影響疲勞壽命的因素

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1、影響橡膠疲勞壽命的因素一環(huán)境條件環(huán)境影響在疲勞過程中特別是在長壽命的橡膠材料中起著關(guān)鍵作用。橡膠應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和疲勞老化性能發(fā)展的方式在很大程度上依賴于材料的溫度以及橡膠成分周圍化學(xué)反應(yīng)物的存在和濃度A溫度升高的溫度對橡膠形核壽命和疲勞裂紋增長速率產(chǎn)生有害的影響，這種有害影響在無定形橡膠中表現(xiàn)的最為明顯，對于純的丁苯橡膠處于可控測試中，隨著溫度從0°到100°，疲勞壽命化降低10000倍，而對于純的天然膠而言，在相同條件下，疲勞壽命降低4倍。填料的加入可能降低對溫度的依賴性。在疲勞裂紋增長測試中類似的影響可能被觀察到。上述溫度的影響與由于老化或進(jìn)一步教交聯(lián)所發(fā)生的化學(xué)變化無

2、關(guān)。溫度對這些化學(xué)過程的速率產(chǎn)生很大的影響這種影響能夠在升溫或長時間內(nèi)導(dǎo)致附加分解。溫度實際對長期行為地影響程度取決于配方設(shè)計；固化劑，抗氧化劑等這些因素以后討論。B臭氧在一個長期的疲勞測試中，有臭氧存在很大程度上會增大裂紋的增長速率和縮短壽命。由于應(yīng)力集中，彈性體網(wǎng)鏈在裂紋尖端很容易與臭氧反應(yīng)，臭氧與主要聚合物分子鏈的碳-碳雙鍵發(fā)生反應(yīng)引起斷鏈。當(dāng)瞬間的能量釋放速率超過一個小的起點，就會發(fā)生由于臭氧襲擊而引起的裂紋增長，這個起點由Gz表示，Gz通常比機(jī)械疲勞起點T更小，Gz的值恨得程度上取決于配方設(shè)計，特別是抗氧化劑和抗臭氧劑存在。對于沒有加入任何這些物質(zhì)的橡膠來說，Gz

3、=0.1J/m2，當(dāng)有抗臭氧劑存在時，Gz會增大10倍或更多，相比較而言，機(jī)械疲勞起點大約為T=50J/m2，臭氧看起來不影響機(jī)械疲勞起點的值，其他化學(xué)物質(zhì)能夠以一種類似臭氧的方式侵襲橡膠。Gent和Mrath研究了在一個很大的范圍內(nèi)溫度對臭氧增長速的影響。兩個物理量被發(fā)現(xiàn)可以控制列為裂紋增長率da/dt，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近裂紋增長速率是與v溫度成比例的，而與臭氧無關(guān)。在足夠高的溫度下（Q-Tg>100°），裂紋增長速率完全依賴于臭氧濃度而與溫度無關(guān)?？偟牧鸭y增長速率由下列方程式近似的給出已提出Rt與反映臭氧分子影響彈性體網(wǎng)絡(luò)鏈在裂紋尖端的彈性網(wǎng)絡(luò)分子鏈。據(jù)認(rèn)為，R2與粘

4、彈性行為有關(guān)，在網(wǎng)絡(luò)鏈斷裂以后，通過有限的時間需要重新分配裂紋尖端應(yīng)變。C應(yīng)變氧氣至少以兩種方式影響機(jī)械疲勞行為。首先在氧條件下機(jī)械疲勞裂紋增長起點值要比在真空下低。其次，氧氣溶解或擴(kuò)散在橡膠中可能隨時間延長會導(dǎo)致大部分彈性體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生化學(xué)變化，這個過程通常被稱為氧化老化。氧化老化會引起脆化和降低疲勞裂紋增長。甚至對那些以前沒有暴露在空氣中的橡膠樣品又氧氣的存在在一定的能量釋放速率條件下也會增加疲勞裂紋增長速率。從能量釋放速率需要維持一定的裂紋增長速率的角度來看，這個結(jié)很容易被描述。對于未填充的天然膠，在低的能量釋放速率下，在相同的疲勞裂紋增長速率下，在空氣中的能量釋放速

5、率大約是真空能量釋放速率的一半。但是在較高的能量釋放速率下有無氧氣以變得不十分重要，而主要依賴于測試頻率。在較低的頻率下，區(qū)別會維持在較高的能量釋放速率，影響的重要性取決于聚合物的類型。Gent和Mrath比較了NR，SBR，BR在靜態(tài)下與同期負(fù)荷下，在空氣與真空中的裂紋增長速率。他們觀察到由于氧的存在疲勞裂紋增長速率僅增長了兩個數(shù)量級，對SBR和BR來說在空氣和真空中可觀察到差別8個數(shù)量級。在一次有氧氣氛下，然后再把氧去掉，然后再在有氧氣氛的實驗中，他們證實了氧對疲勞裂紋增長速率的影響是可逆的。在這次試驗中裂紋增長速率被觀察到先增大，然后降低，然后在增大到初始水平。與氧的

6、存在和不存在相對應(yīng)。氧的老化作用不可逆的改變了橡膠的機(jī)械性能。通常情況下，老化會使橡膠變脆，疲勞裂紋增長加快，降低臨界斷裂能，且使疲勞壽命降低。老化可以影響Power-Law和裂紋成紋關(guān)系的斜率和截距。隨著彈性體的老化對應(yīng)力有更高的敏感性。Blackman和Mcall研究了老化的不同時期對天然膠疲勞壽命的影響。他們發(fā)現(xiàn)吸收樣品重量1%的氧時導(dǎo)致疲勞壽命降低2個數(shù)量級。老化的影響主要依賴于配方和加工的多變性，以下將進(jìn)行討論。二橡膠配方橡膠工程的一個獨特方面就是可以通過改變組成配方和加工過程能夠得到高范圍的機(jī)械性能。我們所知道的影響疲勞行為的配方有橡膠類型，填料的類型和種類，抗

7、氧化劑，抗臭氧劑，交聯(lián)劑的類型和數(shù)量。加工過程通過各組分的分散程度交聯(lián)程度以及裂紋產(chǎn)生原始位置的存在和性質(zhì)來影響疲勞行為的。Ａ　橡膠類型聚合物類型影響疲勞行為的許多方面。聚合物是存在表現(xiàn)應(yīng)力結(jié)晶是一個主要的考慮因素。就像以前所討論的，在合適或高應(yīng)力水平下，應(yīng)力結(jié)晶對疲勞行為產(chǎn)生有利的結(jié)果。如想與能夠?qū)Νh(huán)境影響的敏感程度有所降低。不存在應(yīng)力結(jié)晶的聚合物，在同期性負(fù)荷下，連續(xù)的裂紋增長是顯著的。表現(xiàn)為應(yīng)力結(jié)晶的聚合物例如有天然橡膠，異戊橡膠，氯丁膠，順丁膠，丁基橡膠，丁腈橡膠，丁丙橡膠。橡膠彈性體的類型和應(yīng)用的論述Ha