一种基于加速老化试验的氟橡胶静密封材料寿命评估方法与流程

本发明属于氟橡胶静密封材料，具体涉及一种基于加速老化试验的氟橡胶静密封材料寿命评估方法

背景技术：

1、氟橡胶静密封材料及构件在长期服役过程中，在热、氧等环境因素作用下会产生老化，导致其宏观性能无法满足使用需求，氟橡胶静密封材料的过早损害，会造成资源浪费，同时有可能因此造成更大事故的发生，因此，氟橡胶静密封材料的加速老化和寿命评估一直是人们关注的热点问题。

2、在高分子材料加速老化及寿命评估方法方面，目前经常采用的方法主要有iso2578:1993、gb/t 20028-2005、gb/t 7142-2002、gjb-92.1-86、 gjb-92.2-86及hg/t 3087-2001等。其中，iso 2578:1993、gb/t 20028-2005和gb/t 7142-2002三个方法相似，这些方法主要内容为在不少于3个温度条件下开展加速老化试验，分别得到各温度条件下的失效时间，然后根据阿累尼乌斯定律进行数据处理，评估材料的贮存寿命。gjb-92.1-86、gjb-92.2-86和hg/t 3087-2001三个方法内容相似，在不少于4个温度条件下开展加速老化试验，数据处理方法是先对性能保留率的对数-时间（lnp-tα）进行直线回归，求得不同加速温度下的速率变化常数k和其他常数，然后根据阿累尼乌斯定律，对速率变化常数的对数-试验温度的倒数（lnk-1/t）进行直线回归，求得贮存温度下的速率变化常数，从而建立性能衰退模型，评估材料的贮存寿命。

3、氟橡胶因c-f键能高，氟原子半径约为c-c键长的一半，氟原子能紧密的排列在碳原子周围，分子结构规整性好，紧密排列的氟原子形成了c-c键保护屏障等原因使得氟橡胶具有优异的耐化学老化性能；然而，氟橡胶极性高，分子间作用力强，当受到压缩时，分子链产生一定取向，排列会更加紧密有序，分子间作用力进一步增强，去除压缩载荷后伸张和滑移的氟橡胶分子链段难以克服分子间作用力而恢复原位，表现出了较强的粘滞性，容易产生物理老化。前面所述的加速老化方法均是基于描述化学反应的阿累尼乌斯方程进行数据处理，这些方法用于易发生物理老化的氟橡胶静密封材料寿命评估会产生较大偏差。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于加速老化试验的氟橡胶静密封材料寿命评估方法，以压缩永久变形为表征指标，开展四个温度点加速老化试验，综合考虑物理老化和化学老化，基于wlf（williams-landel-ferry）方程建立氟橡胶静密封材料试验温度与失效时间的函数，用以评估氟橡胶静密封材料寿命。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：首先，确定加速老化试验的最高温度，相邻温度间温差不小于10℃，确定剩余试验温度，根据确定的试验温度，开展氟橡胶静密封材料高温压缩永久变形试验，定期取样并测定压缩永久变形；然后，以老化时间的对数为自变量，以压缩永久变形为因变量，进行多项式回归分析，得到各温度点下的回归方程，计算得到各温度点下的失效时间；最后，根据得到的各加速老化试验温度下的失效时间，基于wlf（williams-landel-ferry）方程建立氟橡胶静密封材料试验温度与失效时间的函数，用以评估氟橡胶静密封材料寿命，实现本发明目的。

3、本发明涉及的基于加速老化试验的氟橡胶静密封材料寿命评估方法，其特征在于，该方法的步骤是：

4、（1）设计氟橡胶静密封材料加速老化试验温度

5、根据氟橡胶静密封材料与温度的关系特点，选取四个温度点开展氟橡胶静密封材料加速老化试验，其中，最高温度设置为120℃；

6、（2）开展氟橡胶静密封材料的四温度点加速老化试验

7、根据选取的四个试验温度，开展氟橡胶静密封材料加速老化试验，定期取样并测定压缩永久变形；

8、（3）氟橡胶静密封材料加速老化试验结果回归分析

9、以老化时间的对数为自变量，以压缩永久变形为因变量，对氟橡胶静密封材料加速老化试验结果进行多项式回归分析，得到各温度点下氟橡胶静密封材料的回归方程；基于既定的失效临界值和得到的氟橡胶静密封材料回归方程，计算得到各温度点下的失效时间；

10、（4）氟橡胶静密封材料贮存温度下性能衰退模型的确定

11、根据wlf方程建立氟橡胶静密封材料试验温度与失效时间的函数，该方程如下所示：

12、

13、式中： t为试验温度， tr为参考温度， t和 tr分别是温度 t和 tr下材料性能达到临界值的失效时间， c1和 c2是经验参数。

14、将上式倒置，可得：

15、

16、选取加速老化试验中最低温度为参考温度 tr，其失效时间为 tr，通过-1/lg( t/ tr)对1/（ t- tr）进行直线回归分析计算出 c1和 c2的值；

17、根据wlf方程可得：

18、

19、将上式中的lg tr代入参考温度下的多项式回归方程，得到贮存温度下的性能衰退模型；

20、（5）贮存温度下氟橡胶静密封材料的寿命评估

21、根据得到的贮存温度下的性能衰退模型和设定的失效临界值，计算得到贮存温度下氟橡胶静密封材料的寿命。

22、优选的，所述步骤（1）设计氟橡胶静密封材料加速老化试验温度中，四个温度点的相邻温差不小于10℃。

23、优选的，所述步骤（2）开展氟橡胶静密封材料四温度点加速老化试验中，取样并测量氟橡胶静密封材料试样压缩永久变形时，先将压缩装置冷却到室温，然后除去压缩载荷，试样在标准实验室温度下恢复至高度稳定后，测量其高度。

24、本发明涉及的基于加速老化试验的氟橡胶静密封材料寿命评估方法，通过设置合理的加速老化试验温度，使得氟橡胶静密封材料在加速老化条件和室温服役条件下的老化机理保持一致的前提下，具有较高的加速老化效率。本发明基于wlf（williams-landel-ferry）方程建立氟橡胶静密封材料试验温度与失效时间的函数，用以评估氟橡胶静密封材料寿命，该方程基于时间-温度等效原理，是描述高聚物粘弹性的基本原理，和基于描述化学反应的阿累尼乌斯方程的其他加速老化方法相比，综合考虑了物理老化和化学老化，能够更科学的评估氟橡胶静密封材料寿命。

技术特征：

1.一种基于加速老化试验的氟橡胶静密封材料寿命评估方法，其特征在于，该方法的步骤是：

2.根据权利要求1所述一种基于加速老化试验的氟橡胶静密封材料寿命评估方法，其特征在于：所述步骤（1）设计氟橡胶静密封材料加速老化试验温度中，四个温度点的相邻温差不小于10℃。

3.根据权利要求1所述一种基于加速老化试验的氟橡胶静密封材料寿命评估方法，其特征在于：所述步骤（2）开展氟橡胶静密封材料四温度点加速老化试验中，取样并测量氟橡胶静密封材料试样压缩永久变形时，先将压缩装置冷却到室温，然后除去压缩载荷，试样在标准实验室温度下恢复至高度稳定后，测量其高度。

技术总结
本发明公开了一种基于加速老化试验的氟橡胶静密封材料寿命评估方法，属于氟橡胶静密封材料技术领域。本发明通过设计合理的加速老化温度，开展四个温度点恒温加速老化试验，定期取样并测定压缩永久变形，以老化时间的对数为自变量，以压缩永久变形为因变量，进行多项式回归分析，得到各温度点下的回归方程，计算得到各温度点下的失效时间；基于WLF（Williams‑Landel‑Ferry）方程建立氟橡胶静密封材料试验温度与失效时间的函数，用以评估氟橡胶静密封材料寿命，该方法和基于描述化学反应的阿累尼乌斯方程的其他加速老化方法相比，综合考虑了物理老化和化学老化，能够更科学的评估氟橡胶静密封材料寿命。

技术研发人员：谢可勇,孙岩,王登霞,安琪,李家恺,王新波,刘菁菁,李晖,段剑
受保护的技术使用者：山东非金属材料研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/2/24