酸性介质对橡胶材料在盐雾环境下老化行为的影响研究

目的研究SO_2、稀硫酸两种酸性介质对橡胶材料在盐雾环境下老化行为的影响。方法以乙丙橡胶、丁腈橡胶为试验对象,分别以SO_2、稀硫酸为酸性介质,开展"SO2-盐雾"、"稀硫酸-盐雾"试验,利用宏观形貌观察、拉伸性能测试方法,结合扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱技术,分析两种酸性介质对橡胶材料老化过程的影响。结果乙丙橡胶在"SO2-盐雾"复合环境中暴露48 h后,表面由紫色变为淡蓝色;暴露12d后,表面出现密集的脱落坑和长条状的粉化带,亚甲基含量略微降低,第三单体中,残余双键特征吸收峰消失。丁腈橡胶在"SO2-盐雾"环境中暴露12d后,橡胶断裂拉伸强度保留率降低至75%,聚合物中的酰胺键、亚甲基含量显著降低。结论"SO2-盐雾"复合试验对橡胶材料的侵蚀作用更加剧烈,丁腈橡胶暴露12 d后的断裂拉伸强度损失率比在"稀硫酸-盐雾"环境下高出14.39%。SO_2气体加速了橡胶中填充剂颗粒的析出、脱落过程,造成橡胶表面出现变色、脱落等缺陷,导致橡胶材料的拉伸性能降低。     

玻璃纤维-铝合金层合板氙灯老化性能研究

目的研究氙灯环境对玻璃纤维-铝合金层合板性能的影响。方法通过研究玻璃纤维-铝合金层合板在氙灯老化后的力学性能、基体红外光谱、铝合金表面形貌及元素变化,分析层合板的氙灯老化机理。结果随氙灯老化时间的延长,树脂基体老化降解程度越高,树脂与纤维、铝合金的界面强度下降,使材料拉伸及弯曲性能降低,拉伸强度受老化影响最为显著的是正交结构层合板,老化84 d后强度降低13.7%,正交结构0°方向层合板的弯曲强度受氙灯老化影响降低4.6%,其他试样的弯曲强度降幅均低于5%,氙灯老化后的铝合金层表面的微凹坑数量及尺寸无明显变化,但凹坑氧元素随老化周期延长略微增加。结论氙灯环境主要影响玻璃纤维-铝合金层合板中的复合材料层及各界面,树脂基体的降解导致力学性能的衰退,而对于铝合金的影响并不明显。     

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。     

润滑油中橡胶5880耐老化性能研究

为了掌握润滑油中橡胶5880制品耐受情况,并进行寿命评估.采用加速老化方法,针对压缩和自由放置两种状态,分别测试分析橡胶5880在润滑油和热空气中20％恒定压缩永久变形率、拉伸强度、拉断永久变形、拉断伸长率等基本性能随时间和温度的老化衰减规律.无论是热空气还是润滑油中,橡胶5880的拉伸强度和拉断永久变形指标对热老化不敏感,无法定量表征寿命和性能之间关系,而压缩永久变形率和拉断伸长率基本符合时温等效原理.总体上,润滑油中因为屏蔽氧气,橡胶5880性能衰减更慢.同时采用指数型性能-时间衰减规律和Arrhenius公式定量描述了橡胶5880性能-时间-温度之间的关系,推算润滑油中橡胶5880密封制品的寿命约为5 a,其他不受力制品的寿命将大于25 a.     

直升机用橡胶密封产品环境试验技术研究进展

以我国直升机在恶劣环境条件下服役导致密封产品频繁发生失效故障为背景,对航空橡胶密封材料及产品的环境试验与评价技术进行了梳理总结。分析了橡胶密封材料及产品大气暴露试验、户外自然加速暴露试验等自然环境试验技术的发展现状,介绍了热空气老化、紫外老化、臭氧老化、湿热、低温、盐雾、霉菌及综合环境试验等橡胶密封材料及产品实验室模拟加速试验技术的作用机理及试验方法。在此基础上,提出了今后应在橡胶密封产品实验室多因素模拟加速试验技术、密封结构件环境效应数据积累和应用等方面加强研究。     

丁腈橡胶应力加速老化行为的研究

以丁腈橡胶为例,采用高温加速老化法,以拉伸断裂伸长率作为贮存寿命指标,通过Arrhenius方程对丁腈橡胶贮存寿命的推算,研究了不同应力作用下丁腈橡胶的老化行为,并初步探讨了应力作用下丁腈橡胶的老化机理。结果表明,应力作用对丁腈橡胶的老化行为有较大影响,当丁腈橡胶不承受任何应力作用时,采用Arrhenius方程推算其在常温下的贮存寿命超过19 a;受弯曲应力作用时,其贮存寿命降低了50%;在拉伸应力和弯曲应力同时作用时,其贮存寿命小于2 a。原因是在应力作用下丁腈橡胶的分子链发生取向变形,键长和键角发生改变并受到约束,分子链的断裂活化能降低、老化进程加快,寿命缩短。     

HNBR自然老化规律及储存寿命预测研究

目的研究氢化丁腈橡胶的自然老化规律,评价其作为密封材料的环境适应性。方法选取我国5个典型气候地区（万宁、漠河、敦煌、西双版纳、济南）开展氢化丁腈橡胶试样的自然老化试验。测试试样老化后的压缩永久变形,并将其作为性能评价指标对有关数据进行统计分析。对材料受力状态的环境适应性进行评价,并对其储存寿命进行预测。结果获得了氢化丁腈橡胶材料在我国5个地区3年期的压缩永久变形规律。结论氢化丁腈橡胶材料在我国5个典型气候条件下受力状态时的储存寿命约为2～6年。其中,西双版纳的气候条件对氢化丁腈压变性能影响最大,漠河的气候条件对氰化丁腈压变性能影响最小。     

海洋环境对直升机基础产品腐蚀行为影响研究

目的研究螺栓、卡箍等直升机基础产品在海洋大气环境下腐蚀和力学性能随时间的变化规律,采用结构模拟连接件,验证直升机防护体系对基础产品的防护效果。方法通过将螺栓、卡箍和连接件在外场暴露不同时间,在此期间定期对试验件表面状态和力学性能进行测试,分析海洋环境对直升机基础差的影响和机上防护方法的可靠性。结果经过2 a腐蚀后,螺栓表面发生了明显的腐蚀,但是腐蚀深度不大,抗拉强度维持在18.3 MPa,剪切强度从27.99 MPa下降到26.52 MPa。卡箍发生了腐蚀,橡胶材料老化严重,推出力降低80%,基本丧失锁紧性能。有涂层保护的典型连接件,表面厚度为66 mm,色差为0.3,光泽度变化1%,各项参数与未暴露时相比变化不大。结论在海洋大气环境下,螺栓、卡箍等在未采取防护措施的情况下不建议使用,机上采用的防护措施有效,可对基体起到很好的保护作用。     

两种典型大气环境下7A85铝合金的腐蚀行为研究

目的研究湿热海洋、干热沙漠两种典型大气环境对7A85铝合金腐蚀行为的影响。方法在万宁、敦煌两种典型环境中开展7A85铝合金大气暴露试验,利用金相显微镜分析7A85铝合金在我国两种典型大气环境中的腐蚀特征,定期测试该材料的拉伸强度和腐蚀深度。结果暴露3 a,7A85铝合金湿热海洋、干热沙漠两种典型大气环境中的最大腐蚀深度分别为254、90μm,抗拉强度分别下降了18%和5%,断后伸长率分别下降了72%和22%。结论 7A85铝合金暴露于相对湿度较低的干热沙漠环境,表面形成的腐蚀产物膜会阻止腐蚀的进一步发生;暴露于湿热海洋大气环境,随暴露时间的延长,7A85铝合金腐蚀逐渐加深。     

燃气轮机用YS10-021聚酰亚胺三防试验验证分析

目的 研究湿热、盐雾、霉菌环境对YS10-021聚酰亚胺材料性能的影响,为燃气轮机选材设计和定寿、延寿提供数据支撑。方法 设计开展YS10-021聚酰亚胺三防试验,定期测试试样老化后的物理性能,并对试验数据进行统计分析。结果 经3552h湿热试验后,高温拉伸强度和高温弯曲强度下降24%,仍然符合出厂指标要求;常温弯曲强度下降34%,简支梁冲击强度下降62%,超出指标要求;其他各项性能未见明显老化。经3 552 h盐雾试验后,弯曲强度下降30%,其余性能均在出厂指标要求范围以内。经84 d霉菌试验后,YS10-021聚酰亚胺各项性能均有轻微下降趋势,但老化不明显。结论 YS10-021聚酰亚胺在湿热、盐雾、霉菌环境中的耐受性良好。总体来看,湿热和盐雾环境对YS10-021聚酰亚胺力学性能的影响更大。     

高效集热自然环境加速试验设备设计

目的 设计一种能够高效强化太阳辐射热效应的自然环境加速试验设备,在自然环境中构建具有极端高温和高低温循环条件的试验微环境。方法 研发高效集热自然环境加速试验设备,采用模块化设计,包括试验箱体、跟踪太阳基座和控制与数据记录部件,试验箱体5面为双层保温结构,顶部采用2 mm厚单层铝合金板材作箱盖,并涂覆吸热率大于90%的太阳吸热涂料。然后将黑色试验箱安装于跟踪太阳基座上,采用PLC对跟踪基座和箱体内试验参数进行一体化控制,使得箱盖始终与太阳光垂直。结果 设计完成的自然加速试验设备不但能够实现高效的光热强化,产生更大的昼夜和季节温差,同时还兼顾了其他环境介质对试验样品的影响。结论 研制的高效集热自然环境加速试验设备加工与制造难度小,能耗低,使用效费比高,更适用于户外装备内部产品的耐环境能力评估。     

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。     

自然环境超高加速光老化试验系统研制

目的 设计一种能够高效强化太阳紫外光辐射强度的自然环境加速试验设备,在自然环境环境中,用于高分子材料及制品、零部件的耐光老化高加速试验与快速评估。方法 自然环境超高加速光老化试验系统研制主要采用模块化设计思路,基于3个太阳辐射强化原理,开展紫外反射镜开发,设计系统总体结构、试验主机、太阳能供电分系统和控制分系统等,对主机结构进行有限元强度和变形量分析,开发以PLC为核心的控制系统和以触摸屏及计算机为媒介的人机交互软件。结果 研制的自然环境超高加速光老化试验系统采用太阳能清洁能源供电,实现了40倍以上的太阳紫外辐射强化。结论 研制的自然环境超高加速光老化试验系统加工与制造难度小,加速倍率高,环境友好,使用效费比高,更适用于户外装备用高分子材料及制品的耐光老化评估。     

7075铝合金板自然环境太阳辐射热效应及影响因素分析

目的 研究典型金属材料在自然太阳辐射环境下的热效应,并分析试验件属性及环境参数等不同因素对材料热效应的影响规律。方法 通过设计自然环境下太阳辐射热效应试验方案,分析涂层颜色、粗糙度等对7075铝合金材料太阳辐射热效应的影响,建立一种太阳辐射环境下稳态温度的计算算法。结果 获取了在9月前后20 d内的外场辐照度及10组试验件的温度测量数据,得到了涂层颜色、粗糙度等对材料热效应的影响规律。此外,建立的简化算法和试验数据误差在5%以内,具有精度高、形式简单等优势,可以应用于给定辐照强度下典型材料热效应的预测。结论 针对特定试验件,辐照度和风速是影响其热效应的主要因素。当辐照强度在较高的范围内变化时,试验件温升基本和辐照度成正比。随着自然环境风速的增加,试验件温度的下降幅度减小。     

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。     

太阳辐射试验标准中的太阳光谱分布

目的为太阳辐射试验标准、光老化试验标准修订时正确选择太阳光谱提供依据。方法辨析CIE NO.20,CIE NO.85两种出版物太阳辐射光谱特点,从五个方面对此问题进行探讨,统计这两种太阳辐射光谱带宽辐照度的误差;分析相对空气质量、臭氧与水分、云层光学厚度、地表反射率等因素对太阳辐射光谱辐照度的影响;分析人工辐射光源光谱分布特点,以及它们与太阳辐射光谱的差别;分析当前光老化试验标准对光谱辐照度允差的要求;介绍光老化试验结果间的可比性。结果 CIE NO.85光谱更准确、更细致,但其波长范围较窄,两种光谱辐照度的差别很小,大气环境中许多因素会降低到达地面的光谱辐照度;人工辐射光源光谱与太阳光谱的误差、光老化试验标准中光谱辐照度允差都远大于前述太阳辐射光谱间的误差,标准对太阳光谱波长范围的要求比CIE NO.85光谱宽。结论太阳辐射试验标准、光老化试验标准修订时,仍可选用CIE NO.20光谱作为太阳辐射光谱。     

DIN 75220标准阳光模拟试验与海南户外暴露试验对比研究

为了对比DIN 75220标准阳光模拟试验与我国海南户外暴露试验,以某型汽车整车和PC、PS标准板为研究对象,对自然曝晒试验和基于DIN 75220标准的整车阳光模拟试验中汽车典型部位微环境、汽车典型部件失效行为以及温度校正太阳辐射量的结果进行了对比研究。分析了2种试验方法中各统计量间的相关关系,进一步结合2种方法下的油漆件色差、内外饰件间缝隙变化结果以及关键部件典型失效问题,提出了适合用于模拟我国海南典型湿热自然环境的定制化阳光模拟试验循环。研究结果表明,基于DIN 75220标准的1个周期整车阳光模拟试验可以反映约80%的湿热自然环境整车曝晒试验3~6个月出现的失效问题。DIN 75220标准中,潮湿气候循环试验可以较好地模拟我国海南湿热自然环境,35个潮湿气候循环可以模拟海南整车自然曝晒1 a。     

丁腈橡胶5171密封件热氧老化研究

开展了腈橡胶5171热氧老化试验,结合老化前后宏观、微观性能的变化,对其热氧老化行为及规律进行了研究。结果表明,老化前期,丁腈橡胶5171的物理力学性能出现了较大幅度下降,表面氧元素相对含量及分子链交联密度明显增大,说明橡胶发生了以交联反应为主的吸氧老化;随着老化时间的延长,表面碳元素相对含量上升,氧、氮元素相对含量下降,说明防老剂D和增塑剂癸二酸二丁酯发生了向表面的扩散和迁移,进一步劣化了橡胶的性能。