HTPB推进剂热力耦合加速老化细观损伤机理分析

为了深入探究端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在热力耦合作用下的细观损伤机理,采用了试验表征和理论分析相结合的方法。具体而言,对在不同环境温度(50,70℃和90℃)及不同加载次数下的HTPB推进剂进行了细观层面分析。在50℃下,分别进行了约3000次和10800次加载;在70℃下,分别进行了约1800,3600次和7030次加载;而在90℃下,则进行了约1800次加载。研究发现:在热力耦合加速老化作用下,HTPB推进剂的细观损伤比单一因素老化更为显著。其细观损伤机理主要涉及两方面:一是由于基体热降解,基体自身的承载性能及其与颗粒间的粘接强度均有所下降,进而导致颗粒“脱湿”;二是颗粒的“脱湿”现象反过来进一步加剧了基体的热降解。这种相互作用使得细观损伤更加严重。研究还发现,随着老化温度的增加,细观损伤的程度会加剧,但温度过高将改变老化过程的细观损伤机理。此外,研究指出,在其他条件不变的前提下,合理选择终止加载次数对于判断HTPB推进剂是否发生显著细观损伤至关重要。本研究中,当50℃和70℃下的加载次数比(N/N_(End))分别超过0.281和0.330时,HTPB推进剂会产生显著的细观损伤。

有机硅胶粘剂加速老化与自然老化的相关性研究

选取一种单组分有机硅胶粘剂在国内典型气候条件下的漠河和敦煌两个试验站进行了自然大气暴露试验,同时在实验室环境下进行了热空气老化、湿热老化、高低温交变老化和氙灯老化4种人工加速老化试验。通过测试老化后有机硅胶粘剂试样的拉伸强度、断裂伸长率和拉伸剪切强度3种力学性能,采用灰色关联分析的方法,计算了自然老化与各种人工加速老化之间的关联度,找出了退化趋势与自然老化最相似的加速老化条件,并用Pearson相关系数的方法进行了验证。进而进行了加速因子的计算,根据加速因子即可快速预测有机硅胶粘剂在自然老化过程中的性能退化规律。研究结果表明:以拉伸剪切强度的保留率为性能衰退指标时,氙灯老化试验与漠河和敦煌两个地区自然老化试验的相关性最大,关联度分别为0.92和0.95,加速因子分别为5.51和4.14。

基于加速老化试验的海工装备O形密封圈寿命预测

针对海工装备O形密封圈实际工作中海水的酸碱性和海洋特殊环境,开展O形密封圈老化加速寿命试验。基于橡胶老化经验公式与阿仑尼乌斯加速模型,设计模拟海洋环境的老化加速寿命试验台,在湿度80%、盐度35%(质量分数)、pH值8.22的环境下,开展35、50与65℃下的老化加速试验;建立丁腈橡胶密封圈老化动力学模型,分析不同温度下压缩永久变形率随时间的变化规律,以及温度与老化时间以及压缩永久变形率之间的函数关系,预测海工装备中O形密封圈使用寿命。结果表明:密封圈在相同介质中不同温度下老化时,使用寿命随着温度升高而减少的速度并无明显变化。采用建立的密封圈老化动力学模型,推测出在25~30℃海水环境下密封圈使用寿命在1~1.5年之间,与实际使用寿命基本吻合。

基于圆弧模型的氟橡胶密封圈加速老化试验数据处理方法

目的快速评估氟橡胶密封圈的贮存寿命,解决评估过程中经验常数难以确定的问题。方法利用圆弧模型分析高温加速试验过程中φ17.5 mm×2.4 mm规格氟橡胶O形密封圈压缩永久变形随加速老化时间的性能,确定氟橡胶密封圈性能的参数初始值,对性能测试数据进行变换,利用最小二乘法,对圆弧半径和老化时间进行二项式数据拟合,得到某加速温度下圆弧半径与老化时间的数学关系式,进而计算任意老化时间的速度常数,并基于Arrhenius模型进行数据拟合,外推基准贮存温度条件下该型氟橡胶密封圈的贮存寿命。利用5个应力条件下高温加速老化试验的性能退化数据,验证本文提出的数据处理方法。结果通过对试验数据的处理,利用圆弧模型能够评估给出该型氟橡胶密封圈寿命结论为32.2 a,贮存寿命结论与设计要求25 a更为接近。结论基于圆弧模型能够进行有规律退化数据的分析处理,避免了传统数据处理方法中经验常数多次逼近求解过程,具有较高的工程应用价值。

应用Arrhenius公式利用加速老化方法推算橡胶材料寿命的应用案例

本文以氯丁橡胶硫化胶作为研究对象,基于GB/T 20028-2005《硫化橡胶或热塑性橡胶应用阿累尼乌斯推算寿命和最高使用温度》,利用在试验室进行的热空气加速老化方法,应用阿累尼乌斯(Arrhenius)公式建立橡胶材料在热空气中的老化模型,推算此橡胶材料在常温下的寿命。

电缆接头加速老化及电阻短期预测方法分析

电缆接头受现场制作工艺的影响,导致其阻值大于电缆导体,且绝缘相对薄弱,容易被击穿而发生故障。尤其是在高盐潮湿的环境下,电缆接头的状态劣化势必会对供电的安全性与可靠性造成影响。因此,在分析电缆接头主要失效机理的基础上,对电缆接头进行恒定应力湿热联合老化试验,并利用粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)优化传统的神经网络模型,以实现对电缆接头接触电阻的短期预测。通过回归分析模型和反向传播(backpropagation,BP)模型的对比分析,证明优化后的PSO-BP模型对接触电阻的预测精度更高,有利于对电缆接头的运行状态进行科学预估。

人工加速老化后建筑外墙涂料耐沾污性能研究

本研究将外墙涂料试板在测试耐沾污性能过程中增加了人工加速老化试验,并与常规耐沾污性试验的试板进行数据对比。结果表明,耐人工气候老化性能较好的样品耐沾污性能在人工加速老化后变化不大;老化后变色较明显的样品耐沾污性能变差,表面出现粉化等现象也会造成耐沾污性能的下降。说明当前的耐沾污性检测方法还不能完全模拟实际应用场景下的耐沾污能力,提出了改进思路,为相关方法标准的修订提供参考。

飞机用膨化聚四氟乙烯材料加速老化试验及寿命评估研究

采用双向拉伸工艺制备了国产高强型膨化聚四氟乙烯密封材料,通过热循环试验和热空气老化试验对其老化性能进行研究。结果表明,经过热循环试验后该材料的体积保留率为89%,拉伸强度提高至原来的109%。从SEM图片可以看出,材料的节点密度有所提高,网状结构更为致密。热空气老化试验结果表明,在常温25℃下贮存时,该材料的贮存寿命超过20年,在目标使用温度条件下的寿命达到33.1年,满足民用飞机使用要求,可实现装机应用。

加速老化及腐蚀试验对混凝土涂层耐久性的影响研究

为模拟东海环境对混凝土涂层耐久性的影响,设计了单因素和多因素耦合等加速老化及腐蚀试验,从微观、宏观层面分析涂层的耐久性变化及劣化机理,定量评价涂层的防护效果。结果表明:涂层的劣化现象主要为失光、变色、剥落以及出现微孔和裂纹,但在不同试验中的腐蚀现象不同。环氧聚硅氧烷涂层抗光老化性及抗热振性较差,在多因素耦合和高低温交变试验中易产生微孔和裂纹,但在干湿循环试验中耐久性最好;丙烯酸聚氨酯涂层在干湿循环试验中因氨基酸基团等分子链降解较严重,在缺陷处涂层剥落,保色性最差;氟碳涂层各项性能较稳定,抗热振性最好,附着力最高。干湿循环试验70 d后,电通量为0,涂层对混凝土仍具有良好防护效果。

某RDX基浇注PBX的加速老化规律与寿命评估

目的掌握环三亚甲基三硝胺(RDX)基浇注高聚物黏结炸药(PBX)的加速老化规律,分析老化机理和关键敏感参量,并探讨加速老化寿命评估方法。方法针对RDX基浇注PBX开展60、70、80℃等恒定温度下的加速贮存老化试验,采用微焦点X射线计算机断层扫描仪(微焦点CT)、核磁共振、气相色谱等方法,分析浇注炸药在老化过程中微孔隙率、交联密度以及增塑剂含量等结构参量的变化规律,通过对这几种参量的对比,分析其老化机理,并进一步对加速老化寿命评估方法进行初步探讨。结果浇注PBX在加速老化过程中会出现明显的孔隙率逐渐增加、交联密度逐渐增加以及增塑剂逐渐降低等问题,且表现为温度越高,相关性能参量变化得越快。鉴于增塑剂含量的降低理论上会导致孔隙率增加,且增塑剂具有降低感度的作用,对于侵彻安定性具有较大的影响,且增塑剂含量的表征方法简便,以增塑剂含量作为浇注PBX的敏感参量,采用阿伦尼乌斯模型,对浇注PBX的寿命进行了评估。结论RDX基浇注PBX在加速老化过程中孔隙率、交联密度以及增塑剂含量会出现较为明显的变化,可作为性能评价的敏感参量。以增塑剂含量作为敏感参量,以增塑剂含量降低10%为判据,推导出RDX基浇注PBX的寿命约为14.5 a(25℃)和23.8 a(21℃)。

湿热加速老化对季戊四醇丙烯醛树脂-RDX浇注炸药力学性能的影响

为了评估湿热老化对季戊四醇丙烯醛树脂(123树脂)-黑索今(RDX)浇注高聚物黏结炸药(PBX)炸药性能的影响,开展了湿热加速老化试验研究。采用水分吸附仪,材料试验机,扫描电镜以及红外光谱等表征方法,分析了该浇注PBX炸药试件的吸湿性能及其湿热老化前后的力学性能、断面形貌和老化机理。结果显示,RDX、123树脂及其浇注PBX的吸湿率随相对湿度的升高逐渐增加,其中123树脂的吸湿率最大,相对于主炸药RDX有较强的吸湿性,表明浇注PBX的吸湿性由体系中123树脂占主导;红外光谱结果显示123树脂经湿热老化后存在吸湿水解现象,同时湿热老化显著影响123树脂基浇注PBX力学性能,环境湿度越高123树脂基浇注PBX力学性能下降越显著,且随着老化时间延长力学性能下降明显;经65℃/90%RH老化5 d抗压强度下降了17.60 MPa,降幅达24.09%,抗拉强度下降了2.32 MPa,降幅达28.78%,当老化30 d时抗压强度下降了77.80%,抗拉强度下降了58.56%。研究结果表明123树脂基浇注PBX对湿度较敏感,而123树脂吸湿水解是导致浇注PBX力学性能显著下降的主要原因。

功率器件高温可靠性测试加速老化模型及其测试条件综述

高温可靠性测试如高温栅偏(High Temperature Gate Bias,HTGB)、高温反偏(High Temperature Reverse Bias,HTRB)、高温高湿反偏(High Humidity High Temperature Reverse Bias,H3TRB)是器件出厂和寿命评估必备的测试。然而,不同标准的测试条件不尽相同,其对应的内在机理也不明确。为讨论测试条件的确定原则,首先从单个和耦合的温度、电场、湿度加速老化模型出发,论述了相关测试标准所用模型,分析了其应用范围和使用原则。进一步地,总结了现有各类标准下的测试条件,计算了电动汽车模块正常运行30年所需HTGB、HTRB、H3TRB加速老化时间分别为832 h、866 h、1038 h,测试的样本数均为70,并指出测试时间、样本数需根据实际工况决定。最后,基于以上分析,提出了一种加速老化时间、样本数可调的高温可靠性测试流程。

不同种类聚丙烯加速老化性能对比

采用差示扫描量热仪及热重分析仪对无规共聚聚丙烯(PPR)、均聚聚丙烯(PPH)和嵌段共聚聚丙烯(PPB)进行原位热氧加速老化特性研究,分析了老化温度对PPR,PPB,PPH熔点和热稳定性能的影响,并采用傅里叶变换红外光谱仪探究了老化温度与分子结构的关系。结果表明:随着热氧老化温度的上升,试样的老化作用逐渐加剧,总体氧化稳定性变差。在典型供应热水70℃条件下,PPR的使用寿命远大于PPB和PPH,说明PPB和PPH不适用于作为热水管材的材料。

FX-4和FX-17典型橡胶密封圈加速老化性能研究

目的 研究FX-4和FX-17典型橡胶密封圈的加速老化性能。方法 对初始压缩率为14%和20%的FX-4和FX-17这2种橡胶密封圈,进行5个温度点不同时长的加速老化试验,通过试验测定FX-4和FX-17橡胶密封圈的拉伸强度、扯断伸长率、硬度以及压缩永久变形等4个性能指标,并进行分析和比较。结果 硬度指标随老化温度以及老化时间的变化不明显。拉伸强度与扯断伸长率在200℃老化试验后,均出现明显的下降趋势,但在同一老化温度下老化10、70d后,拉伸强度与扯断伸长率未发生明显的变化。在较低的老化温度时,压缩永久变形率随老化温度以及老化时间的变化不明显;在150、200℃温度老化后,压缩永久变形率随着老化时间的增加而呈上升趋势。结论 FX-4与FX-17橡胶密封圈的压缩永久变形率在老化温度点较低时,受温度的影响不显著,在同一温度下随老化时间的增加呈上升趋势;在老化温度点较高时,压缩永久变形率随着老化时间的增加而呈上升趋势。

退役电缆和加速老化电缆的绝缘性能研究

为了促进电缆绝缘诊断技术完善,对两组不同地区的各自运行了5年和10年的退役电缆和人工加速老化电缆分别进行了偏光显微镜观测、傅里叶红外光谱测试、差式扫描量热测试和宽频介电谱测试,得到了电缆试样的理化性能和介电性能。研究发现运行5年电缆试样的性能优于运行10年电缆试样的性能,这可能是由这两种电缆服役期间的运行环境、温度、湿度及敷设方式的不同导致的。热老化时间越长,电缆的性能越差,这对实际运行电缆具有一定的参考价值。

VE扩散对加速老化辐照GO/UHMWPE复合材料生物摩擦学性能的影响

采用热压成型结合低温扩散(120℃)的方法制备了维生素E(VE)-辐照氧化石墨烯/超高分子量聚乙烯(GO/UHMWPE)复合材料,并且,采用加速老化的方法(80℃,21 d)对其进行了进一步处理。利用摩擦磨损试验机和扫描电子显微镜(SEM)等仪器研究了复合材料生物摩擦学性能的变化,计算摩擦因数和磨损率,分析了磨痕表面形貌及减摩耐磨机理。研究结果表明,加速老化处理后,复合材料的摩擦因数和磨损率分别增大了87.4%和99.5%,生物摩擦学性能明显降低;当加速老化处理过程中存在VE时,复合材料的摩擦因数和磨损率分别降低了33.7%和26.4%,生物摩擦学性能得到显著改善;加速老化处理导致复合材料表面出现疲劳磨损和磨粒磨损2种磨损形式,而VE具有明显的减摩作用。

基坑边坡加固工程中木塑复合材料加速老化性能研究

为提高基坑边坡加固工程中木塑复合材料的抗老化性能,提出向木塑复合材料中掺入无机纤维进行性能增强,并进行了不同加速老化时间下的性能研究。结果表明:掺入无机纤维能够起到很好的填充作用,增强纤维与PVC基体的的界面粘结质量,减少原生裂隙数量和直径,从而提升木塑复合材料的力学性能和耐磨性能;掺入氧化锆纤维的改善效果最好,其次为掺入硅酸铝纤维和玄武岩纤维;掺入氧化锆纤维的试验组相比不掺入纤维试验组,老化前的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和硬度分别提升65.5%、28%、34.4%和21.4%,老化21d后分别提升40.4%、40%、108%和55.8%,老化前的摩擦系数和比磨损率分别降低30.1%和6.6%,老化21d后分别降低11.5%和6.6%。

聚氨酯防腐涂层实验室光加速老化对比研究

基于聚氨酯防腐涂层/碳钢体系,进行人工氙灯加速老化试验及荧光紫外(UVA、UVB)光加速老化试验,通过颜色变化及失光率变化说明老化前后宏观性能的改变,用扫描电子显微镜(SEM)及衰减全反射-傅里叶红外光谱(FT-IR)分析老化前后微观形貌结构特征的变化。结果表明:在3种实验室光加速老化试验中,样品的色差均呈现上升趋势,而失光率的变化趋势差异显著;通过微观形貌结构分析样品的变化可知,氙灯加速老化试验中,聚氨酯前期以水解降解方式为主,老化后期发生光氧化降解;而荧光紫外加速试验以光氧化降解为主,UVA老化的光氧化降解主要发生在试验后期,UVB老化的光氧化降解主要发生在试验前期。

191～#不饱和聚酯树脂西部曝晒和人工加速老化的研究

对191#不饱和聚酯树脂进行了自然曝晒老化、人工热氧加速老化及人工氙灯加速老化试验,并对老化前后试样的外观形貌、光泽度、黄色指数、拉伸强度和弯曲强度进行了研究。实验结果表明,随着加速老化的不断进行,试样表面会出现泛黄、失光率增大和裂纹等现象,强度呈先增后降的趋势,弯曲强度由20 MPa(未老化时)增至最大值40 MPa(热氧老化60 d或氙灯老化45 d),拉伸强度由113 MPa(未老化时)增至最大值125 MPa(氙灯老化30 d)和128 MPa(热氧老化60 d);老化方式不同,老化前后试样的性能变化也不相同,即失光率对热氧老化更敏感、强度对紫外光老化更敏感;西部曝晒180 d,不饱和聚酯树脂仍处于后固化阶段,但强度已开始下降,下降程度与曝晒地区有关,变化最明显的是新疆尉犁地区,弯曲强度由最大值40 MPa(自然曝晒120 d)降低至35 MPa(自然曝晒180 d)。

高密度聚乙烯在模拟成都大气环境中加速老化试验

高密度聚乙烯是光缆护套的常用材料。本文通过氙灯老化箱模拟成都大气环境开展两种高密度聚乙烯(HDPE)材料四周期加速老化试验,通过表面形貌、力学性能、氧化诱导时间(OIT)、红外光谱(FTIR)分析等方法获取相关数据,评估两种HDPE材料的老化行为差异。为光缆护套材料的选材、优化和服役提供了相关参考。