橡膠試樣或制品在周期性應力和變形作用下出現(xiàn)損壞或發(fā)生不可逆的結構和性能的變化現(xiàn)象稱為疲勞老化,轉動的橡膠傳動帶和輸送帶、橡膠彈簧等都會發(fā)生疲勞老化,疲勞老化會加速橡膠制品的損壞,縮短膠帶制品使用壽命,因此有必要了解疲勞老化產(chǎn)生的原因,掌握疲勞老化的防護原理及方法,應用機理還應包含了前述的熱氧化機理和臭氧化機理,了解疲勞老化的機理就是要弄清這些不同老化作用之間的關系,以便能有效地預防和減緩橡膠的疲勞老化;
當周期性的機械力施加到橡膠上時會產(chǎn)生兩種作用,一是直接來拉伸分子;二是雖然不能直接拉伸分子但可以降低橡膠分子鏈的斷裂活化能,起到活化氧化及臭氧化反應的作用,前者是由于橡膠分子先天結構和交聯(lián)網(wǎng)結構的不均勻性以及橡膠特有的黏彈性滯后,使得應力分布很不均勻甚至存在應力梯度,當橡膠分子鏈上的弱鍵處集中較大應力時就會發(fā)生斷裂,生成活性大分子自由基,從而加速了橡膠的氧化引發(fā)反應,由于橡膠分子在機械力的反復作用下,使主鏈或交聯(lián)鍵的化學鍵力變弱,從而降低了氧化反應的活化能,加速了氧化裂解作用,此外力學損耗產(chǎn)生的熱量也同樣起到了活化氧化的作用;
在滾動的地面之間以及轉動的環(huán)形橡膠輸送帶與傳動滾筒之間,由于摩擦產(chǎn)生的靜電也會導致臭氧產(chǎn)生,使橡膠板或膠帶在發(fā)生氧化的同時也發(fā)生臭氧化,并且這種臭氧化反應理所當然地被機械力活化,運輸帶橡膠的耐疲勞性常用試樣出現(xiàn)損壞時所經(jīng)受的周期性應力或變形次數(shù)或試樣在預定次數(shù)的應力周期中出現(xiàn)損壞時對應的應力振幅最大值表示,前者也稱其為疲勞耐久性,后者稱為疲勞強度;
不同的橡膠其疲勞耐久性不同,硫化橡膠受壓縮和拉伸變形時的疲勞耐久性,當其受力方式不同時,疲勞耐久性不同,另外不同橡膠硫化膠在周期性變形時損壞性質不同,有的橡膠產(chǎn)生裂口早但裂口增長速度慢,有的產(chǎn)生裂口晚但增長速度快;
橡膠的疲勞老化是因動態(tài)應力和應變而起,因此解決疲勞老化的防護首先要從制品膠料配方的設計人手,使硫化膠在滿足綜合使用性能要求的前提下,盡量提高拉伸強度、撕裂強度和拉斷伸長率,使橡膠在形變條件下具有較高的抗裂口產(chǎn)生和抗裂口增長強度,其次是例如向橡膠帆布輸送帶膠料中添加能夠抑制屈撓一龜裂產(chǎn)生和增長的防老劑,這些抗屈撓龜裂的膠帶防老劑改善了橡膠疲勞過程中結構變化的穩(wěn)定性,特別是在高溫條件下,它們能阻礙機械力活化氧化的進行,從而改善了橡膠的耐疲勞性。