在許多行業中，橡膠組件在每天的日常活動中發揮著至關重要的安全防護作用。介于此，橡膠組件需要耐用持久。雖然在很多情況下，橡膠組件在使用中有許多失效方式，但機械疲勞可能是最為常見的失效機制，影響著幾乎所有橡膠相關部件。未來，我們還將針對其他失效機制的解決方案進行探索，例如磨損和切屑、化學侵蝕、膨脹和非彈性故障。
提及機械疲勞，我們關心的是經受重復機械裝卸循環的橡膠組件的長期性能和使用壽命。輸送機、同步傳送帶、不同的輪胎部件，AV底座在工作時都需要反復的機械循環。
橡膠機械疲勞始于橡膠復合物中同質性的斷裂（斷裂的前兆）。然后，橡膠體的裂縫不斷增大，隨著加載周期的進行，導致出現災難性的故障。根據這一失效機制，我們需要考慮兩方面，一個是破裂成核（即復合物的均勻性）以及固有疲勞裂紋擴展阻力。
復合物開發人員經常要面臨的挑戰是如何在延長組件疲勞壽命的同時，不影響其他性能，或者，如何在提高動態性能的同時，不影響組件的使用壽命。幸運的是，面對這樣的挑戰，我們擁有豐富和開發良好的科學框架來應對這些挑戰，以及一些基本的材料選擇指南，可以為我們提供幫助。
變形控制方式
首先，我們需要了解組件的循環運行條件。橡膠變形是否受應用的循環荷載或循環位移控制？這至關重要，因為它可以幫助我們調整復合物剛度，確保在可能出現裂紋的偏轉時，將存儲能力最小化。例如，在撓度受控的情況下，我們可以選擇一個質地柔軟的復合物，將撓度下復合物中儲存的能量最小化，抑制裂紋擴展。相反，針對負載控制的情況，我們可以將復合物硬化，以最小化組件撓度。
橡膠的選擇
選擇適用的橡膠對機械疲勞性能最為重要。天然橡膠是抗裂和抗撕裂復合物的絕佳選擇。它在應變作用下結晶能力導致了裂紋尖端的自動強化。這種機制在循環放松和非放松變形期間阻止和鈍化裂紋。當然，天然橡膠并不是適用于所有應用。高溫作業或者化學性質惡劣的條件下需要使用特定的合成橡膠。相比天然橡膠，大部分合成橡膠的應變結晶性能并不突出。相反，合成橡膠全部依賴于顆粒強化作業，以實現所需的裂紋擴展和抗撕裂性能。
補強劑的選擇
補強劑例如炭黑，在確定橡膠組件的裂紋擴展和抗撕裂能力方面起著至關重要的作用。關鍵在于選擇正確的負荷等級，炭黑的表面區域和結構層。選擇的炭黑需要在復合物混合過程表現出良好的分散性能和最小的物理雜質，從而獲得進一步的改善。在選擇其他顆粒制劑時也需要考慮相同因素。填料附聚物和原料雜質會導致復合物的裂紋預兆尺寸和數量的增加，這兩者都會對疲勞壽命產生不良影響。
天然橡膠中的炭黑可以通過擴大橡膠基體中的局部應變，減少應變結晶所需的位移等級。這在本質上增強了天然橡膠的自我強化能力。炭黑將多余的能耗機制融入橡膠復合物中，這也是對比沒有添加炭黑的橡膠，添加炭黑的橡膠的撕裂強度和抗裂性增加的主要原因之一。要使填充橡膠斷裂，需要施加更多的外力，以補償到達裂紋尖端之前粘彈性加工區域內被炭黑消耗的能量。這一點對非晶化的橡膠尤為重要。
這一點我們需要格外小心，因為如果能量消耗過大，會導致在循環負荷情況下復合物內有害熱的積累，影響動態力學性能（例如滾動阻力）。這在橡膠技術方面也是如此，需要謹慎小心，找到平衡。
機械疲勞的特點
實際上，橡膠組件出現失效的方式很少與快速、廉價和普遍的橡膠實驗測試一致，這在我們行業屬于常見現象。相對簡單的測試，例如拉伸破壞或撕裂測試，無法讓我們完全了解和設計橡膠復合物的疲勞性能。幸運的是，在博拉炭黑，我們擁有先進的設備，可以研究和說明機械疲勞機制，并把這些和實際的橡膠合成聯系起來。這類設備包括高通量斷裂機械相關的疲勞裂紋擴展設備或裂紋成核測試，以及世界級的縮影設備。
如想了解我們是否可以改善您的復合物和組件機械疲勞性能，請聯系我們。利用博拉炭黑的獨特炭黑組合和強大的技術能力，結合您的化合物和設計專業知識，我們可以聯手在廣泛的應用中減少動態性能和持久性之間的權衡。
