J型夹布油封橡胶材料的疲劳性能是橡胶制品的一个重要性能指标,尤其是工程机械的液压油缸密封,疲劳性能往往表征着密封件的使用寿命、抗裂纹产生以及扩展能力的大小。同时,疲劳性能也是橡胶复合材料中填料分散和交联网络结构的宏观体现。
J型夹布油封橡胶的疲劳破坏通常包括微裂纹的形成及其核扩展两个阶段。R.S.Rivlin等最早将断裂力学应用于橡胶材料的疲劳破坏,把裂纹每扩展单位面积所释放的能量称为撕裂能。G.J.Lake等研究了天然橡胶(NR)和丁苯橡胶(SBR)硫化胶的疲劳裂纹扩展速率与撕裂能的关系曲线,发现随着撕裂能的增大,曲线分为4个区域:临界撕裂能区、过渡区、指数区和不稳定裂纹增长去,而且从曲线上通过积分可以求出疲劳寿命。分子论观点认为夹J型夹布油封橡胶材料的疲劳破坏主要是由于分子间化学键的断裂,即在周期性应变过程中,应力不断集中于“弱”键处而产生微裂纹。而唯象论认为J型夹布油封橡胶材料的疲劳破坏主要是由于外力作用下橡胶内部的缺陷引发的微裂纹扩展行为。两种理论都认为疲劳破坏源于外加因素条件下材料内部的微观缺陷或者薄弱处被逐渐破坏。
J型夹布油封橡胶的疲劳受到很多因素的影响,例如试验频率、拉伸应变、填料分散、硫化体系、试验温度以及胶种是否自结晶等,这些因素都不同程度的影响橡胶材料的疲劳性能,共同决定橡胶材料的疲劳寿命。但前期的大部分研究主要关注了试验条件等对疲劳寿命的影响。在实际的疲劳过程中,J型夹布油封橡胶材料的微观结构也在不断发生演变。结构的演变会进一步影响橡胶制品的疲劳性能。因此,非常有必要深入研究疲劳过程中微观结构的变化对疲劳性能的影响。
不同于传统疲劳测试采用的纯剪切样条、裤形样条和拉伸样条,本研究采用长100mm、宽25mm、厚2mm的拉伸样条,在单轴疲劳机上进行不同程度的拉伸疲劳,进一步对不同程度的疲劳试样进行微观结构和性能表征,分析疲劳过程中微观的原因。