橡胶输送带橡胶硫化胶的热氧老化研究

随着航天、航空事业的发展,对硫化胶的贮存可靠性提出了更高的要求,探索硫化胶老化变化规律和老化机理,寻求贮存期推算新方法是目前该领域研究的重要课题。本课题研究的橡胶(NR)硫化胶是火箭发动机柔性接头关键部位的组件,它对环境的适应性及储存寿命能否满足总体设计的要求,均关系到整个型号的可靠性和安全性,因此对NR硫化胶的性能进行评价,特别是开展NR老化研究,越发显得重要和迫切。

本文通过对实际产品的分析,选择了具有代表性的材料作为研究对象,采用了热空气加速老化试验方法和热分析、裂解气相色谱,质谱分析、红外光谱分析等实验手段,较为系统的分析和讨论了NR硫化胶的交联结构、力学性能及老化机理,对航天发动机柔性头所用的NR硫化胶的贮存寿命进行预估。

本文首先在热氧老化条件下,研究了NR硫化胶的交联结构、静态力学性能和动态力学性能的变化规律,结果表明:NR硫化胶的热氧老化不仅产生交联,同时还存在主链断裂。在老化初期以交联为主,回弹率、扯断伸长率下降,压缩永久变形率、交联密度、定伸应力和硬度增大;但继续老化后,主链断裂逐渐占据主导地位,发生了氧化裂解,使橡胶力学性能和交联密度下降,压缩变形率增加;比较NR硫化胶老化前后试样的动态力学性能实验结果可知:在DMA的实验温度为160℃下,贮能模量减小,损耗模量和损耗因子增大:而在150℃下,贮能模量与损耗模量增加,损耗因子变化无规律。

在弄清了性能变化规律的基础上,采用多种分析手段对NR硫化胶老化机理进行了探讨,初步认为NR硫化胶的老化机理属自由基链式自催化氧化反应机理,它的主要裂解产物有异戊二烯单体和1,4-二甲基-4-乙烯基环己烯,还有少量的二烯类低分子物。在论文中还选择了热空气加速老化法和热重点斜法预估橡胶硫化胶的贮存寿命,并比较了这两种方法的可靠性,发现热重点斜法可靠性不如热空气加速老化法。参考本实验的寿命预测数据可知,该橡胶配方基本满足火箭发动机柔性接头总体设计提出的12年贮存期的要求。通过本课题的研究,基本摸清了航天发动机柔性头用橡胶硫化胶的力学性能变化规律、老化机理及寿命预测方法。

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