什么叫橡胶疲劳

橡胶疲劳其它主要分三个过程阶段

   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。

   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。

    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。

    影响疲劳寿命的因素

    1、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,NR和BR对应变速率不敏感, 而SBR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)

    2、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。

    3、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,NR和SBR的疲劳寿命都降低,只是前者不如后者明显。

    4、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。

    5、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%。



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