橡胶软管的组成
橡胶软管是钢丝编织胶管，一般由内衬层橡胶、钢丝编织层和外覆层橡胶组成，适用于输送具有一定温度和压力的石油基液体、水基液体、气体等以及液体传动。
由于橡胶软管具有优良的耐油、耐热、耐老化性能，且承压能力高，脉冲性能优越，减振等优点，广泛应用于建筑、冶金、交通、电力等行业的机械化、自动化液压系统。
橡胶老化
橡胶作为软管的主要材料，其制品在储存、运输，或加工、使用过程中受到内外因素的综合作用和影响，引起橡胶组成、结构的破坏，使其逐步失去原有的优良性能，甚至丧失使用价值，即为橡胶老化。
"老化"是一种不可逆的化学反应，是所有高分子材料的本身属性，表现为性能劣化、降级。
橡胶的老化机理一般包括热（光）氧老化、臭氧老化、疲劳老化、接触介质老化等，但在实际使用过程中由于受到的影响因素不同，老化机理有所不同。橡胶老化的特征包括：外观、力学性能、物化性质、电气性能等变化。如果橡胶出现上述特征的一项或几项，就说明已发生老化。但其发生老化时，并不一定同时包含上述所有的特征。
研究局限
国内外研究橡胶老化机理、方法和防护措施以及航空软管失效较多，但尚无研究橡胶软管老化及开裂行为的相关文章。
本文将采用超景深三维显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）以及电子万能材料试验机等研究开裂橡胶软管的老化性能与开裂行为。
试验
试验材料为正常工况下使用约6年的承压油管（内衬层为丁腈橡胶，增强层为金属编织层，外覆层为耐磨耐候的氯丁橡胶，管内介质为燃油）。
橡胶断面用离子溅射法喷金处理，半定量分析钢丝断口的元素。
将橡胶软管外覆层和内衬层材料分别制成哑铃状试样，按照GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶 拉伸应力应变性能的测定》进行拉伸强度和断裂伸长率实验。
试验结果与讨论
1 橡胶表面形貌
由图1可知，外覆层橡胶有多处裂纹，周围的橡胶已分解成块状或颗粒状，部分橡胶材料出现裂口，进一步观察裂口部位，外覆层和内衬层橡胶均存在孔洞，如图2所示。
裂纹、脆断和孔洞表明橡胶已老化，老化机理为氧化老化。内部加强层钢丝裸露，表面有锈迹，且部分钢丝已断裂，断口及表面均有锈迹，表明加强钢丝已老化，老化机理为腐蚀。
图1 橡胶软管的表面形貌图
图2 裂口形貌图
由图3和图4可知，内层橡胶已开裂，内、外层橡胶均存在明显的孔洞，且外层橡胶孔洞较多，表明外覆层橡胶的老化程度更严重。
从断口的形貌判断，内衬层橡胶的断口粗糙，外覆层橡胶的断口较光滑、齐平，说明外覆层橡胶脆性较大，同时也造成断裂伸长率降低（后续断裂伸长率试验结果也证明了这一点）。
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图3 内层橡胶断口表面形貌
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图4 外层橡胶断口表面形貌
2 橡胶力学性能
橡胶试样的力学性能随老化变化明显，因此是评价橡胶老化的主要指标。
橡胶性能的老化可用“老化率”表征，“老化率”是试样老化性能变化率的简称，是与原始试样或者留样比较的性能下降百分比，计算公式为：
式中：C——性能下降百分率；
P——原始性能值；
Px——经过曝露阶段x后的性能值。
按照表1所示内、外层橡胶的力学性能参数，计算其老化率，其结果见图5。
表1所示软管橡胶材料的力学性能参考值为一个范围区间，为更为科学、合理地评价软管的老化，在此区间范围均匀取6个点，将此区间划分为5等分，分别计算老化率并作图、分析其趋势，结果显示，随着性能参考值的增加，老化率呈增加趋势，见图5。
图5 内衬层丁腈橡胶与性能参考值对比的老化率
图6 外覆层氯丁橡胶与性能参考值对比的老化率
又图5可见：内衬层丁腈橡胶的拉伸强度和拉断伸长率的老化率分别为91.72%和 64.83%。外覆层氯丁橡胶的拉伸强度和拉断伸长率的老化率为94%和94.70%。因此，软管内外层橡胶材料拉伸强度和拉断伸长率已明显下降，表明软管的内衬层和外覆层材料已严重老化。
3 钢丝的化学成分
检验钢丝的化学成分，其C、S、Si、Mn、P的含量满足GB/T 11182-2006《橡胶软管增强用钢丝》的要求。
4 钢丝断口SEM、EDS分析
由图8可见，断口表面粗糙不平，剪切唇区、放射区和纤维区表面覆盖一层物质，能谱显示表层物质主要是O、Fe元素，表明断口的表面已经腐蚀，钢丝的断裂方式为韧性断裂。
图8 钢丝断口表面形貌及能谱图
5 钢丝抗拉强度
将未发生腐蚀的钢丝抽出，检测其直径以及抗拉强度，达到了标准GB/T 11182-2006《橡胶软管增强用钢丝》中规定的强度。
结论
（1）橡胶软管的内衬层和外覆层橡胶存在裂纹、脆断和孔洞，表明内、外层橡胶均已发生老化；增强层钢丝发生腐蚀，部分钢丝断裂，断口表面已被腐蚀产物所覆盖，断裂方式为韧性断裂。
（2）软管的内衬层和外覆层橡胶材料的拉伸强度和拉断伸长率检测结果显示材料的力学性能已明显下降，老化严重。
（3）未发生腐蚀的钢丝的抗拉强度满足标准强度要求。
（4）综上所述，软管的内衬层和外覆层橡胶均已严重老化，导致性能下降，橡胶存在孔洞或颗粒状分解，影响橡胶的耐油、耐水性，介质及空气可透过橡胶层进入增强层与钢丝发生反应，导致钢丝的性能下降，发生开裂。
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