一种橡胶材料贮存寿命评估模型的构建方法技术

本发明专利技术提供了一种橡胶材料贮存寿命评估模型的构建方法，属于分析领域，包括如下步骤：获取橡胶材料；利用热重法计算橡胶材料激活能

【技术实现步骤摘要】
一种橡胶材料贮存寿命评估模型的构建方法


[0001]本专利技术涉及分析领域，尤其涉及一种利用热重法和阿伦尼乌斯方程计算建立橡胶材料贮存寿命评估模式的方法
。

技术介绍

[0002]橡胶制品在制造工艺过程
、
贮存及使用过程中，由于自然环境中的光照
、
温度
、
机械作用
、
化学反应
、
生物侵蚀等作用，导致其物理性能随时间逐渐降低，当下降到最低阈值时材料在使用过程中就会因为材料失效而引起故障，失去其使用价值，这种现象叫做材料的老化降解
。
因此测定橡胶材料老化性能对评估制品的贮存寿命，研究橡胶老化和防护效率具有重要的意义
。
[0003]橡胶老化试验按试验条件可分为两类：自然老化试验方法：此类包括大气静态老化试验
、
大气加速老化试验
、
自然储存老化试验
、
自然介质老化试验和自然生物老化试验等
。
人工加速老化试验：包括热老化
、
臭氧老化
、
光老化
、
人工气候老化
、
光臭氧老化
、
生物老化，它是生产和科研中常见老化方法
。
[0004]橡胶寿命评估就是利用橡胶老化的本质，即橡胶分子链在温度
、
氧气的作用下发生交联反应和裂解反应，当裂解反应大于交联反应的速率时，材料就会表现出物理性能下降，材料会出现开裂甚至会表现出表面变软
、
发粘等现象
。
[0005]当温度升高的时候，一般情况下划线反应速率会提高，对某些有机化学反应，提高温度
10℃
，意味着提高了2‑3倍的反应速率，温度和化学反应的关系可以用阿伦尼乌斯方程来表示，见方程式
(1)。
[0006]K(T)
＝
A*e
‑
Ea/RT
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0007]式中：
[0008]K(T)——
反应速率常数，
(min
‑1)
；
[0009]A——
指数因子，
(min
‑1)
；
[0010]Ea——
活化能，
(J/mol)
；
[0011]R——
摩尔气体常数，；
[0012]T——
热力学温度，
(K)。
[0013]现有的阿伦尼乌斯模型计算寿命都是设计3‑4个温度，每个温度进行
800
‑
1000
小时不等，根据各个温度老化后物理性能的下降趋势进行数据拟合，进而得到产品的激活能和贮存寿命
。
这种方法得到的贮存寿命时间会比较长，而且对于成品类产品，材料的性能也不一定能代表产品的性能
。
即现有技术橡胶材料贮存寿命的评估时间长且准确率低
。
[0014]本专利技术在通过热重法计算得到激活能，当激活能已知时就可利用方程式
(1)
来计算在某一实验室高温环境
T
i
相对于自然贮存温度下
T0的加速系数，根据产品实际使用工况结合阿伦尼乌斯方程和热重法计算得到的激活能来设计材料的老化寿命加速试验，以此可以在更短的时间内得到产品在自然使用环境下产品的贮存寿命，并根据产品的功能检查或材料的物理性能的下降趋势实时监测产品或材料的剩余寿命
。

技术实现思路

[0015]针对现有技术中存在的橡胶材料贮存寿命的评估时间长且准确率低的技术问题，本专利技术的提供一种利用热重法和阿伦尼乌斯方程计算建立橡胶老化寿命评估模式的方法，包括以下步骤：
[0016]获取橡胶材料；
[0017]利用热重法计算橡胶材料激活能
Ea
；
[0018]通过激活能以及阿伦尼乌斯模型计算橡胶材料的加速系数；
[0019]通过加速系数和实验室指定的温度环境来计算在自然使用环境下所述橡胶材料的贮存寿命
。
[0020]进一步地，所述利用热重法计算橡胶材料激活能，具体为：试样在不同的加热速率下进行加热，得到不同的加热速率的热重曲线；根据热重曲线确定每个加热速率下的绝对温度，得到加热速率与绝对温度倒数的曲线，从曲线斜率计算反应激活能
。
[0021]进一步地，热重曲线是在
N2
或
O2
氛围下分别获得三段不同加热速率的热重曲线
。
[0022]进一步地，在进行热重测试前先用空坩埚运行，得到一个空白曲线，再将橡胶材料测试样品以相同气氛
、
气体流量和加热速率的测试条件下进行运行
。
[0023]进一步地，根据热重曲线确定每个加热速率下的绝对温度，得到加热速率与绝对温度倒数的曲线，从曲线斜率计算反应激活能具体为：
[0024]由
Ozawa
以及
Flynn
和
Wall
推导得出公式
(2)
，并用于计算反应活化能
Ea。
[0025]Iog
β
+0.4567(Ea/RT)
＝常数
(2)
[0026]式中：
[0027]Ea
为活化能，单位焦每摩尔
(J
·
mol
‑
1)
；
R
为气体常数，
8.314J
·
K
‑1·
mol
‑1；
β
为热重测试时的升温加热速率，单位
K
·
min
‑1；
T
为绝对温度，单位
K。
[0028]三个不同的加热速率分别记作
β1，
β2，
β3，温度记为
T1
，
T2
，
T3
，给定某一转化率由公式
(2)
可得公式
(3)。
[0029]Iog
β
1+0.4567(Ea/RT1)
＝
Iog
β
2+0.4567(Ea/RT2)
＝
Iog
β
3+0.4567(Ea/RT3)
ꢀꢀ
(3)
[0030]对于每一个给定的转换速率，将加热速率的对数，
Iog
β
对绝对温度的倒数作图可得到一系列直线，激活能由每条直线的斜率计算得到
(
‑
0.4567Ea/R)
，即根据斜率计算得到激活能
Ea。
[0031]进一步地，根据热重曲线确定每个加热速率下的绝对温度，得到加热速率与绝对温度倒数的曲线，从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种橡胶材料贮存寿命评估模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：获取橡胶材料；利用热重法计算橡胶材料激活能
Ea
；通过激活能以及阿伦尼乌斯模型计算橡胶材料的加速系数；通过加速系数和实验室指定的温度环境来计算在自然使用环境下所述橡胶材料的贮存寿命
。2.
根据权利要求1所述的胶材料贮存寿命评估模型的构建方法，其特征在于，所述利用热重法计算橡胶材料激活能
Ea
，具体为：试样在不同的加热速率下进行加热，得到不同的加热速率的热重曲线；根据热重曲线确定每个加热速率下的绝对温度，得到加热速率与绝对温度倒数的曲线，从曲线斜率计算反应激活能
Ea。3.
根据权利要求2所述的胶材料贮存寿命评估模型的构建方法，其特征在于，热重曲线是在
N2或
O2氛围下分别获得三段不同加热速率的热重曲线
。4.
根据权利要求3所述的胶材料贮存寿命评估模型的构建方法，其特征在于，在进行热重测试前先用空坩埚运行，得到一个空白曲线，再将橡胶材料测试样品以相同气氛
、
气体流量和加热速率的测试条件下进行运行
。5.
根据权利要求3所述的胶材料贮存寿命评估模型的构建方法，其特征在于，根据热重曲线确定每个加热速率下的绝对温度，得到加热速率与绝对温度倒数的曲线，从曲线斜率计算反应激活能具体为：使用公式
(2)
计算反应活化能
Ea
；
Iog
β
+0.4567(Ea/RT)
＝常数
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
式中：
Ea
为活化能，单位焦每摩尔
(J
·
mol
‑
1)
；
R
为气体常数，
8.314J
·
K
‑1·
mol
‑1；
β
为热重测试时的升温加热速率，单位
K
·
min
‑1；
T
为绝对温度，单位
K
；三个不同的加热速率分别记作
β1，
β2，
β3，温度记为
T1
，
T2
，
T3
，给定一转化率由公式
(2)
可得公式
(3)
；
Iog
β
1+0.4567(Ea/RT1)
＝
Iog
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莹，何海连，
申请(专利权)人：广电计量检测集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：