橡胶的热氧加速老化试验及寿命预测方法_胡文军.pdf

620 橡 　胶 　工 　业 2004 年第 5 1 卷 橡胶的热氧加速老化试验及寿命预测方法 1 ,2 1 2 胡文军 ,刘 占芳 ,陈勇梅 1. 重庆大学 资源与环境科学学院 ,重庆 　400442 ;2 . 中国工程物理研究院 结构力学研究所 , 四川 绵阳　62 1900 摘要 :简介橡胶的热氧加速老化试验和寿命预测方法 。采用加速老化试验预测橡胶寿命的理论基础是时温等效 原理和扩散限制氧化 DL O 模型 ;时间温度叠加的理论模型常用系列试验曲线求解 Arrhenius 活化能 ,确定平移因子 α ,通过平移试验曲线得到任一温度下橡胶的寿命 ;扩散限制氧化模型通过一系列试验确定橡胶中氧气的浓度与橡 T 胶模量的关系 ,再通过测定橡胶中氧气的浓度预测橡胶的寿命 。 关键词 :橡胶 ;热氧加速老化 ;寿命预测 ;时温等效 ;扩散限制氧化 + 中图分类号 : TQ330 . 1 4 　　文献标识码 :B 　　文章编号 :1000890X 2004自19 世纪发现橡胶在使用过程中有老化变 大 ,误差来源于加速老化与常态老化机理不同 ,高 质现象以来 ,人们一直在寻找能在实验室里研究 分子材料的老化过程实质上是一个随机过程 ,按 橡胶加速老化变质规律的方法 ,普遍认为氧气的 照这种理论得到了高分子材料老化引起的失效分 作用是引起橡胶老化的原因 , 因此可以用吸氧量 布函数 。这些研究对实际工作有重要的意义 。 来表征橡胶老化的程度和速度 ,建立氧气消耗速 本文主要介绍橡胶的热氧加速老化试验及寿 率与橡胶物理性能变化的关系[ 1 ] 。李咏今[2 ] 详 命预测方法 ,并对橡胶老化研究中存在的一些潜 细研究了硫化胶热氧老化时的物理性能变化规 在技术问题和提高寿命预测置信度的方法进行 律 ,得到了性能变化与老化时间、性能变化与温度 讨论 。 及性能变化 、老化时间、温度三者之间的关系 。还 有许多研究者[3～6 ] 根据材料不同的使用环境进 1 　橡胶老化的原因及对性能的影响 行了加速老化试验 ,评估老化对橡胶一些关键性 引起橡胶老化的内因有 :高分子材料本身结 能的影响 , 以解决使用中的具体问题 。美国能源 构上的弱点 ,如化学组成 高分子链的组成元素 、 分子链结构 分子链的长度 、构象及有机基团在链 部 DO E 为了评估轻水反应堆核电站中电缆的使 上的分布 、物理结构 结晶性 、玻璃化温度及卷曲 用寿命 ,资助圣地亚国家实验室 SNL 完成了一 系列电缆用橡胶的加速老化试验及理论预测 ,得 程度 ;加工后高聚物中产生的新弱点 高分子链 到了温度 、辐照通量 、时间与橡胶物理性能的关 断裂及氧化等 ;添加剂如抗氧剂 、增塑剂 、交联剂 系[7 ] 。圣地亚科学家为评估核武器用 EPDM 密 及有机溶剂等对材料的影响 。外因主要有 :气候 环境 氧气和臭氧的作用 ,气温和相对湿度的影 封材料的寿命 ,采用不同温度下压缩应力松弛试 响 和成型加工条件 模压 、挤出等 。由于加工工 验和扩散限制氧化 DL O 的方法 ,对 EPDM 密封 艺和环境的不同 , 同种橡胶加工成型后的老化性 材料的密封性能进行了详细研究 ,并预测其寿命 , - 13 - 1 能也有一定的差异 。橡胶制品的用途不同对老化 开发出超敏感性[ 1 ×10 mol ·g ·s ] 的氧气 消耗速度测量技术[ 8 ] 。石拓等[9 ] 研究认为 ,通过 性能的要求也不同。因此橡胶的老化极其复杂 , 研究橡胶的老化必须结合实际使用环境 ,分析影 加速老化试验来预测高分子材料的寿命误差较 响老化的主要因素 、影响机理及程度 。 作者简介 :胡文军 1966 ,男 ,重庆人 ,重庆大学在读硕士研 老化会引起橡胶外观和理化性能的改变 。外 究生 , 中国工程物理研究院高级工程师 ,主要从事高分子材料力 观方面变化包括材料表面硬化 、龟裂或变软 、发 学行为及在工程中应用的研究。 粘 ,材料几何尺寸发生变化 ;理化性能方面变化包 第 10 期 胡文军等 橡胶的热氧加速老化试验及寿命预测方法 62 1 括化学组成和结构 、密度 、硬度 、拉伸性能、压缩性 机理[ 12 ] ,其简化反应过程如下 : 能、蠕变[ 10 ] 、粘弹性[ 11 ] 、电性能等发生变化 。因 Elastomer ri R · 此 ,研究老化对材料性能的影响不可能用同一标 k 2 R ·+ O2 ROO · 准来衡量 ,应根据实际情况选择一些关键指标进 k 3 ROO ·+ RH ROOH + R · 行研究 。 k 4 · · R + R p roduct s k 5 2 　加