橡胶材料在高低温条件下的蠕变和应力松弛特性

　　研究橡胶材料在不同温度环境下的性能变化成为橡胶科研领域的主要研究方向。由于橡胶的性能与温度密切相关，在超过常温条件下，橡胶的分子链柔软度增加，硬度降低，弹性提高;但是当温度升高到100℃以上时，橡胶的强度明显减弱，因为分子链内部开始老化断裂;而在温度降低时，橡胶则变得更硬、更脆，弹性下降。实际应用中的橡胶制品往往不只是在常温下使用，而是面临高温或低温的考验。通过综合分析技术，可以有效地模拟制品在实际使用环境下的质量和性能。

1、有效弹性/滞后损失测试是一种高低温循环测试方法。

通过对橡胶在不同温度下进行拉伸强度、有效弹性和滞后损失的考察，可以综合评估制品的粘弹性和阻尼效果。使用高低温材料试验机可以研究橡胶的这些性能。下面是用高低温材料试验机测试的橡胶在0℃、常温和100℃下的有效弹性和滞后损失的结果。滞后损失是指橡胶在变形和恢复的周期内所吸收的能量与恢复过程中所放出的能量之差，可借此考察多次有效弹性和滞后损失来评估动态橡胶密封制品的阻尼特性或减震效果。从图1可以看出，不同温度下的橡胶的粘弹性滞后情况是不同的。温度越低，阻尼效果越好。

2、高低温疲劳测试是一种用来测试材料在极端温度条件下的疲劳强度的方法。这种测试可以帮助确定材料在长期使用中是否会出现疲劳失效，以及在何种条件下可能发生疲劳破坏。在测试中，材料会在高温和低温环境下交替受力，以模拟实际使用中的温度变化。通过观察材料在测试过程中的变形和破坏情况，可以评估其抗疲劳能力和可靠性。这种测试对于金属、塑料、橡胶等材料的疲劳性能研究非常重要，可以帮助提高产品的使用寿命和质量。

动态橡胶制品，例如轮胎，在运转过程中，各个部位所受的动态力不同。轮胎的胎面会被反复压缩，而胎侧和胎肩则会被反复拉伸和挠曲。针对不同类型的疲劳，高铁仪器将橡胶的动态疲劳特性与温度环境相结合，推出了多款高低温疲劳试验机，例如高低温德莫西亚屈挠疲劳试验机和高低温拉伸疲劳试验机等。这些试验机的温度范围可调，达到-50℃至+150℃，以满足不同环境下的测试需求。图2显示了相同配方的胶料在不同温度下的裂口扩展情况。过高或过低的温度均会加速屈挠裂口的扩展速率。

3、蠕变和应力松弛是描述材料在高低温下的性能表现的重要指标。他们可以衡量材料的可靠性和稳定性。

橡胶密封和减震制品是一类广泛应用的橡胶制品。由于橡胶具有粘弹性，因此使用过程中，这类制品的某些机械性能会发生变化，导致橡胶制品发生蠕变或应力松弛，从而影响其使用性能。

蠕变是指在一定温度和持续外力作用下，材料形状随时间逐渐发生较大变化的现象。这是一种随时间非线性变化的力学松弛过程。橡胶的蠕变性能是材料尺寸稳定性和长期负载能力的体现。应力松弛是指在一定温度和持续应变作用下，材料的应力随时间逐渐减小的现象。这也是一种随时间非线性变化的过程。橡胶的应力松弛性能能特别反映橡胶密封制品的紧固力持久性。

蠕变和应力松弛的性质是与温度相关的，我们可以使用高低温蠕变及应力松弛试验机来进行测定。从图3中可以看出，在不同温度条件下，蠕变量随时间的变化趋势。随着温度的升高，蠕变量增加，也即蠕变速率加快;与蠕变性能类似，应力松弛性能也与温度有关，温度升高，应力松弛速率也变快。