類橡膠材料微觀結(jié)構(gòu)橡膠制品的幾何形狀研究顯微鏡

類橡膠材料的機(jī)械疲勞可以表述為材料在動(dòng)態(tài)載荷或形變作用下，
裂紋緩慢增長而導(dǎo)致的物理機(jī)械性能逐漸下降的現(xiàn)象。最明顯
的變化是硬度逐漸降低。持續(xù)的靜態(tài)載荷導(dǎo)致彈性體發(fā)生應(yīng)力松
弛，在大多數(shù)無定形彈性體中產(chǎn)生時(shí)間依賴性的開裂，而這種開裂

通常在天然橡膠中不會(huì)發(fā)生。在定載荷作用下，天然橡膠結(jié)晶，晶
粒顯著地阻止了裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展。疲勞過程中會(huì)發(fā)生多種原子和
分子的作用，雖然這些作用在金屬中得到了廣泛的研究，但到目前
為止，由于橡膠復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，只能將其作為一個(gè)整體來研究它的疲
勞性能。因此，橡膠的疲勞特性在很大程度上仍然是經(jīng)驗(yàn)性的，惟
一不同的是機(jī)械疲勞存在一個(gè)應(yīng)力極限值，低于這個(gè)應(yīng)力值，在任
何可觀察的時(shí)間范圍內(nèi)都不會(huì)出現(xiàn)橡膠的機(jī)械疲勞破壞。

橡膠疲勞和斷裂

特別強(qiáng)調(diào)了缺陷發(fā)展造成的破壞、測試和材料
參數(shù)的重要性以及斷裂力學(xué)的應(yīng)用，利用斷口顯微分
析推斷疲勞斷裂的微觀結(jié)構(gòu)。交聯(lián)橡膠實(shí)際上沒有塑性變形，因此
其疲勞斷裂的主要類型是脆性斷裂。

  橡膠產(chǎn)生疲勞裂紋的主要因素有機(jī)械力、熱、環(huán)境因素(氧、
臭氧和紫外線)以及化學(xué)因素(如油、酸性汽油等)。典型的疲勞
破壞有輪胎中簾線層的分離以及電動(dòng)機(jī)襯套和懸空軸襯的破壞。環(huán)
境開裂通常表現(xiàn)為小的表面裂紋。橡膠中常加人防老劑(如抗氧劑
和抗臭氧劑)以減緩環(huán)境裂紋的產(chǎn)生，炭黑加入橡膠中可以屏蔽紫
外線并提高橡膠的力學(xué)性能。

  臭氧開裂不同于光照開裂，光照開裂的分布是隨機(jī)的，而臭氧
開裂通常垂直于應(yīng)力方向增長。臭氧開裂能否發(fā)展為機(jī)械開裂取決
于橡膠中的組分、使用過程中的負(fù)荷以及制品的幾何形狀(花紋)。
許多橡膠制品(如天然橡膠橋梁支座)的表面形成了臭氧開裂，但
由于其尺寸較大，仍能繼續(xù)使用50年以上。而且，這種制件通常
同時(shí)受壓縮和剪切作用，因此內(nèi)部缺乏可導(dǎo)致臭氧裂紋擴(kuò)展所必需
的拉仲應(yīng)力。

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