[发明专利]一种甲基乙烯基硅橡胶湿热老化寿命预测的方法

说明书

本发明涉及一种甲基乙烯基硅橡胶湿热老化寿命预测的方法，包括步骤如下：设定至少3种湿热老化环境，开展老化试验并间歇取样进行交联密度测试，进而使用交联密度测试数据，利用统计学方法得出不同老化环境下的动力学方程，结合实际失效样品中交联密度的实测数据作为判据，得到湿热老化寿命模型，按照湿热老化寿命模型计算得到湿热老化寿命，进行甲基乙烯基硅橡胶湿热老化寿命预测。本发明老化寿命预测方程脱离了实际开展湿热老化试验条件的束缚，只要有湿度和温度数据，就能预测其对应的寿命，具有非常便捷的特点，准确度，同时减少老化试验的时间损耗。

技术领域

本发明涉及硅橡胶应用技术领域，具体涉及一种甲基乙烯基硅橡胶湿热老化寿命的评估及预测方法。

背景技术

硅橡胶具有良好的机械物理性能、化学惰性、耐候耐温、耐紫外线辐照、生物相容性及加工性能，在航空航天、车辆交通、机械电子等领域中得到了广泛应用。硅橡胶在长期使役或自然贮存过程中会发生老化现象。这种因为受到热、氧等环境因素和使役环境中存在的压缩应力等的影响导致的老化，不仅表现为部分性能发生了明显变化，严重时甚至会失去工作能力并导致故障产生。因此对硅橡胶的老化现象开展研究并预测硅橡胶的老化寿命，是一项非常重要的工作。

使用性能临界值的选择对寿命评估类试验的最终结果影响很大，一般需根据材料或制品的规范和设计要求来确定。但是，行业内对于硅橡胶老化寿命的判据尚未形成统一的判断标准。在很多的研究中，以硅橡胶的使用工况的设计要求作为硅橡胶使用寿命的终点。比如，据文献报道，在飞机上应用的G274牌号硅橡胶，其拉伸强度保持率的临界值为75.4％；撕裂强度保持率临界值为91.4％；压缩永久变形保持率临界值为60％。又据文献报道，在飞机上应用的GXC-50牌号硅橡胶，其拉伸强度保持率临界值为87.0％；拉断伸长率保持率临界值为80.6％；撕裂强度保持率临界值为58.3％，压缩永久变形保持率临界值为60％。由于各个研究团队对于硅橡胶老化性能指标临界值的选择不统一，造成了硅橡胶老化寿命数据的不一致。即便是都以压缩永久变形保持率临界值为60％作为老化寿命的判断标准，因为硅橡胶材料的成分不一致，在老化寿命上也有显著的差别。有文献报道，飞机上应用的GXC-50牌号的硅橡胶，在标准环境(23℃)下存放时，其贮存寿命大于100年；在40℃的环境温度下存放时，其贮存寿命大于50年。同时有文献报道，飞机上应用的G274牌号的硅橡胶，23℃下贮存寿命为39年；40℃下贮存寿命为11年。这表明，需要筛选硅橡胶老化过程需要的测试指标并合理确定临界值，才能更准确地描述硅橡胶的老化过程及预测寿命。

湿热老化是硅橡胶材料较为常见的老化现象之一。较高的气温和湿度会使硅橡胶内部发生多种物理及化学作用，包括氧化反应、断链反应、交联反应等，导致硅橡胶原有的交联网络发生了严重破坏，在外观上表现为硅橡胶的机械力学性能下降、发软发粘、压缩永久变形保持率下降等等。曾磊磊等人利用持续沸腾的去离子水对硅橡胶进行湿热老化，发现湿热加速老化26天的硅橡胶样品的劣化程度与自然湿热环境运行老化10年的硅橡胶制品的劣化程度大致相当。周堃等人研究了硅橡胶密封件在自然库房、棚下和控温控湿库房分别存放时的长期贮存老化行为，认为从压缩永久变形测试、红外测试、表面微观形貌分析、裂解气相色谱-质谱分析和热重分析来看，硅橡胶密封件在10年贮存时间里主要发生了降解反应。蒋莎莎对硅橡胶材料进行湿热加速老化试验，认为从力学性能变化规律来看，硅橡胶在湿热加速老化过程中主要发生交联反应。这表明，硅橡胶在湿热环境中老化时，同时会发生降解反应和交联反应，如果选取的测试指标存在片面性的话，不能如实地反应真实的老化过程。

硅橡胶的老化是一个由多因素引起的过程，当其配方组成、形变状态、接触介质等因素固定时，硅橡胶的性能变化与老化温度、老化时间等因素符合一定的函数关系。孙书等人以航天器用GD414为研究对象，分别对其进行3种不同湿热条件下的加速老化试验，选取拉伸强度作为评价和预测GD414寿命的力学性能指标，综合考虑湿度、温度的影响，将Arrhenius模型与Eyring模型相结合，对粘接结构的寿命进行预测，得到湿热老化寿命模型，确立了GD414在湿热环境下压变性能下降20％时的老化寿命模型计算公式，为航天器用GD414硅橡胶的应用提供参考数据和理论依据。