FX-4和FX-17典型橡胶密封圈加速老化性能研究

目的 研究FX-4和FX-17典型橡胶密封圈的加速老化性能。方法 对初始压缩率为14%和20%的FX-4和FX-17这2种橡胶密封圈,进行5个温度点不同时长的加速老化试验,通过试验测定FX-4和FX-17橡胶密封圈的拉伸强度、扯断伸长率、硬度以及压缩永久变形等4个性能指标,并进行分析和比较。结果 硬度指标随老化温度以及老化时间的变化不明显。拉伸强度与扯断伸长率在200℃老化试验后,均出现明显的下降趋势,但在同一老化温度下老化10、70d后,拉伸强度与扯断伸长率未发生明显的变化。在较低的老化温度时,压缩永久变形率随老化温度以及老化时间的变化不明显;在150、200℃温度老化后,压缩永久变形率随着老化时间的增加而呈上升趋势。结论 FX-4与FX-17橡胶密封圈的压缩永久变形率在老化温度点较低时,受温度的影响不显著,在同一温度下随老化时间的增加呈上升趋势;在老化温度点较高时,压缩永久变形率随着老化时间的增加而呈上升趋势。     

氟醚橡胶在不同介质下的热老化行为与机理研究

目的 对氟醚橡胶FM-2D在空气与飞马Ⅱ号润滑油中的热老化行为与机理进行研究。方法 开展氟醚橡胶高温贮存试验,在热氧、热油的介质环境下,研究氟醚橡胶的力学性能退化规律。试验后对样品的拉伸性能、压缩性能以及硬度进行检测,并且利用傅里叶红外光谱仪、扫描电子显微镜以及X射线电子能谱对试验后样品进行检测。结果 通过热老化试验,发现氟醚橡胶在200℃以下能够长期维持较好的力学性能。试验温度在200℃以上,氟醚橡胶的力学性能出现明显退化趋势,并且在热空气与热油中的老化趋势不同。在220℃的热空气老化31 d后,氟醚橡胶的拉伸强度下降27.0%,断裂伸长率增大89.8%,压缩应力松弛率为34.6%,硬度下降8.7%。在220℃的热油老化31 d后,氟醚橡胶的拉伸强度下降85.9%,断裂伸长率下降83.9%,压缩应力松弛率为-17.5%,硬度上升4.2%。结论 在热空气老化过程中,橡胶分子链受热氧影响发生断裂,使其强度下降;在热油老化过程中,油介质和高温的耦合作用使橡胶的交联网络失效,橡胶发硬变脆。     

高温、湿热环境下氟橡胶密封圈失效研究

通过开展F-108氟橡胶O形密封圈高温加速老化试验和湿热试验,分析了其在不同环境下的失效规律,评估了25℃条件下氟橡胶的贮存寿命。结果表明,70℃,85%RH和70℃,95%RH下氟橡胶的湿热老化速率分别是热空气老化速率的7.47倍和8.65倍;在热空气老化初期,由非化学因素引起的橡胶压缩永久变形远比化学反应引起的变形要大得多;氟橡胶密封圈常温下贮存寿命大约为10 a,但高温高湿环境会使其寿命大大缩短。     

丁腈橡胶密封圈高温老化行为——自由状态和承压状态

目的研究丁腈橡胶密封圈自由状态和承压状态下的高温老化行为。方法以拉伸强度和拉断伸长率为参数,对各温度下的老化行为进行表征和分析。结果 70℃条件下机械应力大大加快了橡胶密封件拉伸强度的下降速率,以致试验64 d时拉伸强度甚至比110℃时还低,拉断伸长率的下降速率也明显加快了;90℃加速条件下机械应力对拉伸强度的下降有一定的促进作用,但对拉断伸长率的变化基本无影响;110℃加速条件下机械应力对拉伸强度和拉断伸长率均没有明显的影响。结论机械应力在较低温度下可以显著促进丁腈橡胶密封圈热氧老化,高温条件下促进作用不明显。     

乙丙橡胶热带雨林环境储存寿命预测研究

目的预测乙丙橡胶在我国热带雨林环境下的库内储存寿命。方法通过定期检测乙丙橡胶在西双版纳试验站库内储存时自由状态下的力学性能和受力状态下的压缩永久变形,压缩永久变形在储存过程中表现出较为明显的变化趋势,以压缩永久变形作为乙丙橡胶热带雨林储存时的寿命预测指标较为合理。结果在储存过程中,乙丙橡胶材料的压缩永久变形与老化时间符合幂函数关系,通过对样品的压缩永久变形数据进行处理,获得乙丙橡胶的性能变化速率常数和老化试验常数,用二分法确定老化的特征常数,建立了乙丙橡胶在西双版纳环境库内储存受力状态下的老化寿命方程。结论通过回归效果检验,老化寿命方程具有显著的回归效果。误差分析表明,老化寿命方程具有较高的可信度,可以用来预测乙丙橡胶在西双版纳实际储存时的性能变化。     

聚氨酯缓冲材料在2种典型环境下的耐候性研究

目的 研究聚氨酯缓冲材料在湿热海洋和干热沙漠环境下的老化性能。方法 将3种不同表观密度的聚氨酯缓冲材料在万宁和敦煌试验站进行1 a的自然环境试验,探究聚氨酯缓冲材料外观、静态压缩性能、压缩永久变形性能和红外光谱的变化。结果 在1 a的自然环境试验中,材料压缩强度先增大后降低,压缩永久变形逐渐增大;在万宁试验站,样品表面出现发霉现象,密度为25、30、40 kg/m³的聚氨酯缓冲材料的压缩强度分别增大或衰减至106.4%、93.3%、87.5%,压缩永久变形分别增大109%、98%、138%;在敦煌试验站,密度为25、30、40 kg/m³的聚氨酯缓冲材料的压缩强度分别增大或衰减至106.4%、98.2%、97.8%,压缩永久变形分别增大55%、74%、93%。结论 聚氨酯缓冲材料在自然环境中会发生水解和热氧降解等老化反应,使材料性能出现下降。材料表观密度越大,性能衰减越快。材料对于湿热海洋环境更敏感,在万宁站的老化程度大于敦煌站。     

氟橡胶密封材料热氧老化试验与寿命评估

对氟橡胶密封材料进行了热氧加速老化试验,对老化试验前后材料压缩永久变形量与红外光谱进行了分析,结果表明,老化引起材料内部的分子结构变化。建立了该材料在贮存温度下的压缩永久变形与贮存时间的老化动力学方程,预测了25℃下氟橡胶密封材料的贮存寿命,结果表明,氟橡胶在热氧条件下,失效机理为分子断裂和交联;非正常老化因素引起的变形对氟橡胶密封圈的性能影响很大;氟橡胶密封件在25℃下的贮存寿命为13.8 a。     

某型装备用硅橡胶密封圈热氧老化试验与寿命评估

目的 研究某型装备用硅橡胶密封圈在温度影响下的性能退化规律,并进行寿命评估。方法 采用热氧老化加速试验方法,试验过程中模拟橡胶密封圈径向承压状态,通过强化温度试验条件,在90、100、110、120 ℃条件下对硅橡胶密封圈进行加速老化试验。以压缩永久变形率作为参数,对试验后的性能检测数据进行分析与处理,结合Arrhenius模型,以硅橡胶(径压)密封圈压缩永久变形率分别达到10%、20%、30%、40%和50%为密封圈失效临界值指标,外推常温25 ℃时硅橡胶密封圈寿命。结果 加速老化试验后,硅橡胶密封圈的压缩变形率逐渐下降,且温度越高,其压缩变形率下降越快。硅橡胶(径压)密封圈在25 ℃条件下,压缩永久变形率达到10%、20%、30%、40%和50%的贮存寿命分别为1、2.9、5.6、9.1、13.8 a。结论 温度是造成硅橡胶密封圈性能退化的因素之一。文中的试验方法和数据处理方法能有效评估〇型密封圈的寿命。     

硅橡胶低温环境性能研究

目的 研究低温环境对硅橡胶性能的影响。方法 探究硅橡胶6141和6144在-55℃长期低温环境下的压缩永久变形性能变化规律,以及不同低温环境对2种硅橡胶邵氏硬度和拉伸性能的影响,并通过DSC和TMA对材料热效应和弹性恢复行为进行分析。结果 在-55℃的低温环境下,随着时间的延长,硅橡胶的低温压缩永久变形会发生突变。当低温持续时间达到27 d后,硅橡胶6141和6144的低温压缩永久变形分别达到81%和92%,出现失效。对比-25℃和-55℃低温环境下的硬度和拉伸性能发现,随着温度的降低,材料拉断伸长率先增加、后降低,拉伸强度和硬度逐渐增大。当温度降低到-55℃时,由于材料产生结晶,硅橡胶6141和6144的拉伸强度分别增大58%和72%,稳定后的硬度值分别增加25和36。通过DSC和TMA研究发现,硅橡胶会在低温下产生结晶,回弹性降低。在-55℃低温环境下,通过TMA测试得到的6141和6144压缩永久变形分别为60%和62%。结论 在长时间的极端低温环境下,硅橡胶会缓慢发生结晶,使硅橡胶材料在高于其玻璃化转变温度和结晶温度范围内出现性能突变,发生失效。     

主减速器橡胶密封圈性能衰减模型及日历寿命评估

目的 构建主减速器橡胶密封圈储存/装机条件下的性能衰减模型,评估其实际储存日历寿命、储存/装机条件下的折算系数。方法 将功能结构件实际尺寸（实际装配、初始轴向厚度和压缩时轴向厚度）、实际生产产品尺寸和安全裕度相结合,确定橡胶密封件的失效判据。对实际使用的FX-4、FX-17橡胶密封圈2种初始压缩率的装机状态下进行5个温度点的加速老化试验,测定2种橡胶密封圈压缩永久变形率的老化指标参数,利用回归分析得到相应的衰减模型,结合实际储存13a的橡胶密封圈的压缩永久变形率进行检验,确定储存/装机条件下的折算系数。结果 以25%为失效判据,橡胶密封圈储存年限可达19.8 a。结论 为了保证使用安全和外场计算方便,FX-4密封圈装机使用1 a相当于储存2 a,FX-17密封圈装机使用1 a相当于储存3 a。     

热空气作用下FM-2D橡胶材料老化本构模型研究

目的 建立热空气作用下氟醚-2D(FM-2D)橡胶材料的老化本构模型,形成老化作用下橡胶材料力学响应分析方法,为准确评估橡胶密封件使用寿命提供依据。方法 探究热空气作用下FM-2D橡胶材料老化机理,基于连续介质有限变形理论框架,采用热力学耗散势函数法,引入橡胶老化过程的势能函数,据此建立考虑橡胶材料老化的超弹性本构模型,基于橡胶老化试验,完成本构模型参数标定,实现老化作用下橡胶力学响应的预测。结果 建立了热空气作用下橡胶材料的老化本构模型,依据老化试验数据标定模型参数,分析了热空气作用下橡胶材料本构模型的可靠性。结论 建立的热空气作用下橡胶材料的老化本构模型可准确预测橡胶随老化时间演变的力学响应,有效模拟了橡胶材料的老化过程。     

系留气球囊体材料快速老化试验研究

目的估算某系留气球在某地区的使用寿命。方法分析环境因素对系留气球的影响,确定采用太阳辐射快速老化的方法对囊体材料开展老化试验研究,时间为3000 h。采用等时间间隔法对试验件进行测试,间隔时间为375 h,测试9次,每组试验件为5件,试验数据采用5个试验件的平均值。对老化前后囊体材料的表面状况、拉伸强度、拉伸强度变化率及断裂伸长率进行分析。结果试验之后,囊体材料表面发黄,有粉末状的颗粒,拉伸强度为395.2N/cm,下降了56.01%,断裂伸长率在3.9%～7.7%间波动变化。将实验室老化辐射量等同于室外紫外辐射量,根据室外紫外辐射量约占室外自然老化太阳辐射总量8%及某地区全年太阳辐射总量,估算囊体材料的实验室老化相当于室外自然老化的年限,结合囊体材料设计限制条件,评估出了系留气球的使用寿命。结论通过太阳辐射快速老化的方法对囊体材料开展老化试验研究,可估算出某系留气球在某地区的使用寿命。     

橡胶及制品自然贮存老化行为研究进展

针对橡胶及制品自然贮存老化行为的研究现状,从宏观性能、微观结构、自然贮存试验方法等方面进行综述。其中,宏观性能主要包括力学性能和其他宏观性能两个方面;微观结构方面主要包括FTIR技术、热分析技术、SEM及XPS技术等三个方面;自然贮存试验方法方面主要是部分橡胶及制品的相关自然贮存试验规范及标准。橡胶及制品自然贮存老化行为研究应加强自然贮存试验,综合运用分析手段掌握橡胶及制品的真实老化行为,从而改善橡胶性能,延长其使用寿命。     

某型橡胶减振器的加速老化寿命试验研究

目的对某型橡胶减振器进行加速老化试验研究,利用试验数据评估得到产品的贮存寿命。方法采用恒定应力加速试验方法,分四个温度应力量级,对橡胶减振器的压缩永久变形试样开展加速老化试验,获得试样的退化数据。对试验数据进行分析计算,评估得到橡胶减振器材料的贮存寿命。结果通过评估,得到该型减振器材料的贮存寿命能够达到12.36年,置信度大于0.99。同时利用减振器真实产品的老化试验验证了寿命评估结果。结论以温度为敏感应力,采用恒定应力加速贮存试验方法,可以在短时间内快速获得置信度较高的材料常温贮存寿命,结合真实产品验证评估结果,为类似产品的寿命预测提供支撑。     

一种橡胶密封圈的剩余贮存寿命评估方法

目的评估已随武器装备贮存一段时间后的旧橡胶密封圈的剩余贮存寿命。方法利用旧橡胶密封圈在加速老化试验中实际产生的压缩永久变形,外推其在贮存温下的老化动力学方程,进而以失效临界值为输入,计算橡胶密封圈的剩余贮存寿命。结果建立了面向旧橡胶密封圈的剩余贮存寿命评估方法。结论该方法适用于旧橡胶密封圈的剩余贮存寿命评估。     

ABS湿热海洋大气环境室内外老化行为及相关性研究

目的 研究丙烯腈(Acrylonitrile)、丁二烯(Butadiene)、苯乙烯(Styrene)3种单体的三元共聚物(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene,ABS)在湿热海洋大气环境室内外的老化行为及其相关性。方法 开展湿热海洋大气暴露(室外)试验及多因子循环加速老化(室内)试验,通过观测外观形貌、力学、化学结构等性能变化,定性探究ABS室内外老化规律。通过灰色关联度与主成分分析,定量探索ABS室内外老化行为的相关性。结果 ABS黄色指数等与表面性能相关的指标在户外暴露6个月及室内加速老化300 h左右就基本达到饱和值50和45,而与整体性能相关的拉伸强度在老化过程中先下降、后上升,断裂伸长率、冲击强度、缺口冲击强度等指标在户外暴露2个月或室内老化200 h快速下降近60%后,再缓慢降低。分子链中丁二烯单体的双键或苯环侧链中的季碳受到环境中光、氧、水等的作用,分解生成酮与羟基。通过主成分分析,将ABS多种性能指标组合成综合老化指标,客观定量评价ABS室内外老化灰色关联度高达0.93。结论ABS老化是分子链断链及交联的动态竞争过程,湿热海洋大气环境室内外老化行为的相关性较高。     

抽油杆疲劳性能实验分析

目的有效地预防和减少因抽油杆断裂导致的油井修井作业,进一步降低油田开发成本。方法采用岛津电液伺服疲劳试验机,对D级和H级抽油杆进行材质成分分析,测试力学性能、空气和腐蚀介质下疲劳强度、拉压载荷对疲劳性能的影响,并进行对比分析。结果 H级抽油杆的力学性能优于D级抽油杆。随着含水量的增加,两种抽油杆的抗疲劳性能均降低,在空气中,H级抽油杆的疲劳性能均优于D级抽油杆。在腐蚀环境中,D级抽油杆的疲劳性能优于H级抽油杆,并且两种抽油杆所受拉压载荷对疲劳均有一定影响。结论含水是影响抽油杆腐蚀疲劳性能的关键因素,H级抽油杆应在低含水区块应用,D级抽油杆在中高含水区块应用。抽油杆中和点以下产生的附加拉应力是导致抽油杆偏磨的直接原因,在中和点以下应优化扶正防磨设计。在中高含水区块,应加大对服役年限较长抽油杆的更换力度,以减少和预防抽油杆断裂事故的发生。