NBR加速老化试验预测橡胶使用寿命
加速老化试验预测橡胶使用寿命(自己翻译过来的)
加速试验预测橡胶组件的使用寿命（翻译的）摘要：橡胶材料的性能及橡胶组件使用寿命的预测、估算在橡胶组件的设计过程中有着重要的作用。
我们通过加速老化试验和模拟相结合的办法，对橡胶材料在氧气环境中的寿命预测做了很多年的研究。
这篇论文研究了热老化对橡胶性能的影响，同时也对冷冻机用三元乙丙橡胶（EPDM），丁腈橡胶（NBR）橡胶组件的使用寿命进行了预测。
实验结果表明橡胶组分影响着橡胶的交联密度；老化时间及活化能可以很好的用以描述老化行为；通过单轴拉伸试验得到应力应变曲线。
为了预测EPDM，NBR的使用寿命，对这两种橡胶做了50℃到100℃，1天到180天的加速老化试验，并测试了一系列的物理性能试验。
通过阿伦尼乌斯方程进行了计算，并通过压缩永久变形试验，本文提出了一系列方程用以预测橡胶材料使用寿命。
关键词：加速试验，丁腈橡胶，活化能，交联，三元乙丙橡胶，热老化，寿命预测，橡胶材料。
符号缩写：C.S 压缩永久变形；d0 样品的厚度；d1压缩状态下样品厚度；d2 卸载后厚度k 交联密度变化程度；（K）T 反应速率；A，B 常数；E 反应活化能；R 气体常数；T 绝对温度I 前言橡胶是一种最为通用的材料，有着广泛的用途，甚至很难说清它到底有多少用途。
从普通的家用，商用，汽车制造等到高尖端的航天航空工业都有橡胶的身影。
许多橡胶组件在使用中需要承受一定的机械力作用，为了保证橡胶组件的安全性和可靠性，使用寿命的预测估算是一项关键技术。
如何防止橡胶组件在使用过程中损坏是一个关键问题。
橡胶组件在使用过程中承受着一定的载荷，还受到温度，辐射以及一些其它的有害物质的影响。
所有的影响因素结合在一起，导致了橡胶物理及化学结构的改变，最终表现为橡胶机械性能的降低。
橡胶在使用了一段时间后，开始老化，通常表现为挺性增加，阻尼性能下降。
老化不光光影响了性能，同时也影响了组件的使用寿命。
橡胶组件所处环境的不同，使得它们的降解方式也不一样。
橡胶组件的逐步老化降解，不仅与外部因素有关，同时与橡胶基体本身以及橡胶里面的添加剂有关。
橡胶材料加速老化试验与寿命预测方法研究进展
橡胶材料加速老化试验与寿命预测方法研究进展作者：张昱旻来源：《科学与财富》2018年第31期摘要：橡胶材料作为一种高分子材料，通病是易老化，在使用及贮存过程中，其性能会随着时间的增加而逐渐下降，甚至丧失使用性能。
自从20世纪60年代报道了橡胶制品在使用过程中因老化现象而造成了巨大的经济损失后，人们广泛开展了自然老化和加速老化方法研究。
自然条件下橡胶的老化通常需要几年的时间，因此利用加速老化方法以进行橡胶材料的老化性能研究成为一种切实可行的办法。
关键词：橡胶材料；加速老化试验；寿命预测方法；橡胶作为高分子三大合成材料之一，通病是易于老化，在使用及贮存过程中，其性能会随着时间的增加而逐渐下降，甚至丧失使用性能，因此橡胶件是影响装备贮存寿命的薄弱环节。
一、橡胶材料加速老化试验1.橡胶材料加速老化试验方法。
在加速老化试验方法研究方面，人们最为常用的是烘箱加速老化试验、湿热老化试验方法。
曾有人设想利用反应机理和分子结构参数模拟橡胶的贮存和使用条件，直接将计算机作为一个“老化箱”进行老化试验，目前这种方法还存在困难。
1）热空气加速老化试验：橡胶材料在贮存条件下主要是热氧老化，其作用机制是热的作用将加速橡胶材料交联、降解等化学变化，宏观表现出物理机械性能的改变，某些性能与老化时间呈单一变化，如：扯断伸长率、应力松弛系数、压缩永久变形率等。
2）湿热老化试验：湿度会使橡胶试样膨胀，分子链间的空隙增大，暴露出较多的分子弱键，增加分子链的应力；使橡胶中的配合剂易扩散损失，促进含卤素链释放卤化氢；使变价金属起催化活化作用；使含酯、醚、酰胺基团的链发生水解反应；加速臭氧氧化的作用。
2.贮存环境对橡胶老化的影响。
1）温度的影响：橡胶属于高度交联的无定形聚合物，使用环境应保证其处于高弹状态，使用温度须高于玻璃化温度、低于粘流温度及分解温度。
温度升高，高分子链的运动加剧，一旦超过化学键的离解能，就会引起高分子链的热降解或基团脱落，从而使材料的物理性能发生显著改变。
橡胶寿命预测研究方法
橡胶原产于橡胶 树 ， 古时候人们 就从 橡胶 树上取得胶乳 ， 制成 较 准确 的数 学公 式 ㈣如下 ｆＰ） Ｂｅ ｐ－Ｋｔ） （ ＝ ｘ （－ ｔ （） ３ 各 种 简 易 的生 活 用具 ， 盛水 器 等 ； 着 科 学技 术 的发 展 ， 如 随 出现 了 合 成橡 胶 ， 于是 橡胶 就 分 成 两类 ， 产于 橡 胶 树 的 叫 天然 胶 ， 业 合 成 的 工 式 中： ０ 与温度无关的常数 ； 一 Ｂ，一 【 Ｋ 速率常数 ； 时间 ｔ 一 叫合成胶 ， 而合成胶 由于合成原料的不 同 ， 为氯丁橡胶 、 又分 硅橡胶 ２５ 变量 折合 法 ｛Ｉ ． ｉ２ ｉ１ － 等许 多 种 。 由于 橡胶 制 品弹 性 好 ， 度 高 ， 加 工等 特 点 ， 胶 制 品 强 易 橡 变 量 折 合 法 是 一 种 数 学 作 图法 ， 过任 意 两 个 时 间 点 、 度 点 通 温 已广 泛 应 用 于各 个 领 域 ， 比如 民用 、 业 、 工 工程 、 军工 等 。 用在 这 些 的数 据 ， 以计 算 出公 式 ２中的 ｂ值 ， 后 再 将 通 过公 式 将 高 温 的 应 可 然 领域中的橡胶制 品起着密封 、 减震等重要作用 ， 我国早在上世纪九 数据转化成常温的数据 ， 从而得 出寿命 时间。前苏联以将此方法标 十 年代 就 开 始对 橡 胶 密 封制 品生 产 企业 进 行 生 产许 可证 制 度 ， 格 准化作为检验橡胶寿命和性能变化的方法 。 严 要 求企 业 持 续 、 定生 产 质 量 合格 产 品 ， 稳 以保 证 人 们 生命 、 产 的安 财 ２ 数 学模 型 法 ． ６ 数 学模 型法 就是 利 用 不 同 的 理论 建 立 不 同的 数 学模 型 ， 然后 用 全 。然而 ， 作为一种高分子材料 ， 橡胶制品特别易老化 ， 而且老化后 的橡胶将极大的损失其作为优 点的弹性 、 强度等性能。因此了解橡 实验数据来计算寿命的方法 ，目前大多数 的数学模型法 还不成熟 ， 由于 计算 机 的迅 猛 发 展 ， 于 Ｂ 基 Ｐ 胶 的老化机理 ， 确定橡胶制 品的大概使用年限和储存时间 ， 于保 没 有应 用 于 实 际 工 作 中 。近 年 来 ， 对 障人 们 生命 、 财产 安 全 有着 重 要 的 意义 。 人 工神 经 网 络橡 胶 老 化预 报 、 寿命 预测 的技 术 逐渐 兴 起 ㈣。 １橡胶 老 化 的原 因 ： ３对 于 寿命 预 测 方法 的讨 论 第 一 、 胶老 化 的 内 因 。 胶 材 料本 身结 构上 的弱 点 ， 橡 橡 如化 学 组 目前 ， 种 寿命 预 测 方 法 都有 其 局 限性 ， 验 容 易 操 作 的 方 法 ， 每 实 准 因 成（ 高分 子 链 的组 成 元 素 ）分 子 链 结 构 （ 子链 的长 度 、 象 及 有 机 准 确度 差 些 ， 确 度好 的实 验 又 难操 作 ， 此在 实 际 的科 研 工 作 中 ， 、 分 构 基 团 在链 上 的 分布 ）物 理 结 构 （ 晶性 、 璃 化 温 度 及 卷 曲程 度 ） 选择合适 的方法是很重要的。现在 的寿命预测方法 ， 、 结 玻 ； 有两个 比较重 加工 后 橡 胶 中产 生 的新 弱点 （ 高分 子 链 断 裂 及 氧化 等 ）添 加剂 如 抗 要 的 理想 性 假设 ， 是 ， 胶 制 品发 生 的老 化 主 要 以热 氧 老 化 为 主 ， ； 一 橡 二是 ， 橡胶制品所处的环境是理想的 ， 温度 、 氧剂 、 增塑剂 、 交联剂及有机溶剂等对材料的影响 。第 二、 橡胶 老化 其它 的因素忽略不计 ， 的外 因 ： 候 环 境 （ 气 和 臭 氧 的作 用 ， 温 和 相 对 湿 度 的 影 响 ） 气 氧 气 和 湿度等外界因素是恒定 的。所以 ， 现在的寿命预测方法大多数是针 成 型 加 工条 件 （ 压 、 出 等 ）Ｊ 模 挤 Ｉ １ 。 对橡胶制品的储存寿命预测 ， 而不是使用寿命的预测 。不 同的橡胶 科学 家通过对橡胶 自然老化 的研究发现 ， 氧气的作用是橡胶老 制品的使 用环境不 同 ， 如果对使 用寿命进行预测 ， 就必须进行 使用 化 的主 要 因素 ［ ２ １ 是 橡胶 自然 老 化 的周 期 过 长 ， 。但 即使 有研 究结 果 ， 环境 的模 拟 实验 ， 这无 疑 是 一 个 浩 大 的工 程 。因 此 ， 目前 为 止 ， 内 国 对 橡 胶 制 品 的 实 际使 用 也 没 有 意 义 ， 因此 ， 过 加速 老化 的 方 法 对 还 没见 到 橡 胶制 品相 关 的使 用 环境 模 拟 的 数据 报 道 。 通 橡 胶 老 化 性 能进 行 研究 ［１ ３， － 为橡 胶 的 寿命 预测 提 供 了理论 基 础 和 理 ６ 国标 （ ＢＴ ０ ２ — ０５硫 化 橡 胶 或 热 塑性 橡 胶 应 用 阿 累 尼 鸟 （ ／２０ ８ ２ ０ Ｇ 论数 据 。 斯 图 推算 寿 命 和最 高 使 用 温度 》 ，给 出 了在 进 行 寿 命 预测 工 作 时 的 指导 ， 准中明确规定 了临界值应选择原始值的 ５％， 与许多科 标 ０ 这 ２橡胶寿命预测方法 ２１时间——温度叠加的寿命预测模型［ ． １ ］ 研工作中选择临界值为原始值 的 ２ ％是不 同的。 ５ 因为橡胶寿命预测 所 时间——温度叠加 的寿命预测模 型的原理是时温等效原理 ， 即 在实际工作 中影响因素过多 ， 以该国标没有过多的对实验过 程进 高 聚 物 的 同 一 力 学 松 弛 现象 可 以在 较 高 的温 度 、 短 的 时 间 （ 较 行 规 定 ， 是 一个 指 导性 的标 准 ， 为 它 的 理论 基 础 仍 然 是 阿 累尼 较 或 只 因 所 如 高 的作用频率 ） 观察 到 ， 可以在较低 的温度 下 、 长时间 内观察 乌斯 方 程 ， 以它 也 是 一个 理想 化 的标 准 ， 果 用 来计 算 使 用 寿 命 ， 也 较 到 。因此 ， 高温 度 与 延 长观 察 时 间对 分 子运 动 是 等效 的 ， 高 聚 物 必须 考 虑 到使 用 的 橡胶 制 品使 用 的环 境 ， 结果 加 以修 正 。 升 对 对 ４ 橡胶 寿 命 预 测 的发 展方 向 的 粘 弹行 为也 是 等效 的 。由此 理 论 最终 得 到 的数 学计 算 公 式 如下 ： Ｅａ ‘１ 对于橡胶寿命预测 ， 发展 的方 向将会 以使 用寿命为主 ， 了解橡 ａ ｘ ＝ｅ ｐ ） 】 （） １ 胶 的 实 际 的使 用 寿命 ， 以最 大 限 度 的 发 挥橡 胶 制 品 的 作 用 ， 到 可 起 式中 ０ 【 移 因 子 ； ａＡ ｒｅｉｓ活 化 能 ； 一 体 常数 ；ｒ 参 节 能 环保 的作 用 ，同时 也 能在 橡 胶 制 品 完全 丧 失 功 能 前 停 止使 用 ， 平 Ｅ — ｒ ｎｕ ｈ Ｒ气 Ｔ一 防患于未然 ， 保障人们生命财产 的安全。 计算机行业的软 、 硬件 的高 考温 度 ；一 验 温度 Ｔ试 给 如 通 过 这 个 公 式 ， 们 可 以设 计 两 个 以上 的温 度 点 的实 验 ， 可 速 发 展 ， 橡 胶 寿 命 预 测 提 供 了很 好 的 模 拟 平 台 ， 果 开 发 出合 适 我 就 以计 算 出平移 因子 Ｏ ， 而计 算 任 意 温度 下橡 胶 的使用 寿命 。 ／从 ． 的软 件 ， 可 以模 拟 加 速 老 化 的过 程 、 拟 实 际使 用 环 境 等 现 实 中 就 模 需 要 耗 费大 量 的人 力 、 物力 、 力才 能 达 到 的 环 境 ， 样 极 大 的 节约 财 这 ２２扩 散 限 制氧 化 模 型Ｉ ． ］ 扩 散 限制 氧 化 模 型 是 通 过 试 验 确 定 橡 胶 中氧 气 的 浓 度 与 橡 胶 了科 研 成本 ， 提 高 了结 果 的准确 性 。 也 参 考 文献 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 。这种 方 法 的数 学 模 型 比较 复 杂 ，需 要 通 过 复 杂 的公 式 推 导 及 有 限元 分 … １胡文军等． 橡胶 的热氧加速 老化 试验及 寿命预 测方法【 ． Ｊ橡胶 工 ］ ２０ １ 析， 同时需要有超敏感的测试设备 。因此 ， 日常 的检验中 ， 在 操作性 业 ，０４年 第 ５ 卷 ．
橡胶材料热空气加速老化试验的方法
橡胶材料热空气加速老化试验的方法橡胶材料热空气加速老化试验的方法橡胶材料及其制品由于独特的性能，已广泛应用于生产的各个领域。
橡胶材料作为一种高分子材料，通病是易老化，在使用及贮存过程中，其性能会随着时间的增加而逐渐下降，甚至丧失使用性能。
自从20世纪60年代报道了橡胶制品在使用过程中因老化现象而造成了巨大的经济损失后，人们广泛开展了自然老化和加速老化方法研究。
自然条件下橡胶的老化通常需要几年的时间，因此利用加速老化方法以进行橡胶材料的老化性能研究成为一种切实可行的办法。
在加速老化试验方法研究方面，先后出现了烘箱加速老化试验、氧弹加速老化试验、空气弹加速老化试验、人工气候加速老化试验、湿热老化试验、臭氧加速老化试验、盐雾腐蚀试验、人工抗霉试验等。
烘箱加速老化试验和湿热老化试验是人们最为常见的2种加速老化试验方法。
国外曾有人设想利用反应机理和分子结构参数模拟橡胶的贮存老化试验。
从理论上讲，这是一个很有希望的发展方向，目前这种方法还存在较多困难。
下面我们分析一下热空气加速老化试验热空气加速老化试验橡胶材料在贮存条件下主要是热氧老化，其作用机制是热的作用讲加速橡胶材料交联、降解等化学变化，宏观表现为物理机械性能改变，某些性能与老化时间呈单一变化关系，如扯断延长率，应力松弛系数，压缩变形率。
按照性能与老化时间关系的经验式，可求得性能变化速率常数（K）。
在一定温度范围内，速率常数与热力学温度的关系符合Arrhenius方程。
对试验数据进行统计计算，可预算实际条件下的橡胶材料贮存性能和使用性能，20世纪20年代，烘箱问世，产生了热空气加速老化试验方法（又名烘箱加速老化试验方法）。
这种方法是将试验样品悬挂在给定条件（如温度、风速等）的热老化试验箱内，并周期性地检查和测定试样的外观及性能变化，从而评定其耐热性的一定方法。
利用这种方法还可对比各种防老剂效能及估算某高分子材料的贮存期和使用寿命。
该方法遵循下列原则：当加速老化的外部因素为最大值时，老化的物理化学过程应与在真是的贮存和使用条件下所进行的过程相同。
加速寿命试验公示计算汇总
加速寿命试验公示计算汇总一、前言新研究的医疗器械在上市前应确保在储存期( 通常 1 到5 年) 内产品的质量不应发生任何影响安全性和有效性变化，新产品一般没有实时和储存周围环境条件下确定有效期的技术资料。
如果按实际储存时间和实际环境储存条件进行检测需要很长的时间才能获得结果，为了在实时有效期结果获得以前，有必要进行加速老化实验提供确定有效期的实验数据。
医疗器械设计人员能够准确地预计聚合物性能的变化对于医疗器械产业化是非常重要的。
建立聚合物材料退行性变的动态模型是非常困难和复杂的，事实上材料短期产生的变化或变性的单速率表达形式可能不能充分反映研究的产品或材料在较长有效期的真实情况。
为了设计试验方案能准确模拟医疗器械时间相关的退行性变，有必要对材料的组成、结构、成品用途、组装和灭菌过程的影响、失效模型机制和储存条件有深入的了解。
一个给定的聚合物具有以各种方式( 晶体、玻璃、不定形等) 组成的许多化学功能基团，并含有添加剂如抗氧化剂、无机充填剂、色素和加工助剂。
所有这些变量的总和结合产品使用和储存条件变量决定了材料的化学性能的退行性变。
得庆幸的是，生产医疗器械的大部分都是采用常用的几种高分子材料，这些材料已经广泛使用并且都进行了良好的表征。
根据以碰撞理论为基础的阿列纽斯(Arrhenius) 模型建立的老化简化实验方案(Simplified Protocol for Accelerated Aging) ，也称“10 度原则”(10-degree rule) ，可在中度温度范围内适用于良好表征的聚合物，试验结果可以在要求的准确度范围内。
医疗器械或材料的老化是指随着时间的延长它们性能的变化，特别是与安全性和有效性有关的性能。
加速老化是指将产品放置在比正常储存或使用环境更严格或恶劣的条件下，在较短的时间内测定器械或材料在正常使用条件下的发生变化的方法。
采用加速老化实验合格测试的主要原因是可以将医疗器械产品尽早上市。
加速橡胶老化方法_概述说明以及解释
加速橡胶老化方法概述说明以及解释1. 引言1.1 概述橡胶在使用过程中会受到各种环境因素的影响，如氧气、热量、湿度、光照等，从而导致老化现象的发生。
为了更好地理解和控制橡胶老化的过程，科学家们提出了一系列加速橡胶老化方法。
这些方法可以通过模拟真实环境，并在较短的时间内引发橡胶老化反应，以便于研究和评估不同材料的老化性能。
1.2 文章结构本文将首先介绍加速橡胶老化方法的定义与意义，阐明其对于研究和开发新型材料的重要性。
随后，我们将详细探讨常用的加速老化方法，并描述了这些方法在实验中所需考虑的条件和参数设置。
接下来，文章将解析橡胶老化机理，包括相关的化学反应与分解过程以及环境因素对橡胶老化的影响。
最后，我们将对加速橡胶老化方法进行优缺点分析，并进行对比分析和评价。
最后，在结论部分总结主要观点及发现，并展望未来研究方向和提出相关建议。
1.3 目的本文的目的是通过详细介绍加速橡胶老化方法，解析橡胶老化机理，并对加速橡胶老化方法的优缺点进行分析，以期提供科学家和工程师们一个全面而深入的了解。
通过对这些加速方法和机理的研究，我们可以更好地掌握橡胶材料在各种环境条件下的老化特性，并为材料设计、工程应用和产品改进等方面提供有力支持。
2. 加速橡胶老化方法2.1 定义与意义加速橡胶老化方法是指通过模拟真实环境中的老化条件，以加快橡胶材料老化过程的方法。
它可以用于评估橡胶材料在长期使用过程中的性能变化和寿命预测。
加速橡胶老化方法具有重要的意义。
首先，它可以帮助制造商评估和改进产品的质量和性能。
通过模拟真实环境下的老化条件，制造商可以更早地了解产品在不同环境下的耐久性，并采取相应措施来提高产品的耐久性。
其次，加速橡胶老化方法为科学研究提供了重要手段。
通过对不同老化条件下橡胶材料性能变化的研究，科学家可以深入了解橡胶材料老化机理，并为改善现有材料以及开发新型材料提供参考依据。
2.2 常用加速老化方法目前，常用的加速橡胶老化方法包括热氧法、紫外光法、黏度法等。
丁腈橡胶自然贮存老化及寿命研究
之间,硬酯酸是1,喷雾炭黑方面为55～75,而碳酸钙方面具体是45,癸二酸二丁酯大约是20,防老剂D 方面为2.5,S,2。
2.2 需要用到的主要仪器和试样制备仪器主要是开炼机JIC-752,出自广东省湛江机械厂,型号为GT-AI3000的电子拉力试验机,还有就是压缩永久变形测试仪器和型号为MDR2000的无转子硫化仪。
试样就是把生胶塑炼以及胶料给混合到一起放在开炼机中进行,注意温度在41度左右。
混炼具体内容如下。
首先注意对辊距大约是1.1mm 到1.6mm 之间,然后就投入丁腈橡胶,最后进行大约6遍的薄通,放入大辊距2.6mm 到3.6mm 之间,等到使胶料的表面光滑之后,再加入活性剂和防老剂以及促进剂等一些相关化学剂,之后在婚恋均匀之后,再进行大约6遍薄通,具体的割刀方面最少要超过6次,关于打卷和三角包方面要能够保证个五个,然后把辊距给合理的放大,等到出片之后就开始进行喷水,使其能够冷却,采取这样的方法就可以把混炼胶给制作出来,然后放置大约16天之后,继续选择开炼机进行返炼,其间要关注无转子硫化仪测试没有超过150度时候硫化的特别性质,并且要注意需要用平板硫化机进行合理的试样,通过测试发现,其中的拉断伸长的主要效率就是在150度之下,大约20分钟,而关于压缩永久性变形测试方面在150度之下大约是30分钟。
2.3 关于性能和临界值方面的相关内容首先来讲性能,利用电子拉力机测试与之相关的拉断伸长率,同时使用压缩永久变形测试仪来测试关于压缩永久变形情况。
接着来讲临界值,所谓的临界值主要的内容就是对性能方面测试的指定值,或者就是指在一定条件下的具体的变化值,条件之下,在具体温度之下测定的性能以及想要达到临界值所需要使用的时间。
基于此种情况,本文就把临界值设定为拉断伸长效率以及压缩永久变形方面的变化到大约50%[1]。
3 关于结果方面的相关内容3.1 关于拉断伸长测试方面的具体结果首先就是关于沈阳和广州两个地区胶料5-A 方面和胶料0 前言随着我国石油和汽车相关工业的快速发展,关于丁腈橡胶方面的市场需求量有很大的增加,在很多工业当中丁腈橡胶的应用都十分广泛,由此目前一定要加强关于丁腈橡胶的研究,要了解其自然贮存当中的老化情况以及具体的寿命。
用加速老化方法推算硫化橡胶制品使用寿命
橡塑资源利用- 20 -用加速老化方法推算硫化橡胶制品使用寿命李子安，郑健红，朱虹，魏申莉 （天津市橡胶工业研究所，天津，300384）DOI:10.3969/.12-1350(tq).2013.04.005为了预测硫化橡胶制品的使用寿命，用其指导科研和生产，满足市场的需求，我们采用对硫化橡胶加速老化的方法，以此推算出其在常温下的参考使用年限。
为了保证推算工作顺利进行，前期我们做了充分的准备，确定了推算依据和推算原理，并就性能及其临界值的选择和试样、试验温度、老化时间的确定以及实验设备、实验人员的选择做了规定，同时对试验程序、数据采集和数据处理等内容进行了规范。
一. 推算依据：《硫化橡胶或热塑性橡胶应用阿累尼乌斯图推算寿命和最高使用温度》（GB/T 20028-2005/ISO 11346:1997）。
二. 推算原理在选定的测试温度下，把所选取的性能（参数）数值变化看作是时间的函数，定期取样测试性能，直至性能达到相应的临界值为止，从而得出在该温度下老化的失效时间。
相同的试验应该至少在其它两个温度下进行，以所获得的失效时间数值与温度的函数作出阿累尼乌斯图，再经函数变化得到的直线可以外推到使用（或储存）温度下的失效时间。
外推法通常限制在超过最终数据点的30-40℃内。
三. 性能的选择测试硫化橡胶试片老化前和老化后的全项物理机械性能（硬度、拉伸强度、扯断伸长率、扯断永久变形和伸长率分别为100％、150％、200％、300％的定伸应力。
所取数据最终要筛选，保留下遵循阿累尼乌斯曲线的性能。
四. 临界值的选择选取的临界值应符合产品的实际使用条件，根据前期对硫化橡胶制品摸索性老化试验的检测结果，选择拉伸强度和扯断伸长率下降到原始值的50%为临界值，并以此推算实际使用寿命。
五. 试样1.试样制备方法应符合GB/T 9865，试样的调节应符合GB/T 2941规定。
2.试样的数量：由于试样要进行老化试验，老化试验按照GB/T 3512标准进行，共取40组每组选择5个试样。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
加速老化预测NBR橡胶的使用寿命摘要：橡胶材料的性能及橡胶组件使用寿命的预测、估算在橡胶组件的设计过程中有着重要的作用。
我们通过加速老化试验和模拟相结合的办法，对橡胶材料在氧气环境中的寿命预测做了很多年的研究。
这篇论文研究了热老化对橡胶性能的影响，同时也对冷冻机用，丁腈橡胶（NBR）橡胶组件的使用寿命进行了预测。
实验结果表明橡胶组分影响着橡胶的交联密度；老化时间及活化能可以很好的用以描述老化行为；通过单轴拉伸试验得到应力应变曲线。
为了预测NBR的使用寿命，对NBR橡胶做了50℃到100℃，1天到180天的加速老化试验，并测试了一系列的物理性能试验。
通过阿伦尼乌斯方程进行了计算，并通过压缩永久变形试验，本文提出了一系列方程用以预测橡胶材料使用寿命。
关键词：加速试验，丁腈橡胶，活化能，交联，三元乙丙橡胶，热老化，寿命预测，橡胶材料。
符号缩写：C.S 压缩永久变形；d0 样品的厚度；d1压缩状态下样品厚度；d2 卸载后厚度k 交联密度变化程度；（K）T 反应速率；A，B 常数；E 反应活化能；R 气体常数；T 绝对温度I 前言橡胶是一种最为通用的材料，有着广泛的用途，甚至很难说清它到底有多少用途。
从普通的家用，商用，汽车制造等到高尖端的航天航空工业都有橡胶的身影。
许多橡胶组件在使用中需要承受一定的机械力作用，为了保证橡胶组件的安全性和可靠性，使用寿命的预测估算是一项关键技术。
如何防止橡胶组件在使用过程中损坏是一个关键问题。
橡胶组件在使用过程中承受着一定的载荷，还受到温度，辐射以及一些其它的有害物质的影响。
所有的影响因素结合在一起，导致了橡胶物理及化学结构的改变，最终表现为橡胶机械性能的降低。
橡胶在使用了一段时间后，开始老化，通常表现为挺性增加，阻尼性能下降。
老化不光光影响了性能，同时也影响了组件的使用寿命。
橡胶组件所处环境的不同，使得它们的降解方式也不一样。
橡胶组件的逐步老化降解，不仅与外部因素有关，同时与橡胶基体本身以及橡胶里面的添加剂有关。
广义上讲，橡胶的老化是这些因素的一个加和。
这些因素具体起到了多大的作用，很难计算出来。
它们的分类可以见表1。
表1 橡胶老化因素表冷冻机中空压机部分所使用的橡胶组件的使用寿命是它的一项关键指标。
在使用过程中，直到这些橡胶组件被替换下来之前，它们必须保持足够的物理机械性能，但是受到温度、湿度、紫外光、臭氧、化学物质、载荷的影响，它们的使用寿命又很难估算。
所以找到橡胶的统一属性和它处于的环境影响，并预计它的寿命显得非常重要。
通过对橡胶材料降解老化的研究，可以为提高使用寿命，增加可靠性提供必要的条件。
橡胶硫磺硫化体系形成的交联网络，随着热老化的不断进行而发生着改变。
受到热老化后，高硫磺含量硫化体系形成的交联网络的变化要大于低硫磺含量硫化体系所形成的交联网络。
为了解决工程实践中的一些问题，橡胶材料物理性能受老化影响的程度，橡胶组件使用寿命的预测显得非常的重要。
在这篇论文中，我们研究了老化对冷冻机空气压缩机用NBR 橡胶组件的材料性能的影响，并进行了这两个组件的寿命预测，见图1。
图1 冷冻机空气压缩机橡胶组件：（a）空压机；（b）EPDM；（c）NBR为了研究热老化影响，我们做了应力-应变曲线，通过阿伦尼乌斯方程进行了计算。
并通过压塑永久变形试验，提出了一系列方程用以预测橡胶材料使用寿命。
II 实验部分用于冷冻机中空气压缩机组件的材料分别是NBR。
我们把橡胶材料看着是不可压缩的高弹性材料。
橡胶材料的高弹性可以通过应变能方程进行描述，应变能方程则可以通过应力-应变关系进行描述。
热老化温度：50℃，70℃，85℃，100℃；烘箱：对流恒温烘箱；老化时间：1，2，4，7，14，30，45，60，75，90，100，120，150，180天。
为了获得EPDM、NBR的本构常数关系，我们进行了一系列基础实验，如：硬度、单轴拉伸。
样品的硬度测试根据国际橡胶硬度标准执行（IRHD）。
利用材料试验机，在100mm/min 的速度下进行单轴拉伸试验，并通过激光伸长计来测量饶度，见图（2a）。
对于老化实验，则通过提升温度来加速老化。
图2 橡胶材料的机械测试：（a）单轴拉伸（b）热老化试验为了进行寿命预测，根据ISO815，我们对热老化后的组件进行了压缩永久变形实验，压缩变形的温度条件从50℃到100℃，时间从1天到180天。
压缩实验通常是在单向力作用下，且有一定高度限位下进行的，压缩永久变形率可以用下面的公式进行计算。
NBR橡胶具有优异的耐油性，在硫化过程中，诱导期较短，硫化速度也较快。
在这篇论文中，我们探讨了NBR硫化橡胶在70℃，85℃，100℃，老化180天的热老化行为。
同时研究了硫化橡胶的活化能及其交联密度的变化情况。
老化时间的不同会引起活化能的变化，继而引起热老化行为的改变。
图3显示了NBR硫化胶交联密度变化率随老化时间的变化趋势。
交联密度的变化率是通过测试硫化橡胶老化前的交联密度和老化后的交联密度而得到。
交联密度的变化率随着温度的升高和时间的延长而逐渐加大。
图3 NBR硫化胶交联密度变化率随老化时间的变化趋势从图3中可以看出，NBR硫化橡胶交联密度在整个老化期都显著增加，见图3。
尤其是在100℃条件下老化时，交联密度更是以指数形式增加。
在100℃下，老化75天，硫化胶交联密度增加了300%。
从图中看，100℃下，NBR硫化橡胶仅仅进行了75天的老化试验，这是因为在老化到90天时，样品发生了严重的龟裂现象。
总之，NBR交联密度的变化远远大于EPDM交联密度的变化，这可能是因为受-CN的影响，NBR的极性远远大于EPDM的极性，极性的不同也导致了两者化学性质的不同。
我们尝试用活化能来解释NBR热老化行为的不同。
利用阿伦尼乌斯方程，将lnk对1/T作图，得到活化能。
k指交联密度的变化率，T 是老化温度。
图4分别是NBR硫化橡胶的活化能与老化时间的关系图。
活化能随老化时间的变化而改变。
新的交联网络不断形成，旧的交联网络不断消失，这也导致了交联网络与交联的结构类型是在不断变化的。
在老化的前45天中，NBR硫化胶活化能先降低，然后又迅速上升，见图4。
NBR为极性橡胶，这促使NBR硫化橡胶在老化过程中活化能的提高。
图4NBR硫化橡胶的活化能与老化时间的关系图实验结果表明，硫化橡胶组分的不同会影响老化过程中交联密度的变化。
同时硫化橡胶的热老化行为，可以很好的通过活化能与老化时间之间的关系进行描述。
在一个初始载荷的作用下，橡胶的交联结构发生了改变，宏观上表现为具有较低的挺性，阻尼特性也发生了改变，载荷曲线与卸载曲线是不一致的，同时应变引起了应力软化，这种现象我们叫做“mullin效应”。
图5 NBR橡胶应力-应变“mullin效应”曲线图图5是NBR的单轴拉伸测试所表现出的“mullin效应”图。
当应力与应变曲线不再有明显的改变，这就意味着材料达到了较稳定的的应变水平。
而通常，需要3-5次的重复拉伸试验就可以达到这样的一个稳定状态。
热老化后材料的许多性能发生了改变，我们需要通过一些测试手段来进行表征，比如：拉伸应力测试，应力-应变测试。
图6 NBR硫化胶在不同热老化条件下的应力应变曲线图。
图6 NBR应力-应变曲线：（a）70℃；（b）85℃；（c）100℃我们知道随着热老化温度的升高，热老化时间的延长，橡胶模量会增加。
随着温度的升高，化学反应速率一般都是增加的。
为了推算降解与温度之间的关系，将样品置于不同的温度下，并测试不同温度下性能的不同。
这样的话，为了测得给定温度和给定时间下的降解程度，我们可以通过对曲线进行外推的方法进行估算。
为了测得一些系数与温度之间的关系，阿伦尼乌斯方程是很常用的一个方程。
阿累尼乌斯方程如下：某一给定温度下的反应速率可通过给定温度下某一性质的变化来进行计算。
几乎在所有情况下，压缩永久变形都是随着老化时间的延长而增加的。
压缩永久变形可见图8。
图8反应了NBR胶硫化胶在不同温度下，压缩永久变形随时间变化的情况。
在适当的情况下，可以模拟材料的某一特性的时间的对数与绝对温度的倒数之间的线性关系，而某一特定温度下的反应速率则可通过特定温度下某一性质的变化来进行计算。
通过压缩永久变形实验，我们在表2和图9中提出了一系列预测使用寿命的方程。
图8 NBR橡胶压缩永久变形与时间关系表2 NBR的阿伦尼乌斯方程表达式图9阿伦尼乌斯方程曲线：（c）NBR（性能降低10%）；（d）NBR（性能降低15%）表3是NBR橡胶的使用寿命预测，表中可以看出，EPDM的使用寿命大于NBR的使用寿命。
表3 给定温度下NBR寿命预测结论为了保证橡胶组件的安全性和可靠性，在设计过程中，橡胶材料的性能以及使用寿命的预测都非常重要。
为了研究热老化对材料性能的影响，我们做了应力-应变曲线。
实验结果表明材料的交联密度与硫化橡胶的组成成分有关，活化能与老化时间的关系可以很好的用以描述老化行为。
当然通过实验发现，随着时间的延长，温度的增加，材料的挺性增加。
通过压缩永久变形实验，我们提出了使用寿命预测方程。
文中，我们提出的预测寿命的方法，在橡胶组件设计之初，就可以粗略的用以预测制品的寿命。