目前橡胶制品的耐疲劳破坏性能研究,主要定位于橡胶材料的耐伸张疲劳过程,关于橡胶材料的耐屈挠疲劳破坏的研究报道相对较少。橡胶材料因承受屈挠机械外力作用而导致材料发生屈挠疲劳破坏的过程,在橡胶制品的使用过程中普遍存在,比如;轮胎制品的胎侧、胎肩部位、桥梁减震基垫、胶管、胶带、密封制品等高屈挠变形器件。而且,橡胶材料耐屈挠疲劳破坏的机理研究相对更少,导致了目前关于橡胶材料耐屈挠疲劳破坏的理论仍没有定论。根据实验,由橡胶材料屈挠疲劳破坏的宏观现象和微观角度出发,剖析橡胶材料在抵抗屈挠机械外力时,材料内部微观结构的演变发展过程,提出橡胶材料的耐屈挠疲劳破坏的扩展机理。对要求具备优良耐屈挠疲劳性能的橡胶材料结构设计以及预测橡胶制品的屈挠疲劳寿命都是极其重要的。因此研究橡胶材料的耐屈挠疲劳破坏具有重要的实用意义和理论价值。本研究工作试图通过对天然橡胶试样的屈挠疲劳破坏断面形貌展开讨论,并结合前期实验中关于屈挠疲劳前后橡胶分子链结构的变化规律,从微观结构与橡胶分子链结构角度建立橡胶屈挠疲劳破坏的演变机理模型,为橡胶制品具备优良耐屈挠疲劳性能的设计提供基础性指导。以天然橡胶为研究对象,采用不同的实验分析仪器,如:电子扫描显微镜(SEM)、动态力学分析(DMA)、红外光谱仪器(FT-IR)、橡胶加工分析仪(RPA200O)、广角X衍射仪器(XRD)等等,对未填充天然橡胶屈挠疲劳前后的微观结构进行分析。从微观角度和化学反应层次对未填充天然橡胶的屈挠疲劳破坏过程进行分析,提出橡胶材料屈挠疲劳破坏过程的机理。同时,实验对可能影响到天然橡胶的耐屈挠疲劳性能的因素进行了详细的讨论。如:橡胶的硫化交联网络结构、防老剂体系、补强体系等因素。通过SEM分析对硫化胶的耐屈挠疲劳裂纹的演变过程机理进行了对比讨论。研究结果显示:硫化胶的屈挠疲劳破坏是机械外力引发,氧化反应和力化学反应增长的破坏过程,且以氧化反应增长为主破坏增长过程。未填充硫化胶的屈挠裂纹演变过程出现明显的三个阶段,第一阶段以屈挠机械力破坏为主,裂纹发展速率较慢。第二阶段是力化学破坏和氧化反应破坏协同控制裂纹发展速率,速率陡增。第三阶段力化学破坏和氧化破坏的作用降低,裂纹发展速率降低。通过SEM分析发现,未填充硫化胶屈挠疲劳尖端显示出明显的韧带网络结构和空穴结构。橡胶材料的屈挠疲劳是韧带网络结构和空穴结构连续、交替地形成和破坏的过程,直到橡胶材料失效。硫化胶的耐屈挠疲劳破坏性能受硫化胶交联网络的均匀性、交联密度、交联键类型以及交联键键能的共同影响。实验结果发现,当橡胶材料具有相对较低的交联密度、交联键以多硫键为主且交联键之间的键能相对较高时,橡胶材料具有优良的耐屈挠疲劳特性。SEM分析显示,在硫磺用量较少时,屈挠疲劳断面粗结构韧带较多,硫磺用量较多时,屈挠疲劳尖端断面形貌相对平整,表现出较多的细结构韧带。碳碳交联键具有较高的键能,且化学键的刚性较大,屈挠疲劳破坏断面呈现出粗糙的片层状。随着炭黑用量从15phr增加到65phr,更多的橡胶与炭黑之间相互作用,结合胶逐步增多,橡胶材料的耐屈挠疲劳寿命呈现出先升高后缩短的现象。同时,炭黑粒子在橡胶体系分散均匀程度也是影响橡胶材料耐屈挠疲劳性能的重要因素之一。过多的炭黑填充橡胶时,引起炭黑在橡胶体系团聚,填充网络缺陷点增多,导致硫化胶的耐屈挠疲劳破坏性能降低。防老剂具有捕获自由基的作用,防老剂够迅速捕捉硫化胶在屈挠疲劳破坏过程中生成的自由基,终止自由基的活性,降低自由基引发硫化胶发生屈挠破坏的几率。通过实验结果发现,防老剂对橡胶材料的耐屈挠疲劳特性防护效果比较明显。随着防老剂用量的增多,硫化胶的屈挠疲劳寿命明显延长,且疲劳断面上细结构韧带断裂后发生收缩聚集,与相邻的韧带形成粗结构韧带,韧带网络的不均匀性较明显。考察了氧化锌对天然橡胶的耐屈挠疲劳性能的影响规律。发现:硫化胶的屈挠疲劳裂口长度随着屈挠疲劳周期的延长而增大。当氧化锌的添加量超过5phr以后,在相同的屈挠疲劳周期下,硫化胶的屈挠疲劳裂口长度随氧化锌用量增加至10phr,扩展程度变化较小。氧化锌用量的增加会发生聚集,SEM结果佐证了氧化锌的团聚容易引发橡胶疲劳裂口的生成。橡胶制品在承受周期性的机械应力或应变条件下,引发橡胶制品发生初始微观的疲劳破坏点,随着屈挠外力的进一步作用,材料就会发生以初始微破坏为中心的裂纹扩展现象,直至橡胶材料的失效。所以,研究橡胶材料的在屈挠疲劳破坏时裂纹产生与发展过程,对保证橡胶制品在受力状态下使用的可靠性以及橡胶制品性能设计的稳定性方面具有重要的实际意义。