内外学者对橡胶密封圈使用寿命的预测方法展开了研究。
王昊等[1][2]综述了橡胶疲劳影响因素和裂纹萌生、裂纹扩展等橡胶疲劳寿命研究方法,阐述了通过有限元仿真技术预测橡胶材料疲劳寿命的研究进展。
杜秀华等[3]概述橡胶构件的疲劳寿命研究方法主要分为裂纹成核法、裂纹扩展法和S-N曲线法,并给出各研究方法的选择依据。
王小莉等[4][5]从橡胶材料的疲劳裂纹萌生、扩展以及疲劳损伤三个角度综述了疲劳特性研究进展。
丁智平等[6]采用连续介质损伤力学方法,结合有限元分析方法对橡胶构件进行寿命预测,预测结果比较理想。
刘兵[7]以某伺服作动器为研究对象,计算了橡胶O形圈的疲劳寿命,为橡胶材料寿命预测提供了分析方法和数值依据。
王星盼[8]对不同温度和多轴应力作用下的橡胶进行疲劳特性研究,通过有限元方法对橡胶构件进行了寿命预测。
裴硕等[9]基于断裂力学理论,对丁腈橡胶建立了疲劳寿命预测模型,通过FE-SAFE软件对橡胶材料进行了寿命预测。
综上所述,橡胶材料寿命预测最常见的方法有S-N曲线法、裂纹萌生法和裂纹扩展法。
1 S-N曲线法对橡胶密封圈施加周期性应力(应变)是影响疲劳寿命的主要原因,应力(应变)增加,疲劳寿命减少,反之增加。
硫化胶动态疲劳性能的影响因素
硫化胶动态疲劳性能的影响因素1.1胶种的影响橡胶的种类是决定或影响硫化胶疲劳寿命的主要因素。
在此我们仅讨论天然橡胶、丁苯橡胶及顺丁橡胶。
NR为结晶性橡胶,因而其结晶性会影响其疲劳寿命。
天然橡胶在应变经过0%的条件下,外力消除以后会发生结晶消除过程,阻碍裂纹的产生和扩展能力下降,因此疲劳寿命较短;在应变不经过0%的条件下,一直存在应变诱导结晶,疲劳寿命较长。
在0~250%和50~240%两种动态拉伸应变条件下,天然橡胶疲劳寿命分别为1.3万次和1300万次。
大多数橡胶制品是由天然橡胶或天然橡胶与丁苯橡胶及顺丁橡胶并用来制作。
通过对NR/SBR 共混硫化胶的动态疲劳与断裂特性的研究发现:在低应变区域(上限120%),胶料的疲劳寿命随着SBR含量的增加而延长;在高应变区域,胶料的疲劳寿命反而随着NR含量的增加而延长。
其原因在于天然橡胶的拉伸结晶性阻碍微破坏的扩展。
天然橡胶疲劳破坏主要取决于裂纹形成速度的快慢,而裂纹的增长或扩展的影响则相对较小。
相反,丁苯硫化胶的疲劳破坏主要取决于裂纹的增长或扩展速度,而裂纹生成速度则较慢。
1.2硫化体系的影响硫化体系对硫化胶疲劳寿命的影响比较复杂,因为疲劳破坏不仅与交联密度和交联类型有关,而且受加荷条件、环境温度和老化作用诸因素所制约。
综合考虑各方面的因素,才能确定硫化体系的影响。
一般随着胶料交联密度的增加,胶料的定伸应力都增加。
在恒定形变条件下,硫化胶的疲劳寿命随定伸应力值的降低而增长,因为定伸应力低的胶料在恒定形变条件下需要外界施加的能量少,因而胶料受到的破坏能就小。
在恒定应力条件下,硫化胶的疲劳寿命随定伸应力增加而增长,因为变形与定伸应力成反比,在给定应力下,高定伸应力的橡胶变形较小,有利于胶料疲劳寿命的提高。
在恒定变形功条件下,硫化胶的疲劳寿命与定伸应力之间的关系介于上述两种情况之间,即定伸应力值过高或过低都会降低疲劳寿命,以适当高的定伸应力时疲劳寿命最长。
在此条件下,硫化胶所受应力和变形都不是恒定值,而会发生变化,但是它们的乘积(变形功或变形能)不变。
橡胶的疲劳老化
橡胶的疲劳老化橡胶在反复多次变形的条件下所产生的老化现象,叫做疲劳老化。
橡胶的疲劳老化通常是由机械力、氧化和臭氧化三种因素共同作用而产生的。
橡胶的疲劳老化,其实质是应力--化学变化过程。
橡胶产生疲劳老化的原因分析如下所述:1、在机械力的作用下产生机械裂解反应。
由于高分子聚合物的粘滞性,使橡胶在变形周期内,其松弛过程来不及完成,接着又进人到下一个变形周期,致使橡胶内部变形残留应力不断增加。
当应力梯度较大时,便会出现分子链直接断裂而生成自山基,由此而引发橡胶分子的氧化链反应。
2、在机械力的作用下,产生机械活化的氧化裂解反应。
橡胶在反复变形时,其机械应力会使橡胶分子链中的原子价力减弱,因此降低了它的氧化反应活化能。
于是,加速了橡胶分子的氧化裂解反应。
氧化活化能的降低,就是在级劳过程中,机械能转化为化学能过程的结束。
3、在机械力的作用下,橡胶内部生热加速了氧化反应。
橡胶在反复变形时,产生滞后现象,引起内耗,从而使橡胶内部生热,于是加速了橡胶的氧化链反应。
4、在疲劳过程中,加速了橡胶的臭氧龟裂。
橡胶在周期性变形的疲劳老化过程中,伴随着出现臭氧龟裂现象,此现象在高温条件下则更为显著。
如高速行驶的汽车轮胎,其表面产生的龟裂,就是在疲劳过程中发生臭氧老化的结果。
对于橡胶疲劳老化的防护,是在胶料中加人一种届挠-裂抑制剂,其主要作用是提高橡胶在其疲劳过程中结构变化的稳定性,特别是在高温条件下,这种抑制剂能够减缓应力活化所产生的氯化反应和臭氛化反应。
有效的抑制剂大多是一些酮和芳胺的缩合物和对苯二胶类的防老剂。
在胶料配方设计时,也常采用抗氧剂和抗臭氧剂并用,这也会对疲劳老化的防护产生良好的效果。
橡胶的耐疲劳
橡胶的耐疲劳断裂力学认为,所谓疲劳破坏指的是疲劳过程中材料内部潜在的某些缺陷由于应力集中逐渐形成裂纹,并不断扩展直至断裂的现象。
有关橡胶材料的疲劳破坏主要存在两种观点,即唯象理论和分子运动论。
唯象理论认为,橡胶材料的破坏主要是由于外力作用下橡胶内部的缺陷或微裂纹引发的裂纹不断传播和扩展导致的;裂纹的传播方式和扩展速度受橡胶材料本身的粘弹性控制,因而表现出很强的时间/温度依赖性。
分子运动论则认为,橡胶材料的疲劳破坏归因于材料分子链上化学键的断裂,即试样在周期性应力/应变作用下,应力不断地集中于化学键能比较弱的部位而产生微裂纹,继而发展成为裂纹并随着时间的推移而逐步扩展,直至材料发生宏观破坏。
裂纹发展是分子网链连续断裂的粘弹性非平衡过程,该过程包括随时间延长分子网链连续不可逆断裂以及裂纹尖端处和其附近与分子运动有关的塑性变形。
分子网链的断裂能以热的形式散发掉,这一微观过程的宏观表现是动态疲劳过程中裂纹穿过试样不断扩展,直至试样断裂。
尽管这两种基本观点的出发角度不同,但却存在一个共同点,即疲劳破坏都源于外加因素作用下,橡胶材料内部的微观缺陷或薄弱处的逐渐破坏。
疲劳裂纹增长是机械作用和化学反应累积到一定程度产生的,即疲劳过程中各种物理和化学因素共同作用导致分子网链断裂以及加速材料的疲劳老化过程。
动态疲劳过程大致分3个阶段:第1阶段,应力发生急剧变化,出现应力软化现象;第2阶段,应力变化缓慢,材料表面或内部产生损伤(破坏核);第3阶段,损伤引发裂纹并连续扩展,直至断裂破坏,这是材料疲劳破坏的关键阶段。
拉断形变能密度反映硫化胶的抗拉断性能,拉断形变能密度大,硫化胶的抗拉断性能好。
硫化胶的拉断形变能密度的测试方法是:先将试样进行一定时间的拉伸疲劳试验,再将试样在电子拉力机上拉伸至断裂并测得应力-应变曲线,对曲线下的面积积分即得试样的拉断形变能密度。
3种炭黑补强硫化胶拉断形变能密度与疲劳时间的关系如图1所示(拉伸比λ为1.5)。
橡胶材料的损耗因子
橡胶材料的损耗因子橡胶材料的损耗因子对于橡胶制品的使用寿命和性能有着重要的影响。
损耗因子通常是指橡胶材料在使用过程中由于摩擦、腐蚀、氧化等因素引起的降解和破坏现象。
本文将从橡胶材料的结构特性、损耗因子的分类和影响因素、测试方法以及降低损耗因子的措施等几个方面对橡胶材料的损耗因子进行详细介绍。
橡胶是一种非晶态高弹性材料,由于其特有的结构和化学性质,使其在实际应用中具有优异的机械性能和化学稳定性。
然而,在实际使用过程中,橡胶材料会出现一定的损耗现象,主要包括弹性损耗、黏性损耗和热损耗等。
弹性损耗是指橡胶材料在受到外力作用下产生的内部能量损失。
这种损耗主要与橡胶材料的分子链结构和排列方式有关。
一般来说,分子链越长、交联越高密度的橡胶材料,其弹性损耗越小。
此外,温度和频率也会影响弹性损耗的大小。
黏性损耗是指橡胶材料在受到外力作用时,分子链发生相对位移而产生的内部能量损失。
黏性损耗与橡胶材料的分子链运动方式密切相关,高交联度和交联网络紧密的橡胶材料具有较小的黏性损耗。
热损耗是指橡胶材料在使用过程中由于摩擦、形变和外界环境温度影响而产生的能量损失。
热损耗也与橡胶材料的分子链运动有关,高温下橡胶分子链的运动会变得更加活跃,从而导致更大的热损耗。
除了上述基本的损耗因子外,橡胶材料的损耗还受到一些其他因素的影响,如湿度、介质的性质、应力水平和应力历史等。
湿度会导致橡胶材料的链段吸水,从而减小链段的自由度和降低粘滞阻力,进一步增加橡胶材料的黏性损耗。
介质的性质对橡胶材料的腐蚀和溶解性也有一定的影响,进而引起橡胶材料的损耗。
为了评价橡胶材料的损耗特性,需要进行相应的测试和评价。
目前常用的方法包括万能试验机法、动态力学分析法、振动疲劳试验法等。
这些方法可以评估不同应变幅值、频率和温度下橡胶材料的弹性、黏性和热性能。
通过这些测试方法,可以对橡胶材料的损耗因子进行定量评估和比较。
为了降低橡胶材料的损耗因子,可以采取以下几个措施。
橡胶材料疲劳损伤特性与寿命预测研究
橡胶材料疲劳损伤特性与寿命预测研究随着工业的不断进步和技术的不断革新,橡胶是一个非常重要的材料。
它被广泛应用于工业、医疗、汽车等领域。
然而,长期的使用和疲劳会导致橡胶材料疲劳损伤,甚至失效。
这种失效不仅会给工业生产带来影响,还会导致严重的安全问题。
因此,对橡胶材料的疲劳损伤特性和寿命预测进行研究非常必要。
一、橡胶材料的疲劳损伤特性疲劳损伤通常是材料在受到交变应力的情况下发生的,这种应力会引起材料内部的微观结构变化,进而导致宏观性能下降。
对于橡胶材料来说,弹性和结构是其最基本的性能。
所以,研究橡胶材料的疲劳损伤特性就必须了解其弹性和结构的变化情况。
橡胶材料的弹性特性与其内部结构和成分密切相关。
材料受到外界力的作用后,它的形变会影响其内部化学键,从而影响其物理性质。
当材料经过长期疲劳作用后,它的弹性便会发生变化。
此时,需要考虑材料的温度、湿度、化学环境等因素对其弹性的影响。
此外,还需要考虑它的外观形态对其弹性和结构的影响。
一些几何形状不良的橡胶零件更容易出现疲劳破坏。
对于橡胶材料的结构特性,主要与材料中弹性体和填充物的含量、相互作用以及其分布等因素有关。
一般来说,弹性体含量越高,橡胶材料的弹性越好;填充物含量越高,橡胶材料的硬度越大,但其强度和韧性会相应降低。
因此,需要考虑填充物的种类、粒度、分布等因素对橡胶材料的疲劳损伤特性的影响。
二、橡胶材料寿命预测研究橡胶材料疲劳寿命预测是指通过对橡胶材料的疲劳性能进行分析和测试,预测其在实际应用中的使用寿命。
在实际应用过程中,设计者通常会考虑材料的寿命和性能的平衡,以提高材料的使用效率。
因此,对于橡胶材料的寿命预测研究是非常必要的。
针对不同应用环境下的橡胶材料,通常考虑以下几个方面:1.受力模式:橡胶材料在不同受力方式下的疲劳寿命是不同的。
受力模式的不同会影响受力状况,从而导致疲劳损伤度和寿命不同。
2.受力频率:受力频率高的橡胶材料疲劳失效的速度快于受力频率低的橡胶材料。
橡胶减震衬套疲劳寿命预测方法
橡胶减震衬套疲劳寿命预测方法
橡胶减震衬套的疲劳寿命预测是一个重要的工程问题,对于提
高产品的可靠性和安全性具有重要意义。
疲劳寿命预测方法可以从
材料特性、设计参数、工作环境等多个角度进行分析。
首先,从材料特性的角度来看,橡胶减震衬套的疲劳寿命预测
需要考虑橡胶材料的本身特性,比如弹性模量、拉伸强度、断裂韧
性等。
这些参数可以通过实验测试或者材料手册获得,然后结合材
料的疲劳性能曲线,可以利用S-N曲线法或者裂纹扩展理论等方法
进行疲劳寿命的预测。
其次,从设计参数的角度来看,橡胶减震衬套的疲劳寿命预测
需要考虑到设计的几何形状、尺寸、载荷和工作条件等因素。
通过
有限元分析、应力分析和应变分析等方法,可以评估橡胶减震衬套
在实际工作条件下的受力情况,从而预测其疲劳寿命。
此外,工作环境也是影响橡胶减震衬套疲劳寿命的重要因素。
温度、湿度、化学介质等环境因素都会对橡胶材料的性能产生影响,因此需要将工作环境的影响考虑进来,进行相应的修正和调整。
总的来说,橡胶减震衬套的疲劳寿命预测是一个复杂的工程问题,需要综合考虑材料特性、设计参数和工作环境等多个因素。
通过合理的实验测试、数值模拟和理论分析,可以得到比较准确的疲劳寿命预测结果,为产品的设计和改进提供重要参考依据。
橡胶的疲劳老化概要
橡胶在交变应力或应变作用下,物理力学性能逐渐变 坏,以致最后丧失使用价值的现象称为疲劳老化。如 受拉伸疲劳的橡胶制品,在疲劳老化过程中逐渐产生 龟裂,以致最后完全断裂。在实际使用的橡胶制品中, 经受疲劳老化的例子还有汽车轮胎、橡胶传动带及防 震橡胶制品等。 橡胶的疲劳老化除取决于所承受的交变应力及应变之 外,还受橡胶的结构、配方组成及所处的环境因素如 温度、氧、臭氧及其他环境介质等影响。
力化学机理
橡胶的疲劳过程是在力的作用下的一个化学反应, 主要是在力作用下的活化氧化过程。
力化学机理
观点一:C-C键被机械力打断,产生自由基 疲劳过程橡胶分子链中C-C键被机械力打断,由此产 生自由基与氧反应,引发氧化老化。因此 ,分子链被切 断而形成的裂纹的顶端附近随着老化的进行使强度降低, 在不断重复变形作用下使分子链断裂容易,使裂纹不断 增大。
力化学机理
观点二:在机械应力作用下,C=C键活化能降低, 促进氧化反应
当有防老剂D ,橡胶分子链断裂之前它优先于过氧化物 反应,夺取其中的氧,通过自身的消耗避免了橡胶分子链 的断裂。在反复变形作用下,橡胶分子主链的C=C键变弱, 从而使其与氧反应所需要的活化能降低,促进了氧化反应。 即在大多数情况下,因为承受较低的机械应力而按活化能 降低→同氧的反应容易→过氧化物的形成→主链断裂的方 式产生反应使其老化。
橡胶材料疲劳寿命影响因素及研究方法综述
异的柔软性、绝缘性、耐磨性和阻隔性而广泛应用 于轮胎、胶管、减震器、密封件、输送带和橡胶坝等 制品中。这些橡胶制品常在周期性交变应力下使 用,因 此 橡 胶 材 料 的 耐 疲 劳 性 能 往 往 决 定 了 橡 胶 制 品 的 使 用 寿 命。 传 统 上,橡 胶 材 料 的 疲 劳 研 究
1 橡胶材料疲劳寿命的影响因素 1. 1 胶料配方
胶料配方是决定橡胶材料耐疲劳性能的关键 因素,一直是橡胶制品研发的重点。在结构、受力 条 件 和 使 用 环 境 等 一 定 的 情 况 下,橡 胶 制 品 的 疲 劳寿命与胶料配方设计息息相关,尤其是生胶、填 料、硫 化 剂 体 系 和 防 护 体 系 等 的 选 择 对 橡 胶 材 料 耐疲劳性能影响很大。 1. 1. 1 生胶
胶(NR)和丁苯橡胶(SBR)较差。 提高橡胶分子链的不饱和度可提高其耐热氧
老 化 性 能,如 HNBR 的 热 氧 稳 定 性 优 于 丁 腈 橡 胶 (NBR)[2]。 生 胶 的 相 对 分 子 质 量 和 分 子 结 构 对 橡 胶材料的耐疲劳性能有较大影响,J. Zhao等[3]研 究表明相对分子质量较低的SBR具有较好的耐疲 劳性能,顺式含量较高的顺丁橡胶(BR)耐疲劳性 能 较 好 ,原 因 是 应 变 诱 导 结 晶 延 迟 了 疲 劳 失 效 。 表1为 某 轮 胎 胎 侧 胶 配 方 比 较,正 常 配 方 试 样 在 屈 挠 试 验 中 屈 挠 1 5 万 次 时 发 生 裂 口 ,而 试 验 配 方 试 样 在 屈 挠 5 0 万 次 时 仍 未 出 现 裂 口 。 可 见 ,在 配 方中适当增大BR并用比有利于提高胎侧胶的耐 疲劳性能。
橡胶的化学微观结构[决定玻璃化温度(Tg)、 热 氧 稳 定 性 和 应 变 诱 导 结 晶[1]等]、相 对 分 子 质 量 及 支 链、内 部 杂 质 以 及 橡 胶 并 用 等 都 会 影 响 橡 胶 制 品 的 疲 劳 寿 命。 如 氟 橡 胶 和 氢 化 丁 腈 橡 胶 (HNBR)等特种橡胶的热氧稳定性较好,而天然橡
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
就橡胶材料而言,它是指橡胶材料在重复变形的过程中,当其承受的局部变形应力超过橡胶的延伸率或应力极限时,疲劳过程开始,以至于最后达到破坏。
这种疲劳破坏的开始点是由于橡胶表面或内部的不均匀性所造成的。
橡胶材料的破坏主要是由于其内部的缺陷或微裂纹引发的裂纹不断传播
和扩展而导致的。
按照分子运动论的观点,橡胶材料的动态疲劳破坏归因于材料本身分子链上化学键的断裂,即试样在受到周期应力一应变作用过程中,应力不断地集中于化学键能比较弱的部位而产生微裂纹,继而发展成为裂纹并随着时间的推移而逐步扩展开来。
裂纹发展是一个随着时间而发展,涉及到橡胶材料的分子链连续断裂的粘弹性非平衡动态变化过程。
这一微观发展过程在宏观上的表现是,橡胶材料在动态应力一应变的疲劳过程中,裂纹穿过试样不断扩展,直到断裂以及产生与之所伴随的热效应。
橡胶材料的动态疲劳过程一般可以分为三个阶段:第一阶段是应力剧烈变化,出现橡胶材料在应力作用下变软的现象;第二阶段是应力缓慢变化,橡胶材料表面或内部产生微裂纹,经常称之为破坏核;第三阶段是微裂纹发展成为裂纹并连续不断地扩展开,直到橡胶材料完全出现断裂破坏现象,最后这一阶段是橡胶材料疲劳破坏的最重要的阶段。
使用炭黑填充的天然橡胶硫化胶在一定负荷下多次拉伸变形时,橡胶的物理机械性能在疲劳过程中,拉伸强度先是逐步上升的,经过一个极大值后再开始下降,而撕裂强度、动态弹性模量和力学损耗因子的变化则相反。
在疲劳过程中,胶料的拉伸强度几乎保持不变。
300%定伸应力的疲劳开始阶段明显增大,然后增大趋于缓慢;扯断伸长率则随疲劳周期的变化而下降,在高
应变疲劳条件下,具有拉伸结晶性的橡胶抗疲劳破坏性能较好。
未使用补强剂补强的橡胶材料,其破坏形态一般表现为塑性破坏,而使用炭黑或其它活性填料作补强剂的橡胶材料则表现为脆性破坏,且随着各种防老剂的加入,其破坏形态由脆性破坏逐步向准塑性破坏形态转变。
天然橡胶在受到一定频率的应力作用的条件下,由于分子链的内摩擦而生热是其动态疲劳破坏的另外一种因素。
当疲劳生热的温度低于120℃时,天然橡胶制品内部将发生化学交联键的结构变化,主要是发生交联键及链段的热裂解反应,首先是多硫交联键减少,而单、双键逐渐增加。
总的表现是交联键的密度在增加,宏观的表现为胶料的硬度和定伸应力增加。
由于胶料内部发生了以上微观结构的变化,从而进一步造成产品内部的生热继续,当生热温度超过120℃(如到达130℃、140℃、150℃)时,橡胶材料总的交联密度逐步下降。
疲劳破坏的最后阶段,橡胶材料的外观表现将接近混炼胶状态。
此时的橡胶已经完全丧失弹性.产品也将失去了实际使用价值。
影响疲劳寿命的因素
弹性体的性质研究表明,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,N R和B R对应变速率不敏感,而S BR等由于具有较大的粘弹性,对应变速率较为敏感。
(针对这方面的研究和表述最多,但是与本次研究关系不大,因此简要带过)应变周期随频率的增加,橡胶的疲劳破坏加快,但当频率增加到一定程度后继续增加时,其疲劳寿命变化就不再显著。
主要是由于低频条件下,机
械疲劳破坏引起的分子链断裂起决定作用;高频条件下,由于产生较大的升热,因此,破坏的主要原因已不是机械疲劳,而是高温引起的热降解,此时化学变化对橡胶的破坏起重要作用。
另外,频率对非结晶橡胶有显著的影响,对结晶橡胶的影响不显著,因为非结晶橡胶存在叠加在动态割口增长上的时间依赖性连续裂纹增长。
裂纹增长中的这种稳定增长部分在频率微0.2Hz以下非常重要,它的引发归根于粘弹性效应。
对NR(天然橡胶)胶料的研究结果表明,最小应变增加时尽管能量输人降低,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,N R和S BR的疲劳寿命都降低,只是前者不如后者明显。
静态应力橡胶制品在使用时往往要预先加载,产生一定的变形,然后再进行疲劳实验,此预压力导致的应力称为静态应力,引起的变形,称为静态应变。
与金属的疲劳寿命随静态应力的增大而降低不同,橡胶的疲劳寿命随静态应力/应变的增加而增加,直至达到一个最大值,而后逐渐减小,并且应变结晶性橡胶和非应变结晶性橡胶疲劳寿命的增加的原因不同。
前者因为橡胶在裂纹尖端发生了应变结晶,可以阻止裂纹的进一步增长;后者因为往复循环应变能的降低。
空气氛围空气氛围对橡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%。
此外,填料、硫化系统、硫化状态、抗氧剂对橡胶的疲劳性能均有一定的影响。
橡胶的阻尼热:由于橡胶复合材料的滞后损失大而导热性差,此类材料在承受循环载荷的同时伴随有较高的热生成,使材料表面和内部温度升高,加速了材料的疲劳破坏。
因此,研究此类材料在循环载荷下温度变化的一般规律,是对该类材料进行疲劳强度分析和寿命预报不可缺少的内容。
大部分橡胶疲劳的实验都是将阻尼热考虑进去,甚至直接研究橡胶材料在周期载荷下产热对材料疲劳性能的影响。