类橡胶材料微观结构橡胶制品的几何形状研究显微镜

类橡胶材料微观结构橡胶制品的几何形状研究显微镜

类橡胶材料的机械疲劳可以表述为材料在动态载荷或形变作用下，
裂纹缓慢增长而导致的物理机械性能逐渐下降的现象。最明显
的变化是硬度逐渐降低。持续的静态载荷导致弹性体发生应力松
弛，在大多数无定形弹性体中产生时间依赖性的开裂，而这种开裂

通常在天然橡胶中不会发生。在定载荷作用下，天然橡胶结晶，晶
粒显著地阻止了裂纹的进一步扩展。疲劳过程中会发生多种原子和
分子的作用，虽然这些作用在金属中得到了广泛的研究，但到目前
为止，由于橡胶复杂的结构，只能将其作为一个整体来研究它的疲
劳性能。因此，橡胶的疲劳特性在很大程度上仍然是经验性的，惟
一不同的是机械疲劳存在一个应力极限值，低于这个应力值，在任
何可观察的时间范围内都不会出现橡胶的机械疲劳破坏。

橡胶疲劳和断裂

特别强调了缺陷发展造成的破坏、测试和材料
参数的重要性以及断裂力学的应用，利用断口显微分
析推断疲劳断裂的微观结构。交联橡胶实际上没有塑性变形，因此
其疲劳断裂的主要类型是脆性断裂。

  橡胶产生疲劳裂纹的主要因素有机械力、热、环境因素(氧、
臭氧和紫外线)以及化学因素(如油、酸性汽油等)。典型的疲劳
破坏有轮胎中帘线层的分离以及电动机衬套和悬空轴衬的破坏。环
境开裂通常表现为小的表面裂纹。橡胶中常加人防老剂(如抗氧剂
和抗臭氧剂)以减缓环境裂纹的产生，炭黑加入橡胶中可以屏蔽紫
外线并提高橡胶的力学性能。

  臭氧开裂不同于光照开裂，光照开裂的分布是随机的，而臭氧
开裂通常垂直于应力方向增长。臭氧开裂能否发展为机械开裂取决
于橡胶中的组分、使用过程中的负荷以及制品的几何形状(花纹)。
许多橡胶制品(如天然橡胶桥梁支座)的表面形成了臭氧开裂，但
由于其尺寸较大，仍能继续使用50年以上。而且，这种制件通常
同时受压缩和剪切作用，因此内部缺乏可导致臭氧裂纹扩展所必需
的拉仲应力。

(本文由上海光学仪器厂编辑整理提供, 未经允许禁止复制http://www.sgaaa.com)