橡膠在反復多次變形的條件下所產生的老化現象，叫做疲勞老化。橡膠的疲勞老化通常是由機械力、氧化和臭氧化三種因素共同作用而產生的。橡膠的疲勞老化，其實質是應力-化學變化過程。

橡膠產生疲勞老化的原因分析：

1）在機械力的作用下產生機械裂解反應。由于高分子聚合物的粘滯性，使橡膠在變形周期內，其松弛過程來不及完成，接著又進入到下一個變形周期，致使橡膠內部變形殘留應力不斷增加。當應力梯度較大時，便會出現分子鏈直接斷裂而生成自由基，由此而引發橡膠分子的氧化鏈反應。

2）在機械力的作用下，產生機械活化的氧化裂解反應。橡膠在反復變形時，其機械應力會使橡膠分子鏈中的原子價力減弱，因此降低了它的氧化反應活化能。于是，加速了橡膠分子的氧化裂解反應。氧化活化能的降低，就是在疲勞過程中，機械能轉化為化學能過程的結束。

3）在機械力的作用下，橡膠內部生熱加速了氧化反應。橡膠在反復變形時，產生滯后現象，引起內耗，從而使橡膠內部生熱，于是加速了橡膠的氧化鏈反應。

4）在疲勞過程中，加速了橡膠的臭氧龜裂。橡膠在周期性變形的疲勞老化過程中，伴隨著出現臭氧龜裂現象，此現象在高溫條件下則更為顯著。如高速行駛的汽車輪胎，其表面產生的龜裂，就是在疲勞過程中發生臭氧老化的結果。

對于橡膠疲勞老化的防護，是在膠料中加入一種屈撓-龜裂抑制劑，其主要作用是提高橡膠在其疲勞過程中結構變化的穩定性，特別是在高溫條件下，這種抑制劑能夠減緩應力活化所產生的氧化反應和臭氧化反應。有效的抑制劑大多是一些酮和芳胺的縮合物（如防老化劑AW、BLE等）和對苯二胺類的防老劑。在膠料配方設計時，也常采用抗氧劑和抗臭氧劑并用，這也會對疲勞老化的防護產生良好的效果。