橡膠密封材料在機(jī)械設(shè)備中起著關(guān)鍵作用，其老化失效會(huì)造成產(chǎn)品報(bào)廢，甚至造成事故和難以挽回的損失。因此，橡膠密封材料的老化機(jī)理、失效機(jī)制和壽命預(yù)測(cè)研究意義重大。橡膠密封材料的老化研究進(jìn)展，包括橡膠密封材料的老化行為和老化機(jī)理，應(yīng)力和介質(zhì)對(duì)老化行為的影響，老化評(píng)價(jià)指標(biāo)和預(yù)測(cè)方法，老化檢測(cè)技術(shù)，
01、老化行為和老化機(jī)理
導(dǎo)致橡膠密封材料老化的環(huán)境因素主要是熱和空氣，其老化的實(shí)質(zhì)是橡膠分子鏈的交聯(lián)或斷裂(簡(jiǎn)稱斷鏈)，老化機(jī)理多為自動(dòng)催化氧化機(jī)理。具體到不同種類的橡膠，發(fā)生的反應(yīng)也不同。以NBR 為例，其丁二烯單元中含有一個(gè)不飽和雙鍵，熱氧老化過程以氧化交聯(lián)為主。ZHAO等對(duì)NBR在60、80、100、125℃下熱氧老化過程中結(jié)構(gòu)和性能的變化進(jìn)行了綜合考察，
除了本體變化以外，老化過程中橡膠內(nèi)各種添加劑的變化也得到了研究者的重視。YANG等和LIU采用裂解-氣相色譜/質(zhì)譜(Py-GC/MS)跟蹤NBR和HNBR中抗氧劑和增塑劑的含量隨老化時(shí)間的變化，并將添加劑含量與結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)應(yīng)。在HNBR中,增塑劑的作用更為顯著，
02、應(yīng)力和介質(zhì)對(duì)老化的影響
橡膠密封材料使用時(shí)常處于受力狀態(tài)，并與潤(rùn)滑油等介質(zhì)接觸，因此其老化過程還要考慮應(yīng)力和介質(zhì)的影響。當(dāng)承受應(yīng)力作用時(shí)，橡膠分子鏈?zhǔn)艿郊s束發(fā)生取向，分子鏈的反應(yīng)活化能降低，老化進(jìn)程加快。外加應(yīng)力與升溫對(duì)HNBR的熱氧老化具有對(duì)等的加速作用。研究表明，外加應(yīng)力并未改變NBR的老化機(jī)理，其老化實(shí)質(zhì)仍然是分子鏈的交聯(lián)。
介質(zhì)老化研究的常用方法是將橡膠浸泡在介質(zhì)中，給予熱和空氣條件，然后與無介質(zhì)浸泡的熱空氣老化進(jìn)行對(duì)照。油介質(zhì)的影響包括幾個(gè)方面：油的溶脹作用會(huì)導(dǎo)致橡膠體積、硬度、強(qiáng)度、延伸率和質(zhì)量發(fā)生變化，甚至發(fā)生溶解，造成系統(tǒng)泄漏；橡膠中的油溶性添加劑會(huì)被油介質(zhì)萃取出來，降低橡膠的穩(wěn)定性；油中的極壓添加劑含有許多會(huì)劣化橡膠性能的化合物。因此,一般在有油介質(zhì)存在的條件下，橡膠會(huì)受到油溶脹和氧化交聯(lián)的共同作用，穩(wěn)定性和壽命都會(huì)下降。LIU等區(qū)分了商品潤(rùn)滑油和基礎(chǔ)油對(duì)NBR熱氧老化的作用機(jī)理，熱氧老化過程中NBR交聯(lián)密度的變化
03、壽命評(píng)價(jià)指標(biāo)和預(yù)測(cè)方法
老化產(chǎn)生的化學(xué)應(yīng)力松弛、壓縮永久變形以及自動(dòng)收縮均會(huì)減小接觸壓力，從而導(dǎo)致橡膠密封材料密封性能的喪失。橡膠材料的壽命評(píng)價(jià)指標(biāo)一般為斷裂伸長(zhǎng)率和壓縮永久變形量，以其值下降50%或70%作為臨界指標(biāo)；也有以拉伸強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的例子。但這些評(píng)價(jià)指標(biāo)并不適用于許多實(shí)際工況，有待進(jìn)一步優(yōu)化。壽命評(píng)價(jià)通常采用加速熱氧老化試驗(yàn)進(jìn)行。
常用的壽命預(yù)測(cè)方法主要包括Arrhenius方法、Dakin方法、曲線疊合法、動(dòng)力學(xué)曲線法、P-T-t模型、老化溫度系數(shù)法等。橡膠制品的貯存壽命研究大多通過加速老化試驗(yàn)進(jìn)行。對(duì)于NBR、NR和SBR等墊片、皮碗、密封圈，加速老化試驗(yàn)結(jié)果與自然老化結(jié)果相吻合。但是，也有一些橡膠制品的加速老化預(yù)測(cè)結(jié)果與自然貯存結(jié)果差異較大，原因包括老化機(jī)理不同、物理松弛的影響、油介質(zhì)的溶脹效應(yīng)。因此，準(zhǔn)確判定實(shí)際使用條件下橡膠密封材料的壽命仍然是老化研究領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性課題。
04、老化表征方法
橡膠在老化過程中會(huì)發(fā)生各種各樣的物理化學(xué)變化，其結(jié)構(gòu)和性能的變化都可以表征橡膠的老化。常用的表征方法包括力學(xué)性能測(cè)定、化學(xué)結(jié)構(gòu)分析、交聯(lián)密度測(cè)定、表面形貌觀測(cè)；但每種方法均只能反映出某一側(cè)面的信息，需要綜合分析才能了解老化過程的全貌。
開發(fā)在接近使用溫度的較低溫度下的高靈敏度老化檢測(cè)技術(shù)有助于規(guī)避壽命預(yù)測(cè)外推時(shí)機(jī)理變化帶來的風(fēng)險(xiǎn)。基于紅外光譜原位測(cè)定的老化評(píng)價(jià)方法，用紅外光譜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)NBR在熱氧老化過程中添加劑的逸出情況，并建立了添加劑含量(以添加劑-N=C=S基團(tuán)的吸光度表征)與橡膠彎曲回復(fù)率和斷裂伸長(zhǎng)率的關(guān)系，
備注：
上一篇：保溫杯的檢測(cè)有哪些標(biāo)準(zhǔn)及項(xiàng)目
下一篇：英國(guó)UK REACH將于2021年實(shí)施