第三章橡胶的配方设计.docx
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第三章橡胶的配方设计
第三章橡胶的配方设计
橡胶配方与硫化胶物理机械性能的关系
橡胶配方设计的目的：
a.提高性能和赋予产品新的性能：
橡胶制品的功能要求各有差异，通过配方设计来达到不同的目的。
b.提高耐久性：
提高耐磨耗、耐屈挠疲劳、耐老化、耐天侯性等。
耐久性也随橡胶制品的不同而各有差异，氧、热和应力等几种外来因素错综复杂，相互牵连。
为了谋求提高橡胶制品的抗老化寿命，正确了解长期使用制品的老化状态以及开发加速再现这种老化状态的评价方法十分重要。
c.降低生产成本：
降低生产成本要考虑包括原材料成本和加工成本在内的总成本。
例如改善未硫化胶粘度、挤出膨胀、焦烧性、硫化速度等，能大幅度降低加工成本。
如何取得加工性能和制品性能的平衡也是配方设计者的重要使命。
d.适应环保要求和使用寿命评价：
适应环保要求仍然是今后最重要的研究课题。
例如，降低滚动阻力等提高轮胎性能与减少汽车燃料消耗，降低CO2排放量有关。
提高耐久性，延长制品使用寿命对节省资源和节约能源有利。
废弃物的再利用和原材料的安全性也是重要的研究课题。
3.1.1配合体系与拉伸强度的关系
拉伸强度是表征制品能够抵抗拉伸破坏的能力，是评价硫化胶性能最重要的依据之一。
（1）橡胶的拉伸破坏理论
橡胶制品一般是在错综复杂使用条件下，承受各种应力作用产生各种形变。
材料的破坏是一种极为复杂的力学现象。
橡胶的拉伸断裂破坏理论主要有分子理论（Taylor理论）和裂缝理论（Griffith理论）两种。
Taylor从微观结构出发，认为材料的断裂在微观上必然有原子间键的断裂，即主价键的断裂，对橡胶来讲，主要取决于受力方向上的分子链段。
随着近代测试技术的发展已能直接观测到共价键断裂这样的微观过程。
它大致分为三个阶段：
第一阶段由于结构的不均匀性，使负载分布不均匀，结果在一些共价键上应力集中，形成局部断裂点；第二阶段是在集中了应力的共价键上，由于热涨落而断裂，同时生成微裂缝；第三阶段是初始微裂缝聚集成大的主裂缝，从而引起最终的断裂。
Griffith强度理论认为，由于在材料的表面和结构中存在着某些缺陷（如表面划痕、微孔、气泡、内部杂质等），这些缺陷很容易造成空穴和裂缝，使应力局部集中于裂缝的尖端处，当达到和超出某一临界条件时，裂缝便失去稳定性而发生扩展，最终引起材料的断裂。
研究高聚物断裂强度的结果表明，大分子链的主价键，分子间力（次价键）以及高分子链的柔性是决定高聚物拉伸强度的内在因素。
（2）拉伸强度与橡胶结构的关系
分子间作用力的影响：
一般分子间作用力越大，拉伸强度越高。
当主链上有极性取代基时，分子键次价键力大大提高，拉伸强度高。
例如CR、PU均有较高的强度，NBR随丙烯腈含量的增加，分子间作用力的增大，拉伸强度也随之增大。
当主链上有芳基存在时，如主链上有芳环的PU橡胶，因分子间的范德华力大大增加，主链刚性增加，因而拉伸强度大大增加。
分子量的影响：
随着分子量的增大，分子间的范德华力增大，链段不易滑移，因此拉伸强度一般随分子量的增大而增大，但当分子量增加到一定程度时，拉伸强度趋于一极限值，说明分子量对强度的影响有一定限度。
微观结构的影响：
在聚合过程中产生的支链会使大分子排列不规整，或聚合过程中生成的凝胶颗粒破坏了橡胶分子的规整性，使橡胶的拉伸强度降低。
因此必须严格控制合成橡胶中凝胶的含量。
结晶的影响：
一般随结晶度的增加，拉伸强度提高。
由于结晶度提高，晶体中分子链排列紧密有序，孔隙率低，分子间作用力增强，使得链段运动较为困难。
对于结晶型橡胶，当被拉伸时，能诱发橡胶结晶，使得分子间作用力增强并能阻止裂口的增长，从而拉伸强度增大，即自补强作用。
（3）拉伸强度与硫化体系的关系
交联密度的影响：
随着交联密度的增加，拉伸强度一般会增大并出现一个极大值，后随着交联密度的进一步增加，拉伸强度下降。
拉伸强度出现极大值可能是因为交联度适度时，分子链易于定向排列，且单位面积上承载的网链数随交联度增加而增多，拉伸强度随之上升；而交联密度过高时，网链不能均匀承载，易集中于局部网链上，使有效网链数减少。
这种承载的不均匀性随交联密度增加而加剧，同时增加交联密度则阻碍了橡胶分子链的定向排列或结晶，因此拉伸强度随之下降。
一般为了获得较高的拉伸强度，必须适当选择交联剂的用量，以控制交联密度。
交联键类型的影响：
对于硫黄/促进剂硫化体系所用的硫黄与促进剂的配比可分为普通硫化（CV）、半有效硫化（Semi-EV）和有效硫化（EV）体系，分别形成多硫键、低硫键为主的交联键。
一般硫化胶的拉伸强度随交联键能的增加而减小，多硫键为主的硫化胶具有较高的拉伸强度。
因为多硫键在受到外力的作用，其中的弱键能起到释放应力的作用，减轻应力集中的程度，使交联网能均匀地承受较大的应力，即应力疏导效应。
对于能产生拉伸结晶的橡胶，交联键的早期断裂，还有利于主链的定向结晶，这就使具有弱键的硫化胶具有较高的拉伸强度。
其次断裂的多硫键还能够重新结合，具有互换重排效应。
（4）拉伸强度与填充体系的关系
硫化胶的基本物理机械化学性能与填料的品种和用量密切相关。
而且填料对某些性能的影响是相互矛盾的，例如，在一定用量范围内，填料粒径小，表面活性大，硫化胶的拉伸强度会升高，但扯断伸长率、永久变形、耐热性则较差。
因此，各性能达到综合平衡尤为重要。
填充剂对橡胶的补强作用与填充剂的粒径、表面活性、结构性有关。
试验结果表明：
粒径越小，表面活性越大，结构性越高，对橡胶的补强的效果越好。
对于非结晶橡胶，硫化胶的拉伸强度随填充剂的用量增加而增大，达到最大值后，然后下降。
填料的粒径小，表面活性大，达到最佳用量性能相对较少，加入增塑剂，活性填料的最佳用量则要增加。
炭黑和白炭黑是橡胶工业中最重要的补强剂。
其他任何非补强材料，如陶土、滑石粉、CaCO3等，在橡胶中主要起填充作用，降低胶料的成本。
（5）拉伸强度与增塑体系的关系
一般来说，增塑剂的加入将损失拉伸强度，相比之下，高粘度的增塑剂对拉伸强度的影响不明显。
不同种类的增塑剂对胶种有选择性，比如芳烃油在SBR中效果较好，环烷油对EPDM较好，极性增塑剂适合极性橡胶。
增塑剂的使用与填充体系的选择应该同时考虑。
例如，对于炭黑等补强剂大量填充的橡胶，适量的增塑剂还有可能引起硫化胶的应力疏导效应，从而有可能提高硫化胶的拉伸强度和伸长率。
3.1.2配合体系与撕裂强度的关系
橡胶的撕裂是由于材料中的裂纹或裂口受力时迅速扩大开裂而导致破坏的现象。
橡胶的撕裂一般是沿着分子链数目最少，即阻力最小的途径发展。
因此，裂口的发展途径是选择内部结构较弱的路线进行的。
撕裂能定义为每单位厚度的试样产生单位裂口所需要的能量，它能有效表征撕裂强度的大小。
撕裂能包括材料表面能、塑性流动耗散的能量以及不可逆弹性过程所耗散的能量，所有这些能量的变化都正比于裂口长度的增加。
常温下NR和CR的撕裂强度较高，这是由于产生诱导结晶后使应变能大大提高。
但是它们在高温下的撕裂强度明显降低。
炭黑填充的IIR胶料，由于内耗较大而具有较高的撕裂强度，特别是高温下撕裂强度较高。
常硫体系硫化的硫化胶，多硫键为主，具有较高的撕裂强度。
随着交联密度的增加，撕裂强度一般会出现一个极大值。
交联密度的进一步增加，扯断伸长率、滞后损失、撕裂强度下降。
橡胶的拉伸强度和撕裂强度之间没有直接关系，但撕裂强度随扯断伸长率和滞后损失的增大而增加，随定伸应力和硬度的增加而下降。
各种合成橡胶用炭黑补强时，撕裂强度明显改善。
某些偶联剂改性的无机填料也能显着改善橡胶的撕裂强度。
炭黑的粒径也是影响撕裂强度的因素之一，随炭黑粒径的减小，撕裂强度增加。
在粒径相同的情况下，能赋予硫化胶高伸长率的炭黑，亦即结构化程度较低的炭黑对撕裂强度的提高有利。
与填充各向异性的填料如陶土、碳酸镁等的硫化胶相比，填充各向同性的补强填料如炭黑、白炭黑的硫化胶具有较高的撕裂强度。
3.1.3配合体系与定伸应力和硬度的关系
硫化胶的定伸应力和硬度都是抵抗外力不变形的能力，分别与拉伸形变和压缩形变有关。
高聚物强度理论认为，炭黑填充的硫化橡胶网络，主要由化学交联链组、大分子物理缠结链组和炭黑与高分子链由于物理化学作用相互结合而产生的结合橡胶三部分所组成，即交联密度、体系粘度和分子间作用力。
凡是能提高上述三方面的因素，都将使硫化胶的定伸应力和硬度提高。
（1）定伸应力与橡胶分子结构的关系
分子量和分子量分布是影响胶料物理性能的重要参数，随着分子量增加，胶料的许多物理机械性能包括定伸应力和硬度都将提高。
根据Flory的硫化胶网络结构理论，分子量对各种性能的影响主要表现在末端效应，大分子网络中的游离末端对硫化胶的力学性能不作贡献，且对弹性起到一定的阻碍作用，游离末端数随分子量的增大而减小，所以分子量增加，硫化胶的定伸应力和硬度也随之增大。
随着分子量的分布的加宽，胶料的定伸应力、硬度、拉伸强度、回弹性和耐磨性都下降。
分子化学结构与定伸应力的关系主要受分子链刚性和分子间作用力的影响较为显着。
某些极性橡胶，分子间的作用力较大，适合制作高定伸制品。
非极性NR的定伸应力也较高，主要是由于NR在拉伸时会产生结晶，结晶所形成的物理结点提高了交联网的完整性，使定伸应力提高。
（2）硫化体系与定伸应力的关系
随交联密度增加，硫化胶的定伸应力和硬度也随之增加。
交联键的类型对定伸应力和硬度也有一定的影响，C-C交联键比多硫交联键键能大，且多硫键应力松弛倾向大，多硫键为主的硫化胶表现为定伸应力较低。
活性高的促进剂，其硫化胶的定伸应力也高。
噻唑类或次磺酰胺类促进剂并用秋兰姆类或胍类促进剂，对提高定伸应力作用明显。
由于秋兰姆类或胍类促进剂的加入，胶料的硫化速度加快，定伸应力也增大，这是提高定伸应力常用的方法之一。
（3）定伸应力与填充体系的关系
填充剂的品种和用量是影响硫化胶定伸应力和硬度的主要因素，影响程度比交联密度和橡胶的结构要大得多。
一般说来，随着粒径小、活性大、结构性高的填料用量的增加，硫化胶的定伸应力和硬度也随之提高。
炭黑的结构度对硫化胶定伸应力的影响较为显着。
结构性高、补强性高的炭黑如中超耐磨炭黑及高耐磨炭黑能有效的提高硫化胶的定伸应力和硬度。
同时为获得高硬度的制品应尽量少用软化剂。
橡胶的硬度是硫化胶最基本的物理性能之一，决定硫化橡胶硬度的主要因素为填充剂和软化剂的种类和用量，并与生胶的种类和牌号、交联密度有关。
填充剂的加入量越大，补强性越明显，硫化胶的硬度越高。
在实际配方设计时，当已确定主体材料、硫化体系，根据不同填料对橡胶的补强效果和软化剂的软化效果来估计。
通常将非填充橡胶的基本硬度，加上填充剂增加的硬度减去增塑剂降低的硬度，来估计硫化胶最终的硬度。
或者反过来，根据所要求的硫化胶的硬度估算填料和增塑剂的用量。
硫化胶硬度（预计）＝纯胶的基本硬度+填料份数×每增加1份填料的硬度的变化值
-增塑剂份数×每增加1份增塑剂的硬度的变化值
这是非常粗略的方法，只有ShoreA硬度在40～75范围内的较为适用。
因为原材料的产地、品种和牌号或原材料批次的变化都将对硫化胶的硬度造成不少的波动。
对于低硬度或高硬度的硫化胶，依赖增加填料提高硬度或增加增塑剂降低硬度的效果不明显。
3.1.4配合体系与耐磨耗性的关系
橡胶的磨耗是个比较复杂的力学过程，影响因素也很多。
橡胶的磨耗有如下三种形式：
一是磨损磨耗：
橡胶以较高的摩擦系数与粗糙表面相接触时，摩擦表面上的尖锐粒子不断的切割、扯断橡胶表面层的结果。
二是卷曲磨耗：
橡胶与光滑的表面接触时，由于摩擦力的作用使橡胶撕裂，撕裂的橡胶小片成卷的脱落。
三是疲劳磨耗：
橡胶表面层在周期应力作用下产生的表面疲劳而带来的磨损。
橡胶的耐磨性从本质上说取决于它的强度、弹性、滞后性质、疲劳性和摩擦性等。
拉伸强度是决定橡胶耐磨性的重要性能之一。
通常，耐磨性随拉伸强度提高而增强，特别是在粗糙的橡胶表面上摩擦时，耐磨性主要取决于强度值。
定伸应力对耐磨性的影响视不同的磨耗形式而异，就磨损磨耗和卷曲磨耗而言，提高定伸应力对耐磨性的影响有利，但对疲劳磨耗则有不利影响。
同时，增加橡胶的弹性也会使耐磨耗性提高。
Tg低的橡胶的耐磨性好，橡胶的耐磨性随其Tg的降低而提高，如BR。
当生胶分子结构中有共轭体系存在时，可使橡胶的耐磨性提高，如SBR。
PU由于其主链有较强的极性，并含有较多的苯环，因此在常温下，它的机械强度和耐磨性在所有的橡胶中是最好的。
但是它的耐热性能差，在提高温度时它的耐磨性将急剧下降并且它的生热大，对制造高速制品不利。
CR和NR的机械强度高，也有较好的耐磨性。
填充补强剂的品种、用量和分散程度对橡胶的耐磨性都有很大的影响。
耐磨性与结合胶的含量有直接关系，凡是能够使结合胶增加的因素，均对耐磨性有利。
所以，硫化胶的耐磨耗性随炭黑粒径减小、表面活性和分散性的增加而提高，而且有一合适的用量。
炭黑的分散性对胶料的磨耗性影响最大。
在苛刻的条件下，炭黑的结构性影响显着。
偶联剂处理过的填料有利于提高耐磨性。
耐磨耗性好的硫化胶，一般硫化胶的拉伸强度和撕裂强度均较好。
适量加入有自润滑作用的填料，如云母、聚四氟乙烯粉末，也有利于提高硫化胶的耐磨耗性能。
随交联密度的增加，耐磨性有一个最佳值。
轮胎实际使用实验证明，使硫化胶含较多单硫键可提高轮胎在光滑路面上的耐磨性。
使用合适的防老剂可以提高耐磨性，特别是在疲劳磨耗的条件下尤为重要。
较有效的防老剂有4010、4010NA、4020等。
橡胶的摩擦与磨耗
橡胶已被大量用于汽车轮胎、胶带、胶辊、密封件、胶鞋等制品受摩擦和磨耗的部位。
橡胶的摩擦和磨耗确保了汽车和机械等设备的性能，而且与安全性、经济性等问题有着密切关系。
产生摩擦的地方必然伴随着磨耗，而该现象一般比较复杂，受多种因素支配。
因此，关于摩擦还有许多方面没有统一的解释。
但人们对摩擦学（有关摩擦、磨耗、润滑的学问）和摩擦磨耗体系的理解在不断加深。
橡胶的摩擦系数一般比金属大，通过填充炭黑提高其强度和弹性模量，因此，其耐磨耗性也得到提高。
此外，橡胶的导热系数比金属材料小，表现出粘弹性性能，因此，当温度稍有变化时其机械性能就会显着改变。
再者，与金属相比，橡胶容易产生老化现象。
对摩擦系数出现峰值的问题有几种解释，其中最简单的解释就是接触面积A和剪切强度S随滑动速度v而变化，摩擦力F取决于A和S的乘积（见图4），并由此出现摩擦系数峰值。
橡胶的磨耗形态橡胶的磨耗形态可分为以下几种类型：
（1）磨蚀磨耗（abrasivewear）：
硬而尖的突起部刮擦橡胶表面产生的磨耗。
（2）附着磨耗（adhesivewear）：
橡胶表面与平滑面摩擦产生的磨耗。
（3）疲劳磨耗（fatiguewear）：
由橡胶表面疲劳引起的磨耗。
（4）卷曲磨耗（wearbyrollformation）：
产生卷曲状磨耗粉的磨耗。
（5）油污磨耗（oilywear）：
摩擦面被由摩擦产生的低分子量橡胶所覆盖，与相对的另一面发生相互移动的磨耗，表现出低磨耗率的磨耗。
（6）图纹磨耗（patternwear）：
橡胶表面一边生成磨损图纹，一边进行磨耗的一种磨耗形态。
橡胶在磨蚀磨耗和疲劳磨耗中也产生这种磨耗。
磨耗形态大致就分为以上六种，对橡胶来说，在磨蚀磨耗
（1）中往往会产生上述（4）以及（6），几种磨耗复合的情况。
图：
磨耗与温度的关系
3.1.5配合体系与疲劳破坏的关系
当橡胶受到反复交变应力（或应变）作用时，材料的结构或性能发生变化的现象叫疲劳。
随着疲劳过程的进行，导致材料破坏的现象称为疲劳破坏。
疲劳破坏的机理可能包括热降解、氧化、臭氧侵蚀以及通过裂纹扩展等方式破坏。
疲劳破坏实际是一种力学和力化学的综合过程。
橡胶在反复形变下，材料中产生的应力松弛在形变周期内来不及完成，结果内部产生的应力不能均匀分散，可能集中在某缺陷处，从而引起断裂破坏。
此外，由于橡胶是一种粘弹性高聚物，它的形变包括可逆形变和不可逆形变，在周期形变中不可逆形变产生滞后损失，这部分能量转化为热能，是材料内部温度升高，材料的强度随温度上升而下降，从而导致橡胶的疲劳寿命缩短。
总之，橡胶的疲劳破坏不单是力学疲劳破坏，往往也伴随着热疲劳破坏。
在低应变条件下，Tg越低，耐疲劳破坏性越好，如BR和NR；在高应变条件下，具有拉伸结晶的橡胶耐疲劳破坏性较高，如CR和NR。
这是因为在低应变条件下，橡胶的应力松弛机能占主导地位，而在高应变区域，具有拉伸结晶的橡胶内部结晶，阻碍了微破坏扩展的因素占主导地位。
常温下以形成多硫键的硫化胶的耐疲劳破坏寿命最长。
在负荷一定的疲劳条件下，随交联密度的增加，硫化胶的耐疲劳性有一个最佳值。
所以对于二烯类橡胶，在选用耐疲劳寿命长的配方时，硫化体系一般可用MBT、MBTS作主促进剂，DPG作辅助促进剂，硫黄用量适当。
补强性好的炭黑结构性较高，耐疲劳破坏较差。
对橡胶稀释作用小的软化剂能增强橡胶分子的松弛特性，从而提高耐疲劳性。
以不饱和橡胶为主体的硫化胶，在空气中的耐疲劳破坏性比在真空中低，这说明氧化作用能加速疲劳破坏。
为了提高耐疲劳性，应选用芳基、烷基和二烷基对苯二胺类防老剂等耐疲劳防老剂。
滞后损失
橡胶试片在往复循环作用力下变形时，即使往复速度相等，但应力－应变曲线并不重合（如图1）。
图中OA为拉伸曲线，AC为回缩曲线。
OAB所涵盖的面积代表试片伸长时外力对它所做的机械功；而CAB所涵盖的面积则代表试片回缩时所做的功。
以上两个面积之差（OAB－CAB即斜线阴影部分）表示试片在一个往复周期中所损失并转化为热量的机械功，这种现象被称为“滞后损失”。
滞后损失若发生在轮胎，或在往复作用力下使用的其他橡胶制品上时，也同样会出现升温发热。
由此可见，橡胶在周期性的动态受力条件下都会导致生热，并影响产品的使用寿命（使用温度越高，使用寿命越短）。
当橡胶受到上述往复外力作用时，为了达到变形，势必受到分子间的粘阻力所阻挡，并导致应变滞后于应力。
为获得优良的动态性能，应最大限度地缩小滞后损失。
但是，这种生热程度除了取决于周期力的频率外，还受到配方的影响。
也就是说，在同样的动态条件下，由于配合设计上的差异，所产生的滞后损失也不相等。
添加有助于降低分子内摩擦或增加分子间润滑能力的配合剂（如软化剂、增塑剂）都有助于减少滞后损失。
以上叙述侧重于从负面角度来衡量“滞后损失”。
滞后损失对部分橡胶制品的使用的确带来不利。
但是，在某些产品中“滞后损失”恰恰是刻意谋求的关键性能。
例如，橡胶的阻尼特性就和滞后损失密切相关，一个胶种的滞后损失越大，则阻尼性也越好，对机械能或声能的阻隔效果也越好。
因此，供防震、隔音、消音等用途的橡胶制品在胶种上往往首选滞后损失最大的丁基橡胶。
炭黑补强NR硫化胶疲劳破坏特性的研究
动态疲劳破坏历程
断裂力学认为，所谓疲劳破坏指的是疲劳过程中材料内部潜在的某些缺陷由于应力集中逐渐形成裂纹，并不断扩展直至断裂的现象。
有关橡胶材料的疲劳破坏主要存在两种观点，即唯象理论和分子运动论。
唯象理论认为，橡胶材料的破坏主要是由于外力作用下橡胶内部的缺陷或微裂纹引发的裂纹不断传播和扩展导致的；裂纹的传播方式和扩展速度受橡胶材料本身的粘弹性控制，因而表现出很强的时间/温度依赖性。
分子运动论则认为，橡胶材料的疲劳破坏归因于材料分子链上化学键的断裂，即试样在周期性应力/应变作用下，应力不断地集中于化学键能比较弱的部位而产生微裂纹，继而发展成为裂纹并随着时间的推移而逐步扩展，直至材料发生宏观破坏。
裂纹发展是分子网链连续断裂的粘弹性非平衡过程，该过程包括随时间延长分子网链连续不可逆断裂以及裂纹尖端处和其附近与分子运动有关的塑性变形。
分子网链的断裂能以热的形式散发掉，这一微观过程的宏观表现是动态疲劳过程中裂纹穿过试样不断扩展，直至试样断裂。
尽管这两种基本观点的出发角度不同，但却存在一个共同点，即疲劳破坏都源于外加因素作用下，橡胶材料内部的微观缺陷或薄弱处的逐渐破坏。
疲劳裂纹增长是机械作用和化学反应累积到一定程度产生的，即疲劳过程中各种物理和化学因素共同作用导致分子网链断裂以及加速材料的疲劳老化过程。
动态疲劳过程大致分3个阶段：
第1阶段，应力发生急剧变化，出现应力软化现象；
第2阶段，应力变化缓慢，材料表面或内部产生损伤（破坏核）；
第3阶段，损伤引发裂纹并连续扩展，直至断裂破坏，这是材料疲劳破坏的关键阶段。
拉断形变能密度反映硫化胶的抗拉断性能，拉断形变能密度大，硫化胶的抗拉断性能好。
硫化胶的拉断形变能密度的测试方法是：
先将试样进行一定时间的拉伸疲劳试验，再将试样在电子拉力机上拉伸至断裂并测得应力-应变曲线，对曲线下的面积积分即得试样的拉断形变能密度。
3种炭黑补强硫化胶拉断形变能密度与疲劳时间的关系如图1所示（拉伸比λ为）。
疲劳寿命曲线也称S-N曲线，S代表拉伸比、应力或应变，N为疲劳寿命。
3种炭黑补强硫化胶的S-N曲线如图2所示。
影响NR疲劳寿命的因素
硫化体系的影响含硫黄硫化体系是NR的主要硫化体系之一，也是应用最为广泛的硫化体系。
NR发生交联反应后的疲劳寿命、结晶能力、表面摩擦系数和力学松弛等物理力学性能与其交联类型有很大关系，硫黄和促进剂的用量则决定了硫化胶的交联密度和交联类型。
一般来说，在普通硫化体系、半有效硫化体系、有效硫化体系三者中，多硫键占大多数的普通硫化体系抗疲劳性能最好，单硫键占大多数的有效硫化体系抗疲劳性能最差，但具体分析起来往往比较复杂。
就完好的样品而言，含普通硫化体系的硫化橡胶的疲劳寿命比含有效和半有效硫化体系的长，而有效硫化体系的疲劳寿命最短。
对于有预制裂纹的样品来说，含普通硫化体系的硫化橡胶的疲劳寿命要短于有效和半有效硫化体系硫化胶。
补强体系的影响炭黑是NR最重要的补强性填料，不同炭黑补强的NR胶料的疲劳断裂性能表现出不同的破坏形态，用高耐磨炭黑（HAF）补强的胶料潜在缺陷比较大，但其裂纹的增长速度较慢；超耐磨炭黑（SAF）补强的胶料潜在缺陷较小，但其裂纹的增长速度较快；中超耐磨炭黑（ISAF）补强的胶料潜在缺陷和裂纹增长速度均居中。
另一方面，炭黑粒径越细，结构越高，硫化胶动态生热越大；反之，粒径越粗，结构度越低，硫化胶动态生热越小；而生热量的大小对NR的老化影响很大。
在硅烷偶联剂Si69存在的情况下，含白炭黑填充的NR的橡胶与填充剂之间的相互作用得到改善，且力学性能如拉伸强度、撕裂强度、疲劳寿命和硬度都得到了提高。
这是因为白炭黑是一种补强填料，颗粒尺寸较小。
颗粒尺寸越小其表面积就越大，填料与橡胶母体之间的相互作用就越强，在有Si69的情况下这种相互作用进一步增强。
环境的影响工作环境对橡胶的疲劳性能也有着一定的影响。
相对于空气环境而言，橡胶的疲劳寿命在惰性气体（氮气）中有一定的提高，而在蒸馏水中无明显变化。
空气氛围对橡胶疲劳裂纹增长的影响也比较显着，一般惰性环境（如氮气）使疲劳裂纹增长速度下降，氧和臭氧使疲劳裂纹增长加速。
与氧的影响相比，臭氧裂纹可在更低的应力下发生，×10-6的臭氧浓度可以使疲劳裂纹增长速率增加40%～80%。
与空气氛围相比在水浸入的情况下NR的裂纹增长速率下降50%～70%。
操作温度对橡胶疲劳破坏性能的影响则相当复杂，因为疲劳过程中同时发生了不可逆的化学变化（如降解）。
另外高温还会影响到材料的模量和拉断伸长率。
在多数试验中，NR的疲劳寿命随温度的升高而降低。
力学载荷过程的影响橡胶动态疲劳过程中所加周期载荷的过程不同，其疲劳寿命也不同。
对NR胶料的研究表明，最小应变及载荷比R（R为最小载荷与最大载荷之比）增大时，尽管能量输入降低，但样品的疲劳寿命却增加；当R为负值时，尤其是R=-1时，此时为对称拉伸/压缩周期载荷，即使是采用最低的载荷，疲劳裂纹都会增大，且结晶不会发生，因为在其压缩阶段发生结晶回复；在高载荷比（R=）的情况下，在裂缝尖端处由于应变伸长或钝化效应引起橡胶结晶，阻碍了裂纹增长。
对于任意载荷和复合载荷情况就更复杂了，在压缩/压缩、拉伸/拉伸任意周期载荷情况下，应力幅值
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