用加速老化方法推算硫化橡胶制品使用寿命

李子安，郑健红，朱虹，魏申莉

（天津市橡胶工业研究所，天津，300384）

DOI:10.3969/j.cn.12-1350(tq).2013.04.005

为了预测硫化橡胶制品的使用寿命，用其指导科研和生产，满足市场的需求，我们采用对硫化橡胶加速老化的方法，以此推算出其在常温下的参考使用年限。

为了保证推算工作顺利进行，前期我们做了充分的准备，确定了推算依据和推算原理，并就性能及其临界值的选择和试样、试验温度、老化时间的确定以及实验设备、实验人员的选择做了规定，同时对试验程序、数据采集和数据处理等内容进行了规范。

一. 推算依据：

《硫化橡胶或热塑性橡胶应用阿累尼乌斯图推算寿命和最高使用温度》（GB/T 20028-2005/ISO 11346:1997）。

二. 推算原理

在选定的测试温度下，把所选取的性能（参数）数值变化看作是时间的函数，定期取样测试性能，直至性能达到相应的临界值为止，从而得出在该温度下老化的失效时间。相同的试验应该至少在其它两个温度下进行，以所获得的失效时间数值与温度的函数作出阿累尼乌斯图，再经函数变化得到的直线可以外推到使用（或储存）温度下的失效时间。外推法通常在超过最终数据点的30-40℃内。

三. 性能的选择

测试硫化橡胶试片老化前和老化后的全项物理机械性能（硬度、拉伸强度、扯断伸长率、扯断永久变形和伸长率分别为100％、150％、200％、300％的定伸应力。所取数据最终要筛选，保留下遵循阿累尼乌斯曲线的性能。

四. 临界值的选择

选取的临界值应符合产品的实际使用条件，根据前期对硫化橡胶制品摸索性老化试验的检测结果，选择拉伸强度和扯断伸长率下降到原始值的50%为临界值，并以此推算实际使用寿命。

五. 试样

1.试样制备方法应符合GB/T 9865，试样的调节应符合GB/T 2941规定。

2.试样的数量：由于试样要进行老化试验，老化试验按照GB/T 3512标准进行，共取40组每组选择5个试样。

3.试验强力测试方法按照GB/T 528进行。

作者简介：李子安（1963-），男，高级工程师。天

津质检四十二站（石油和化学工业橡胶及再生产品质检

中心）站长，长期从事橡胶材料及制品的检测。

- 20 -六. 试验温度

为了保证寿命推算标准中规定的所选最低温度达到临界值至少需1000h，所选择的最高温度达到临界值的时间不少于100h，根据前期探索性热老化试验结果见表1，确定老化试验的三个温度为：60℃、70℃、80℃。

表1探索性热老化试验条件和性能检测结果

项目拉伸强度MPa 扯断伸长率%

老化前 28.6 600 90℃×48h 3.3 150 80℃×48h 12.0 310 70℃×48h 21.5 460

七. 老化时间

为了绘图的准确性和平滑性，并保证每个测试温度下的测试点尽可能达到10个，我们初期规定了不同温度下的老化时间如下：

80℃: 12h、24h、36h、48h、72h、96h、120h、144h。

70℃: 12h、 24h、48h、72h、96h、120h、144h、168h、192h、216h。

60℃: 48h、96h、144h、192h、2h、336h、408h、480h、8h、744h、840h、936h、1032h。

但实际老化时间的确定，是依据试验过程中每个温度下不同老化时间下所测试的性能而定，即根据性能下降快慢定出下一次取样时间。

八. 实验设备、实验员选择

1.试验设备

①电子拉力试验机

为确保测试数据的准确性，避免人为读数带来不必要的偏差，采用英斯特朗电子拉力试验机。

②热老化箱

热老化箱应符合GB/T 3512－2001的规定，并专箱专用。试验在热空气中进行，保证老化箱中的温度均匀。试验温度要定期观察，每2小时观察一次，并做好记录。

2.实验员

实验员应熟悉并熟练操作上述试验。测试项目有专人负责，同机同人进行测试。因为测试硬度、扯断永久变形等性能，读数受人为因素影响比较大。

九. 试验程序

1.试验开始时，按规定条件进行调节（如恒温放置等），按GB/T 528、GB/T 531.1检验标准进行老化前强力全项的测试（任取两组试片测试强力全项，以考核试片制作过程中的误差，误差不应超过5%）。

2.将30组试样分别放入60℃、70℃、80℃并保持恒温的老化箱中进行老化试验。

3.在每个热老化周期结束时，对试样进行环境调节，并对试样外观进行检查，如有意外情况做好记录，然后按GB/T 528、GB/T 531.1进行强力全项测试并记录。

4.试验过程中每个试验温度下，下一个老化周期的选取，依据初步选定时间间隔和实际测试中材料性能下降快慢，决定出下一次取样的周期。尽量使每个测试温度的数据采集达到10个以上，且测试点均匀分布。

5.每个周期取样时，应尽可能快速，以免影响

- 21 -老化箱的温度。

6.继续该步骤直至所测试的材料性能数据全部低于临界值，即停止该温度下的老化试验。十. 数据采集

在60℃、70℃、80℃下不同老化时间后试样的测试数据分别见表2、表3和表4。

表2 60℃扯断伸长率与拉伸强度值

时间（天）扯断伸长率，% 扯断伸长率保持率，% 拉伸强度MPa 拉伸强度保持率，%

0 588 100 30.150 100

2 482 82.0 26.62

3 88.3

4 483 82.1 26.032 86.3

6 453 77.1 25.323 84.0

8 461 78.4 23.250 77.1

11 412 70.0 17.337 57.5

17 295 50.2 13.102 43.5

23 300 51.0 13.054 43.3

29 277 47.1 11.675 38.7

45 242 41.2 9.118 30.2

65 207 35.2 8.428 28.0

表3 70℃扯断伸长率与拉伸强度值

时间（天）扯断伸长率，% 扯断伸长率保持率，% 拉伸强度MPa 拉伸强度保持率，%

0 588 100 30.150 100

0.5 522 88.8 26.284 87.2

1 487 82.8 24.066 79.8

2 377 .1 18.965 62.9

3 332 56.5 16.257 53.9

4 340 57.8 15.116 50.1

5 248 42.2 13.027 43.2

6 262 44.6 13.566 45.0

7 246 41.8 12.986 43.1

8 226 38.4 11.192 37.1

9 223 37.9 10.875 36.1

12 194 33.0 9.407 31.2

16 196 33.3 9.346 31.0

- 22 -表4 80℃扯断伸长率与拉伸强度值

时间（天）扯断伸长率，% 扯断伸长率保持率，% 拉伸强度MPa 拉伸强度保持率，%

0 588 100 30.150 100

0.5 402 68.4 19.700 65.3

1 325 55.3 15.178 50.3

1.5 268 45.6 11.700 38.8

2 246 41.8 10.335 34.3

3 199 33.8 8.708 28.9

4 1 32.1 7.318 24.3

4.6 193 32.8 7.968 26.4

5 174 29.

6 6.554 21.7

十一. 数据处理

A. 用扯断伸长率求寿命

1.用所选项中扯断伸长率保持率与时间的关系作图（见图1），用插入法得出在温度分别在60℃、70℃、80℃达到临界值时的时间t3、t2、t1。

从图1中可以求出不同温度（T）下扯断伸长率达到临界值时对应的时间（t）（见表5）。

2.用每个测试温度达到的临界值时间的logt 与相应的测试温度倒数（1/T）对应关系列入表（见表5）。

3.通过三点连线，并求取最佳拟合直线logt～1/T方程 Y =7577.04759X -21.39817。

当使用温度为室温23℃时，在该直线上外推使用寿命，使用寿命为15471天（42.39年），安全系数取2，寿命约为21

年。

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表5 扯断伸长保持率达到50％时，各老化温度所对应的时间

温度T （K ） 60+273.15

70+273.15

80+273.15

时间t （天） 23.59（t 3） 4.27（t 2） 1.22（t 1）

1/T 0.003002 0.002914 0.002832 Logt 1.3727 0.6304 0.08

logt 与1/T 的对应数值作图（见图2）。

1.用拉伸强度保持率与时间的关系作图（见图3）。用插入法得出在温度分别为60℃、70℃、80℃达到临界值时的时间t3、t2、t1。

从图3中可以求出不同温度（T）下拉伸强度达到临界值时对应的时间(t)（见表6）。

2.用每个测试温度达到的临界值时间的logt 与相应的测试温度倒数（1/T）对应关系列入表（见表6）。

表6 拉伸强度保持率达到50％时，各老化温度所对应的时间

温度T（K） 60+273.15 70+273.15 80+273.15

时间t（天） 17.45（t3） 3.87（t2）0.98（t1）

1/T 0.003002

0.002914

0.002832

Logt 1.2418 0.5877 -0.0088 用logt与1/T的对应数值作图（见图4）。

3.通过三点连线，并求取最佳拟合直线，Logt～1/T方程 Y =7357.40177 X -20.84728，在该直线上外推使用寿命（使用温度为23℃）为9969天（27.09年），安全系数取2，寿命约为13.5年。

综上所述，拉伸强度和扯断伸长率是硫化橡胶制品物理性能的两个最基本的参数，在实际工作中，可以根据不同橡胶制品及其使用环境要求，在其物理性能指标中选择具有代表性和最能反映其满足使用性能的参数作为推算的基本参数即可，没有必要将全部物理性能指标作为推算的参数，以减少能源和人力的消耗。

我们利用拉伸强度和扯断伸长率来推算橡胶使用寿命，两个参数的最终推算的年限分别是21年和13.5年，在最终确定使用年限时还要考虑其它诸多因素，具体的结论，要在参考这两个年限数字的基础上，综合评估后得出。

收稿日期：2013-7-9

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用加速老化方法推算硫化橡胶制品使用寿命

作者：李子安， 郑健红， 朱虹， 魏申莉

作者单位：天津市橡胶工业研究所，天津，300384

刊名：

橡塑资源利用

英文刊名：Rubber & Plastics Resources Utilization

年，卷(期)：2013(4)

本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_xszyly201304005.aspx