题目:航空丁腈橡胶热氧老化与寿命评估技术研究

2020-12-11 05:41发布

  摘要

丁腈橡胶(NBR)具有优异的粘接性能、加工工艺性能和物理机械性能,在航空密封制件中得到广泛应用。航空橡胶制件在长期使用过程中,老化是其主要失效形式之一。采用加速老化试验,研究航空橡胶材料及其制件的性能退化规律,并对寿命进行预测是该领域的重要研究方向。本文针对目前航空橡胶制件加速老化过程中难以实时监测其性能退化,且操作复杂,人为因素导致的误差较大等现状,研制了NBR压缩应力变化的实时监测装置,设计了NBR加速老化试验,分析了加速老化过程中NBR的结构变化与老化机理。在此基础上,研究了NBR热氧加速老化过程中的性能退化规律,给出了NBR不同温度下压缩应力松弛与压缩永久变形的关系,并以压缩应力松弛作为特性指标对其寿命进行了预测。 根据航空橡胶密封制件使用条件下一般承受压应力的特点,设计了带压力传感器与数据显示仪的加速老化试验装置。该装置可对NBR加速老化试验过程中的压缩应力进行实时监测,压力测试范围为0~980N,温度为0~200℃。 采用热分析、红外光谱分析、扫描电子显微镜等方法对NBR老化机理进行分析,结果表明NBR的热氧老化属自由基链式自催化氧化反应机理,在热氧老化前期以分子链之间交联为主,反应后期以分子链断裂为主,主要生成醛、酮等物质。 对热氧老化条件下NBR的物理性能、静态力学性能和动态力学性能的变化规律进行研究,结果表明NBR热氧老化初期硬度、拉伸强度及压缩永久变形率增大;继续老化后力学性能下降。随着试验时间与温度的上升,老化前后NBR试样储能模量先下降直至趋于稳定,损耗模量和损耗因子先增加后减小,峰值温度随老化时间的延长而升高。 为了便于对比分析,对NBR加速老化后的压缩永久变形进行了研究,给出了NBR在不同温度加速老化后压缩应力松弛与压缩永久变形之间的关系。在对加速老化试验过程中NBR压缩应力松弛随老化时间变化规律研究的基础上,对NBR寿命的预测方法进行研究,建立了NBR寿命评估模型,并对其寿命进行了预测。