[发明专利]基于一种压缩应力松弛测试设备的橡胶贮存寿命预测方法

说明书

技术领域

本发明属于橡胶材料寿命预测技术领域，具体涉及基于一种压缩应力松弛测试设备的橡胶贮存寿命预测方法。

背景技术

橡胶制品在贮存过程中，容易受到外界环境中的不利因素的影响而失去使用价值。为了保证橡胶制品能够有效发挥其使用性能，需要对其贮存期的寿命进行合理的预测。研究橡胶材料老化的方法通常有自然老化实验方法、人工加速老化实验方法。自然老化试验方法是评定材料寿命最好的方法，但由于实验周期长，环境条件无法控制，各地区的环境条件有所不同，各种影响无法分离研究，所以自然老化实验方法所用较少。在加速老化试验方法方面，先后出现了烘箱加速老化试验方法、氧弹加速老化试验方法、空气老化试验方法、湿热老化试验方法、人工气候老化试验方法、人工抗霉试验盐雾方法、老化试验方法及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的方法。热氧空气老化试验方法和湿热老化试验方法是人们最常用的两种加速老化试验方法。通常认为烘箱加速老化与实际自然老化最为接近。采用烘箱加速老化的方法，第一是可以缩短实验周期，第二可以控制环境条件进行试验，能够得到具有可比性的结果。橡胶材料在贮存条件下主要是热氧老化，其老化机制是热的作用将加速橡胶材料的降解、交联等化学变化，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，如扯断伸长率、压缩永久变形率。

现有技术通常采用压缩永久变形和压缩应力松弛作为特性指标来预测橡胶材料寿命。现有技术测定橡胶在常温、高温恒定形变下压缩应力的变化，即将橡胶试样压缩至产生恒定的变形，在某一温度下老化不同时间后测定试样压缩应力松弛，为橡胶材料寿命评估提供技术基础。在中国人民共和国国家标准GB1685-82的硫化橡胶在常温和高温下压缩应力松弛的测定中所记载的压缩应力松弛测试设备——松弛仪主要由夹具(压缩器)、测量装置和电信号系统三部分组成。测量装置由活动平板、可更换的弹簧片和百分表组成。活动平板由升降螺杆带动，用于移动夹具。不同厚度的弹簧片，其测力范围不同，需要根据测力范围更换弹簧片，并保证弹簧片的变形在0.4-1.10mm，在使用之前需要进行弹簧片的校正，测量时如果不能确定作用力完全作用在弹簧片上，则会引起较大的试验误差。百分表用于指示弹簧片的变形，试验中不可避免产生的摩擦力会影响百分表的误差。由于受目前设备的限制，橡胶材料寿命预测方法需要在试验过程中不断更换试样以达到准确预测橡胶寿命的试验目的，这样就不可避免的由于试样本身造成系统误差，延长试验时间，降低了试验精度。上述因素很大程度上造成了试验结果的不确定性和不稳定性。而测量时应首选能在整个试验过程中实时监测压缩应力变化的装置，进而测量压缩应力随时间的连续变化，使试验效率得以提高。

目前橡胶的寿命预测方法很多。如较简单直观的热衷斜法估算硫化橡胶的热老化寿命的方法。该方法利用热重分析测试的结果计算出橡胶的热老化表观活化能，进而确定胶料热老化寿命线的斜率和截距，最终得到胶料的老化寿命曲线，即可估算其热老化寿命，但其重复性不佳，误差较大甚至过大。最新研究进展，如陈玉波应用蒙特卡洛仿真模型方法对某齐鲁系统的橡胶密封件进行了寿命评估，弥补了传统动力学方法的不足，但其可靠性有待进一步验证。方庆红等人把人工神经网络模型应用在橡胶寿命预测研究中。依据材料本身的分子结构及运动特点，以分子运动学为理论基础的本构模型。专注于分子运动产生的宏观现象并对现象作出解释与预测的一类模型，Maxwell模型和Kalven模型都是典型代表。寿命评估方法研究中，仍然以动力学的经验模型方法为主，其他的模型方法仍有待进一步的研究与检验。根据橡胶老化机理的研究，在一定温度范围内，橡胶材料及其制品的老化机理相同，利用三个以上温度的烘箱加速老化结果外推计算橡胶材料贮存期的方法。其中包括Dakin的线性关系方法，动力学曲线直线化方法及变量折合方法。

发明内容

本发明为了解决现有技术中橡胶寿命预测问题，提供一种基于一种压缩应力松弛测试设备的橡胶贮存寿命预测方法，利用本发明所述的压缩应力松弛测试设备采集数据，基于Arrhennius修正公式，进行橡胶寿命预测。

本发明提出的基于压缩应力松弛测试设备的橡胶贮存寿命预测方法，具体包括以下步骤：

步骤一、采用基于压缩应力松弛测试设备进行数据的采集，具体是：

步骤1.1：测试试样的制备和调试：加工一个圆柱状橡胶试样，将橡胶试样硫化并保证其表面平整，依次进行热调节和机械调节；

步骤1.2：试验设备的安装及试验准备；