文档介绍：硕士学位论文

橡胶密封材料热氧老化及寿命评估研究

STUDY ON THERMAL-OXIDATIVE
AGING AND LIFE ASSESSMENT OF
RUBBER SEALING MATERIAL

汪俊

哈尔滨工业大学
2011 年 6 月
国内图书分类号:TB33 学校代码:10213
国际图书分类号: 621 密级:公开

工学硕士学位论文

橡胶密封材料热氧老化及寿命评估研究

硕士研究生: 汪俊
导师: 王友善副教授
申请学位: 工学硕士
学科: 工程力学
所在单位: 复合材料与结构研究所
答辩日期: 2011 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index: TB33
: 621

Dissertation for the Master Degree in Engineering

STUDY ON THERMAL-OXIDATIVE
AGING AND LIFE ASSESSMENT OF
RUBBER SEALING MATERIAL

Candidate: Wang Jun
Supervisor: Associate Prof. Wang Youshan
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Engineering Mechanics
Affiliation: Center posite Materials
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

摘要
橡胶密封件作为一种广泛应用于航空航天、化工、电子电气、医疗器械以及
机械制造等领域的高分子材料,在高温、氧气以及机械应力等环境因素的作用下,
会呈现出性能逐步衰退的现象,即产生了“老化”。目前,国内外针对橡胶热氧老
化所产生的微观化学变化研究工作较多,很少有人将橡胶老化时的微观形貌与宏
观力学性能上的变化相结合来探讨其老化失效机制,并且迄今为止,国内外橡胶
密封件的老化寿命预测研究均处于初期理论探讨阶段。
本文以顺丁橡胶材料为研究对象,开展了 5 个温度条件下的静载热氧加速老
化试验,并从力学性能、微观组织形貌、元素含量变化等方面研究了顺丁橡胶的
老化失效机制。研究发现,顺丁硫化胶中由于含有残留的未硫化组分,其老化过
程中同时伴随着链的交联和断裂反应,老化初期,以断裂反应为主,老化后期以
交联反应为主。同时经过试验分析发现,由于扩散限制氧化的影响,顺丁橡胶材
料的内部和外部性能存在很大差异。因此本文还特别针对扩散限制氧化现象进行
材料压缩状态下的有限元数值仿真,仿真结果同试验验证表明,顺丁橡胶在老化
时材料试样内外性能有很大不同,对材料内外采用统一的本构模型,仿真数据不
能模拟出压缩试验中出现的屈服现象,反过来证明了老化后顺丁橡胶材料内部与
外部的材料本构关系已发生变化。
本文通过测定不同温度下压缩永久变形随时间的变化数据,在温度为
298K、残余性能为 30%时,依据国标预测出所研究橡胶密封材料的贮存寿命为
年;同时本研究通过动力学公式计算了所研究橡胶密封材料在 5 个温度点下
的降解速率常数 K 值。通过建立阿累尼乌斯图,本研究发现了橡胶密封材料的非
阿累尼乌斯行为,并在此基础之上,建立了以活化能为表征参数的橡胶密封材料
贮存寿命预测模型,并对所研究的橡胶密封材料进行了贮存寿命预测,结果表
明,在相同条件下预测结果为年;通过与该材料的实际贮存寿命 5-6 年进行
对比,可以证明,本研究所建立的模型及预测方法更精确。
关键词:橡胶密封件;热氧老化;扩散限制氧化;活化能;寿命预测

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

Abstract
Rubber seals are polymer materials which are widely used in aerospace, chemical,
electrical and electronics, medi