橡胶方面的研究大多集中于疲劳寿命预测或单纯的性能标定,橡胶疲劳断口形貌的研究较少,无法从微观的角度解释各个疲劳阶段的形成机理,未能系统地将橡胶疲劳性能、断口形貌、成分分析进行有机结合。本研究以M、G两种填充型天然橡胶为研究对象,在静态拉伸试验后,采用万能疲劳试验机分别对其进行拉伸疲劳和拉压疲劳试验,研究材料、变形量、加载频率对疲劳寿命的影响。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察橡胶疲劳断口微观形貌,研究橡胶疲劳断裂特征。通过原位拉伸疲劳裂纹扩展试验,分析疲劳裂纹扩展机理。采用IR、DSC、TGA、核磁、DMA、气相色谱—质谱等分析手段分析疲劳沫状和油状产物的成分和来源。疲劳试验结果表明,疲劳过程中橡胶试样的温度会上升,变形量越大、加载频率越高,温升越高,橡胶的疲劳寿命越短,且变形量对疲劳寿命的影响更显著。M材料的疲劳寿命比G材料长,更容易生成疲劳产物。FESEM观察发现,拉伸疲劳断口分成源区、扩展区和瞬断区,各区域面积受载荷情况的影响。拉压疲劳断口分成边缘区和中间区,两区域交界处可见明显台阶。疲劳裂纹容易萌生于试样的边缘和大颗粒添加剂处,裂纹萌生的时间较长,占疲劳寿命的90%左右。加载频率越大,断口疲劳特征越明显;变形量越大,裂纹扩展速率越快。原位拉伸疲劳裂纹扩展试验表明,疲劳裂纹尖端由许多菱形区域组成,菱形中有添加剂颗粒和微裂纹,在循环应力下添加剂颗粒不断析出形成微裂纹,微裂纹扩展形成小菱形,肋状韧带不断变细直至断裂。裂纹尖端将不断重复上述过程,直至试样完全断裂。不同菱形区域裂纹扩展速率不同,相邻的裂纹会连接形成更大的裂纹。材料结构变化结果表明,材料的交联密度随疲劳寿命的延长而下降,G材料的交联密度基本保持不变。沫状物是由反复挤压、磨耗出的橡胶碎块堆积而成的,油状物是橡胶大分子链在循环应力的作用下发生断裂,形成的小分子物质,成分以烷烃类、烯烃类为主,也含有少量热氧老化后形成的酮类、醚类、脂类物质,以及橡胶本身添加的少量硬脂酸、胺类物质。