橡胶热老化试验标准

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。

橡胶热老化试验标准

警告:使用本标准的人员应熟悉正规实验室操作规程。本标准无意涉及因使用本标准可能出现的所有安全问题。制定相应的安全和健康制度并确保符合国家法规是使用者的责任。

1 范围

本标准适用于硫化橡胶或热塑性橡胶在常压下进行热空气加速老化和耐热试验。

2 引用标准

下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

GB/T 2941-1991橡胶试样环境调节和试验的标准温度、湿度及时间(eqv ISO

471:1983)

GB/T 9865.1-1996硫化橡胶或热塑性橡胶样品和试样的制备 第一部分 物理试验(idt ISO 4661-1:1993)

GB/T 14838-1993 橡胶与橡胶制品 试验方法标准 精密度的确定(neq ISO/TR

9272:1986)

3 原理

试样在高温和大气压力下的空气中老化后测定其性能，并与未老化试样的性能作比较。

与使用权有关的物理性能应用来判定老化程度，介在没有这些性能的确切鉴定的情况下，建议测定拉伸强度、定伸应力、拉断伸长率和硬度。

3.1 热空气加速老化 在本试验方法中，氧气浓度很低，即使氧化作用很快，氧气也无法充分扩散到橡胶内部以保持一致的氧化作用。因此，在标准试验方法中规定的厚度的样品适合于本试验方法使用时，本老化试验方法对老化性能差的橡胶可能得出错误的结果。

3.2 耐热试验

在本试验方法中，试样经受与使用时间相同温度和规定时间后，测定适当的性能，并与未老化试样的性能作比较。

4 试验装置

橡胶试样采用热空气老化箱进行试验，老化箱应符合下列要求:

a)具有强制空气循环装置，空气流速0.5m/s,1.5m/s,试样的最小表面积正对气流以避免干扰空气流速;

b)老化箱的尺寸大小应满足样品的总体积不超过老化箱有效容积的10%，悬挂试样的间距至少

烘箱中橡胶老化—标准测试方法

1.范围

1.1 此测试方法包含了确定温度升高对硫化橡胶物理特性的影响的一种方法。 此测试方法结果不一定给出一个准确的性能关联，因为性能条件变化很大。但是此测试方法可以用来在实验室比较的基础上评估橡胶化合物。

1.2以国际单位的值为标准。括号中给出的值仅供参考。

1.3此标准不一一陈述关于食用的所有安全问题。使用者有责任在使用前建立合适的安全健康措施，确立使用的规章限制。（特殊预防声明，见注释1）。

2.参考文件

2.1ASTM标准：2

D15 橡胶产品的化合物和样件制备的物理测试方法

D412 硫化橡胶和热塑性橡胶弹性体—拉伸测试方法

D1349 橡胶—测试标准温度

D3182 橡胶—材料，仪器，标准混合物混合程序、标准硫化板制备程序

D3183 橡胶—产品中挑选测试件

D3184 橡胶测试方法—NR（天然橡胶）评估

D3185 橡胶测试方法—SBR（丁二烯橡胶）包括与油的混合

D4483 橡胶和碳黑制造工业标准测试方法评估精确度

E145 比重-对流和强制通风箱规范

3.测试法方法概述

3.1硫化橡胶在制定的温度升高中曝光一段时间，之后其物理特性是确定的。与原始样件进行对比，记录改变之处。

3.2除非另有说明，确定物理特性应按照测试方法D412。

3.3除其他说明之外，在此测试方法中，应符合D3182和D3183要求，并作为测试方法的一部分。

3.4如果此测试方法条款与详细说明书或特殊材料测试方法发生冲突，则以后者为先。

4.重要性和使用

4.1橡胶和橡胶产品必须对氧化和热老化时间有耐退化作用。此测试方法提供了在制定加速条件下的橡胶性能特性的评价方法。

4.2加速测试老化评估的标准混合物重要信息请参见附录A1。

5. 仪器

5.1温度为70℃时可以使用测试方法E145中指定的类型ⅡB，温度更高时则有必要使用类型ⅡA。

5.1.1内部尺寸如下或者同等量：

空气箱内部尺寸：

橡胶小知识--橡胶老化实验

橡胶老化试验

老化是橡胶性能受损的主要原因之一。由于产品的配方和使用条件各异,老化历程快慢不一,所以,需要通过老化试验来测定和评价,以评定橡胶老化的程度及其对性能的影响。老化试验就是在外部条件下,经过一定时间后,考核橡胶性能前后变化(一般是性能下降或劣化)化的试验方法及所用的测试手段。常用的橡胶老化试验方法和有关装置如下。

一、自然老化试验 橡胶试片在拉伸状态下,放置在室外自然环境中,经长时间日晒雨淋后,观察、测定和比较前后的性能变化。这种方法虽逼真度高,对实际状况的模拟性强,但往往费时太长,一般作为辅助参考是合适的,但要在短时间内完成测试,得出结论是不可能的。

二、加速老化试验 为了在较短时间内得到老化试验数据,有必要采用加速型的老化试验,即强化试验条件,加快老化进程,大幅度缩短测试周期,较快地获得测试结果—老化数据。这类试验项目有:

1、烘箱加热老化试验 简称热老化试验,是目前应用最广的方法。所用的测试设备是加热烘箱。加热温度(常用为70 和100 ℃) 和时间(常用为72 、144 h) 可以设定。试片悬挂在箱内的回转片架上。试验结束后,取出试片,测定其性能,并与老化前数据进行对比,计算老化系数,衡量其减损程度。例如,某胶料热老化前的拉伸强度为20 MPa ,热老化后降为12 MPa ,则老化系数为0.6。

2、天候老化试验 模拟在室外使用时的环境条件,对试样进行箱内的加速老化试验。试验装置能再现实际使用中遇到的气候条件,如光晒(以灯光照射代替) 、雨淋(以喷水代替) 。所以,在仿真、模拟条件下的加速老化试验光源采用紫外光或碳弧灯。试验时间可在10 ～1000 h内调节。试验结束后除进行物理性能测定外,还需观察其表面龟裂状况。

3、臭氧老化试验 用来考察臭氧对橡胶的损害程度。试验装置是密闭的臭氧老化箱。内有臭氧发生器,通过水银灯产生一定浓度的臭氧。试片试验时接受一定的的拉伸变形。经一定时间后观察试样表面裂纹深度,判断胶料的抗臭氧水平。