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氟橡胶密封圈贮存寿命评估

    根据老化速率常数K70=0.0133,K80=0.01518,K90=0.01737,K100=0.1955拟合出lnK与1/T的关系直线,如图2所示。拟合直线方程为:lnK=0.57271-1679.2614/T,由此外推可得25℃时的反应速率常数K=0.00633,取B平均值为0.8758,可得lnB=-0.1326,将其代入式(1)可得橡胶密封圈的使用寿命t=7559d,约为20.71a。由于试验中存在各种误差,一般取安全系数为2,即该型号橡胶在25℃,50%RH的条件下其保险贮存寿命为10.35a。通过氟橡胶的高温老化和恒温湿热试验发现,在70℃时,相对湿度对氟橡胶的影响相当明显,相对湿度为85%和95%的橡胶密封圈老化速率分别是相对湿度为50%时热老化速率的7.47倍和8.65倍。通过对试验结果的进一步分析发现,氟橡胶在老化过程中,还存在着非化学因素的影响,而这种影响在一定程度上会降低橡胶的密封效果,因此,在开展橡胶贮存延寿方面的工作时,有必要将对非化学因素影响的研究纳入其中。在上述研究的基础上,对橡胶密封圈的贮存寿命进行评估,推算出氟橡胶密封圈在25℃,50%RH环境下的贮存寿命为10a左右。通过算例还发现,高温高湿环境对橡胶的影响巨大,因此,在平时氟橡胶密封圈的贮存和使用过程中,要更加注意环境的温湿度,定时检查橡胶圈的密封性能是否良好。高温高湿环境对橡胶密封圈影响分析从表1可以看出,随着温度的升高,氟橡胶的老化速率K逐渐增大,但是在高温高湿情况下,橡胶的老化速率急剧增加,温度为70℃,相对湿度为85%和95%的橡胶密封圈老化速率分别是湿度为50%时热老化速率的7.47倍和8.65倍。由此可见,70℃时,湿度对氟橡胶的影响很大。由表1中数据可以得出氟橡胶密封圈在不同温湿度环境下分别对应的老化动力学方程为式(4)—(9)。假设橡胶密封圈的压缩永久变形临界值为26%,则橡胶密封件70,80,90,100℃,50%RH环境下的分布分别为1242,791,417,271;在70℃,85%RH和70℃,95%RH环境下的寿命分别为16.2,12.2d。在我国南部琼海地区,年最高温度37.7℃,平均湿度81%[10],但因阳光充足,地面或金属设备表面可以达到更高的温度。假设氟橡胶密封圈接触的法兰因为某种原因达到70℃,而当时湿度为85%,分析这种情况持续1h对橡胶的寿命影响有多大。根据公式得出,即在70℃,85%RH的环境下放置1h,可以使橡胶密封圈的寿命减少71.4d。由此可以看出,湿热环境对橡胶密封件的影响比较显著;如果湿度较小,那么根据公式可得t25=7.6h,即在70℃,50%RH的环境下放置1h,橡胶密封圈的寿命仅仅减少7.6h。经过对比不难发现,湿度对于橡胶的影响极为明显。非化学因素对橡胶密封圈影响分析图1中,氟橡胶在热老化1d后ln(1-ε)值很大,70℃压缩永久变形率高达12.24%,而后其压缩永久变形率增加则较为平缓。从式(1)可以得出,当t=0时,1-ε=B,即1-B就是初始压缩永久变形率。在70℃热老化试验中,1-B的值约为0.111,也就是说氟橡胶在老化前的变形率就已经达到11.14%,但在现实中这种现象是不可能出现的。此外,B值在理想状态下为1,但经过计算,在70,80,90,100℃下,B平均值仅为0.863,在高湿条件下B值却高达0.98。经过分析认为,引起这种现象的原因可能是在热老化初期,橡胶内部分子间隙在压力的作用下大幅减小,只有少量分子链断裂,这一过程中非化学因素占据了主导地位,而化学因素的作用很小。以70℃环境举例,老化1d后ε值为12.24%,其非化学作用引起的变形即1-B的值为11.14%,那么就可以计算出在这1d时间内,橡胶内部因化学作用引起的变形仅为1.1%。在高湿情况下由于水分的介入,橡胶内大分子链迅速交联,产生化学作用,并且在以后的老化过程中,这种作用持续存在,橡胶性能平稳下降,因此这期间非化学因素的作用就显得比较小。www.tianjiexiangsu.com

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