橡胶复合材料的疲劳破坏性能直接关系到动态条件下使用的橡胶制品的寿命、可靠性与安全性。本论文研究了在30-100%的拉伸疲劳应变范围内，少量粘土、白炭黑、碳纳米管等不同类型填料替代炭黑对炭黑/丁苯橡胶复合材料疲劳破坏性能的影响和机理；采用S-N曲线法和裂纹扩展法，从应变和能量两个角度对填料的作用机理进行分析。首先确定测定材料撕裂能的方法和条件。比较了纯剪切试样、裤型试样和拉伸试样的测试过程、条件和结果，确定以后的实验采用100*15*2mm拉伸样条，对于预割口1mm的试样，撕裂能公式中的裂纹长度C取1.25mm。实验过程中，拉伸速率取为20mm/min，且在测定应变能密度之前必须先消除Mullins效应。然后比较研究了少量白炭黑、粘土和淀粉等几种不同性质的填料对炭黑/丁苯橡胶复合材料疲劳破坏性能的影响。采用5phr白炭黑、粘土和淀粉等量替代炭黑N234后，发现30%应变下，加入粘土的胶料疲劳寿命提高了一倍；100%应变下，加入白炭黑的胶料疲劳寿命提高了一倍;加入淀粉的胶料疲劳寿命降低了。原因是：30%应变下，加入粘土提高了材料的滞后能，而生热不大，且片层状粘土对裂纹扩展有较强的阻碍作用；加入白炭黑的胶料，其滞后能不变，由于白炭黑的粒径小于炭黑，抗裂纹能力提高；由于淀粉的粒径是微米级的，且加入淀粉的材料交联密度较高，受到外界能量较大，因此其抗疲劳破坏性能降低。为了进一步明确填料粒径和结构度对疲劳破坏性能的影响，我们采用三种不同牌号的白炭黑等量替代5phr炭黑N234，结果表明：在30-100%应变范围内，相同应变下，加入白炭黑后疲劳寿命提高。从能量的角度上看，相同能量下，加入VN3的胶料抗裂纹能力强于纯炭黑胶料，因为VN3的粒径小于N234；加入Z142和T383的胶料抗裂纹能力弱于纯炭黑胶料，这是因为聚集体大易产生缺陷的缘故。此外，交联密度越小受到的能量越小，越有利于疲劳破坏性能。研究了球形填料的作用机理后，我们着眼于对纤维状填料——碳纳米管的研究。分别用1、2、3、4份碳纳米管等量替代炭黑N234，发现在相同应变下，随碳纳米管用量增加，材料疲劳寿命降低，裂纹扩展速率增加。原因是碳纳米管长径比较大，导致材料的填料网络结构增强，定伸增加的缘故。撕裂能与疲劳裂纹扩展速率的关系表明：撕裂能较高时，碳纳米管的用量对材料的裂纹增长速率影响不大。碳纳米管等量替代炭黑加入复合材料后疲劳性能降低的原因主要是材料滞后能高的缘故。若采用非等量替代在保证定伸和滞后与纯炭黑胶料一致的情况下，碳纳米管阻断裂纹增长的能力可能会更好的体现，从而提高材料的疲劳性能。分别用1、2、3份碳纳米管替代4、8、12份炭黑N234，结果表明：在30%-70%应变下，与纯炭黑胶料相比，加入碳纳米管的胶料疲劳寿命提高，裂纹增长速率降低，在70%-100%应变下，疲劳寿命降低，裂纹增长速率提高。原因是碳纳米管的加入提高了滞后能，使得小应变下分担外界能量而在大应变下造成生热提高降解加速。此外，我们还发现对于炭黑/丁苯橡胶复合材料，1份碳纳米管和4份炭黑N234对疲劳破坏性能的贡献基本相同。撕裂能与疲劳裂纹扩展速率的关系也证明了这点。