CN108536918A - 一种树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法、装置及电子设备，通过改进阿伦尼乌斯模型，建立树脂型胶粘剂加速寿命的对数和温度的倒数的二次关系，从而得到树脂型胶粘剂的加速寿命和温度的关系，求得其在正常的贮存温度下实际贮存寿命，该方法对于寿命和温度的拟合优度更高，得到的环氧树脂胶粘剂贮存寿命也更加准确；本发明拓展温度和加速寿命的非线性关系，利用改进的模型进行数据拟合，解决了传统阿伦尼乌斯无法复现温度高次项和寿命之间的关系问题，减小了寿命估算误差；本发明在不同温度时更新计算，相对于现有的方法，本发明不仅适用于树脂型胶粘剂在低温的寿命预估，同样适用于高温寿命预估的情况。

Description

一种树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法、装置及电子设备

技术领域

本发明涉及一种树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法、装置及电子设备，特别是涉及一种热固性树脂胶粘剂贮存寿命的确定方法、装置及电子设备，属于树脂胶粘剂贮存寿命和加速试验技术领域。

背景技术

树脂型胶粘剂有着悠久的历史，特别是热固性树脂型胶粘剂(例如环氧树脂胶粘剂)，早期使用天然产物作为胶粘剂,随着科学技术的发展,特别是航天工业的发展及合成高分子材料的发展，合成胶粘剂渐渐在结构连接、设备修复及密封等方面得到了广泛的应用。树脂型胶粘剂作为在航空、航天等领域广泛使用的一种胶粘剂,其有关性能考核广泛而深入，以保证航空、航天器的可靠性。其中研究之一就是考核胶粘剂热老化性能。

高分子材料在加工、贮存和使用过程中，随着时间的增长以及各种内外因素的综合作用，物理力学等性能逐渐下降，最后失去使用价值，这种现象称为老化。高分子材料老化的化学过程和微观结构变化是十分复杂的,包括分子链的裂解、交联侧基的变化等。老化过程的主要反应历程，包括链引发、链增长和链终止反应。影响高分子材料老化有材料的内在因素和外在因素。

通常来讲环氧树脂粘接剂的寿命包括仓库贮存寿命、使用寿命以及正在使用的环氧树脂粘接剂的剩余寿命。环氧树脂粘接剂在规定的存放条件下，其性能仍能达到所规定标准的最长贮存年限称为贮存寿命；在实际使用条件下环氧树脂粘接剂所能保持性能要求的工作年限称之为使用寿命；剩余寿命则是针对使用一定时间后的环氧树脂粘接剂来讲的，它是指工作一定时间后的环氧树脂粘接剂仍能达到性能要求的年限。

在环氧树脂粘接剂使用一定年限后，原来优良的性能降低到维持最低密封标准的临界值以下时，称之为失效，也即寿命终止。

确定寿命的方法是在实验室开展加速老化试验。其原理是根据环氧树脂材料老化的性能变化规律，在不同温度或其它条件下模拟老化环境进行加速老化试验，根据阿伦尼乌斯方程和性能参数与时间的关系建立数学模型，外推出需要求出的寿命。开展此种寿命预测有一个前提，即加速老化试验温度下和贮存或使用温度下环氧树脂材料的老化机理必须相同。

采用阿伦尼乌斯模型建立加速寿命与温度的关系，可以看到加速寿命的对数和温度的倒数关系是一次函数关系，但是在环氧树脂胶粘剂的加速寿命试验数据中，可以看到加速寿命的对数和温度的倒数并不是简单的二次关系，所以传统的阿伦尼乌斯模型不能很好的建立环氧树脂胶粘剂加速寿命和温度的联系，从而不能准确得到环氧树脂胶粘剂的贮存寿命。因此，迫切需要一种改进的模型来建立环氧树脂加速寿命和温度的关系，以准确的得到环氧树脂胶粘剂的贮存寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法，该方法通过改进阿伦尼乌斯模型，建立树脂型胶粘剂加速寿命的对数和温度的倒数的二次关系，从而得到树脂型胶粘剂的加速寿命和温度的关系，求得其在正常的贮存温度下实际贮存寿命，该方法对于寿命和温度的拟合优度更高，得到的环氧树脂胶粘剂贮存寿命也更加准确。

本发明的另外一个目的在于提供一种树脂型胶粘剂贮存寿命的确定装置及电子设备。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法，包括：

分别获取树脂型胶粘剂在n个不同温度T_i下的加速寿命Y_i，其中i＝1、2、3……n；n为大于或等于3的正整数；

建立树脂型胶粘剂的温度与加速寿命关系模型，即建立温度的倒数1/T_i与加速寿命的对数lnY_i之间的二次函数关系式；

利用最小二乘法对所述二次函数关系式进行拟合,得到二次函数关系式中各个系数，进而得到树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式；

将树脂型胶粘剂的实际贮存温度T_实际，代入所述树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式，得到树脂型胶粘剂实际的贮存寿命Y_实际。

在上述树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法中，所述树脂型胶粘剂为热固性树脂胶粘剂。

在上述树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法中，所述热固性树脂胶粘剂为环氧树脂胶粘剂或酚醛树脂胶粘剂。

在上述树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法中，选取的n个不同温度T_i的温度范围为60℃-180℃；选取的n个不同温度T_i中任意相邻两个温度之间的间隔相同，间隔为15℃-20℃。

在上述树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法中，建立的温度的倒数1/T_i与加速寿命的对数lnY_i之间的二次函数关系式如下：

其中：a为强温度系数，b为温度系数，c为常系数。

在上述树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法中，利用改进的阿伦尼乌斯模型建立树脂型胶粘剂的温度与加速寿命关系模型。

在上述树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法中，所述树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式如下；

Y_i＝exp(aT_i ^-2+bT_i ^-1+c)。

在上述树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法中，其中n取值为4-6。

一种树脂型胶粘剂贮存寿命的确定装置，包括数据获取模块、函数关系模块、系数获取模块和贮存寿命确定模块，其中：

数据获取模块：分别获取树脂型胶粘剂在n个不同温度T_i下的加速寿命Y_i，并输出给函数关系模块，其中i＝1、2、3……n；n为大于或等于3的正整数；

函数关系模块：接收数据获取模块输入的树脂型胶粘剂在n个不同温度T_i下的加速寿命Y_i，建立树脂型胶粘剂的温度与加速寿命关系模型，即建立温度的倒数与加速寿命的对数之间的二次函数关系式，并将所述二次函数关系式输出给系数获取模块；

系数获取模块：接收函数关系模块输入的二次函数关系式，利用最小二乘法对所述二次函数关系式进行拟合,得到二次函数关系式中各个系数，进而得到树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式，并将所述树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式输出给贮存寿命确定模块；

贮存寿命确定模块：接收系数获取模块输入的树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式和外部输入的树脂型胶粘剂的实际贮存温度T_实际，将所述实际贮存温度T_实际代入树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式，得到树脂型胶粘剂实际的贮存寿命Y_实际,并向外输出。

在上述树脂型胶粘剂贮存寿命的确定装置中，所述函数关系模块建立的温度的倒数1/T_i与加速寿命的对数ln(Y_i)之间的二次函数关系式如下：

其中：a为强温度系数，b为温度系数，c为常系数。

在上述树脂型胶粘剂贮存寿命的确定装置中，所述系数获取模块得到树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式如下：

Y_i＝exp(aT_i ^-2+bT_i ^-1+c)。

一种电子设备，包括存储器和处理器，其中：

所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，

所述处理器用于执行所述一条或多条计算机指令，以用于：

分别获取树脂型胶粘剂在n个不同温度T_i下的加速寿命Y_i，其中i＝1、2、3……n；n为大于或等于3的正整数；

建立树脂型胶粘剂的温度与加速寿命关系模型，即建立温度的倒数1/T_i与加速寿命的对数ln(Y_i)之间的二次函数关系式；

利用最小二乘法对所述二次函数关系式进行拟合,得到二次函数关系式中各个系数，进而得到树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式；

将树脂型胶粘剂的实际贮存温度T_实际，代入所述树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式，得到树脂型胶粘剂实际的贮存寿命Y_实际。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明提供的树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法，通过改进阿伦尼乌斯模型，建立树脂型胶粘剂加速寿命的对数和温度的倒数的二次关系，从而得到树脂型胶粘剂的加速寿命和温度的关系，求得其在正常的贮存温度下实际贮存寿命，该方法对于寿命和温度的拟合优度更高，得到的环氧树脂胶粘剂贮存寿命也更加准确。

(2)、本发明通过改进传统的阿伦尼乌斯模型，拓展温度和加速寿命的非线性关系，利用改进的模型进行数据拟合，解决了传统阿伦尼乌斯无法复现温度高次项和寿命之间的关系问题，减小了寿命估算误差。

(3)、本发明在温度高次项和寿命之间的关系的考虑更加充分，得到的加速寿命估算更加准确；

(4)、本发明在拟合温度和寿命之间的加速模型时，根据树脂型材料老化的性能变化规律，能够在不同温度范围内拟合程度实现很高收敛精度；

(5)、本发明在不同温度时更新计算，相对于现有的方法，本发明不仅适用于树脂型胶粘剂在低温的寿命预估，同样适用于高温寿命预估的情况；

(6)、本发明通过合理选取温度点的个数、温度范围和温度间隔，使得建立的树脂型胶粘剂的温度与加速寿命关系模型更加科学，并且更加经济实用。

附图说明

图1为本发明树脂型胶粘剂贮存寿命确定方法的流程图；

图2为本发明树脂型胶粘剂贮存寿命确定装置原理图；

图3为实施例1中采用本发明方法得到的贮存寿命与实际测量值之间的吻合情况示意图；

图4为实施例1中采用传统方法得到的贮存寿命与实际测量值之间的吻合情况示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为本发明树脂型胶粘剂贮存寿命确定方法的流程图，本发明树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法具体包括如下步骤：

一、分别获取树脂型胶粘剂在n个不同温度T_i下的加速寿命Y_i，其中i＝1、2、3……n；n为大于或等于3的正整数；考虑经济性以及计算准确度，本发明中n的取值优选4-6。

例如n＝4时，记温度T＝[T₁,T₂,T₃,T₄],对应的加速寿命Y＝[Y₁，Y₂，Y₃，Y₄]。

选取的n个不同温度T_i的温度范围优选为60℃-180℃；选取的n个不同温度T_i中任意相邻两个温度之间的间隔相同，间隔优选为15℃-20℃。

本发明中树脂型胶粘剂适用于热固性树脂胶粘剂，例如环氧树脂胶粘剂或酚醛树脂胶粘剂，同时也适用于其它树脂型胶粘剂。

二、利用改进的阿伦尼乌斯模型，建立树脂型胶粘剂的温度与加速寿命关系模型，即建立温度的倒数1/T_i与加速寿命的对数ln(Y_i)之间的二次函数关系式。

建立的温度的倒数1/T_i与加速寿命的对数ln(Y_i)之间的二次函数关系式如下：

其中：a为强温度系数，b为温度系数，c为常系数。

三、利用最小二乘法对所述二次函数关系式进行拟合,得到二次函数关系式中各个系数，即得到a，b，c。进而得到树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式。

树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式如下；

Y_i＝exp(aT_i ^-2+bT_i ^-1+c)。

四、将树脂型胶粘剂的实际贮存温度T_实际，代入树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式，得到树脂型胶粘剂实际的贮存寿命Y_实际。

Y_实际＝exp(aT_实际 ^-2+bT_实际 ^-1+c)。

如图2所示为本发明树脂型胶粘剂贮存寿命确定装置原理图，本发明树脂型胶粘剂贮存寿命的确定装置，包括数据获取模块、函数关系模块、系数获取模块和贮存寿命确定模块，其中：

数据获取模块分别获取树脂型胶粘剂在n个不同温度T_i下的加速寿命Y_i，并输出给函数关系模块，其中i＝1、2、3……n；n为大于或等于3的正整数。

函数关系模块接收数据获取模块输入的树脂型胶粘剂在n个不同温度T_i下的加速寿命Y_i，建立树脂型胶粘剂的温度与加速寿命关系模型，即建立温度的倒数1/T_i与加速寿命的对数ln(Y_i)之间的二次函数关系式，并将二次函数关系式输出给系数获取模块。

系数获取模块接收函数关系模块输入的二次函数关系式，利用最小二乘法对二次函数关系式进行拟合,得到二次函数关系式中各个系数，进而得到树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式，并将树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式输出给贮存寿命确定模块。

贮存寿命确定模块接收系数获取模块输入的树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式和外部输入的树脂型胶粘剂的实际贮存温度T_实际，将所述实际贮存温度T_实际代入树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式，得到树脂型胶粘剂实际的贮存寿命Y_实际,并向外输出。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，其中：

所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，

所述处理器用于执行所述一条或多条计算机指令，以用于：

分别获取树脂型胶粘剂在n个不同温度T_i下的加速寿命Y_i，其中i＝1、2、3……n；n为大于或等于3的正整数；

建立树脂型胶粘剂的温度与加速寿命关系模型，即建立温度的倒数1/T_i与加速寿命的对数ln(Y_i)之间的二次函数关系式；

利用最小二乘法对所述二次函数关系式进行拟合,得到二次函数关系式中各个系数，进而得到树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式；

将树脂型胶粘剂的实际贮存温度T_实际，代入所述树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式，得到树脂型胶粘剂实际的贮存寿命Y_实际。

实施例1

本实施例采用本发明的环氧树脂胶粘剂贮存寿命的计算方法，环氧树脂的失效条件为拉伸剪切强度P小于20.5Mpa条件，根据模型的拟合胶粘剂剪切强度变化率，得到四个加速试验温度下失效时间分别为：393.15K(120℃)的失效寿命为318.77天，413.15K(140℃)的失效寿命为120.15天，433.15K(160℃)的失效寿命为52.62天，453.15K(180℃)的失效寿命为24.76天。

根据环氧树脂失效寿命和温度之间的关系利用最小二乘法进行拟合得到的结果如图3所示，如图3所示为实施例1中采用本发明方法得到的贮存寿命与实际测量值之间的吻合情况示意图；其中a＝1.251×10⁶、b＝1626.395、c＝-12.369，拟合优度为99.996％，同时可以看出温度的倒数和寿命的对数并不呈线性关系，得到环氧树脂的实际工作温度为66℃可以得到，其贮存寿命为27.205年。

如图4所示为实施例1中采用传统方法得到的贮存寿命与实际测量值之间的吻合情况示意图，从图4中可以看出传统方法的拟合优度为96.720％，本发明的方法要明显优于传统方法。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (12)

1.一种树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法，其特征在于：包括：

分别获取树脂型胶粘剂在n个不同温度T_i下的加速寿命Y_i，其中i＝1、2、3……n；n为大于或等于3的正整数；

建立树脂型胶粘剂的温度与加速寿命关系模型，即建立温度的倒数1/T_i与加速寿命的对数lnY_i之间的二次函数关系式；

利用最小二乘法对所述二次函数关系式进行拟合,得到二次函数关系式中各个系数，进而得到树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式；

将树脂型胶粘剂的实际贮存温度T_实际，代入所述树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式，得到树脂型胶粘剂实际的贮存寿命Y_实际。

2.根据权利要求1所述的树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法，其特征在于：所述树脂型胶粘剂为热固性树脂胶粘剂。

3.根据权利要求2所述的树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法，其特征在于：所述热固性树脂胶粘剂为环氧树脂胶粘剂或酚醛树脂胶粘剂。

4.根据权利要求1所述的树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法，其特征在于：选取的n个不同温度T_i的温度范围为60℃-180℃；选取的n个不同温度T_i中任意相邻两个温度之间的间隔相同，间隔为15℃-20℃。

5.根据权利要求1所述的树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法，其特征在于：建立的温度的倒数1/T_i与加速寿命的对数lnY_i之间的二次函数关系式如下：

其中：a为强温度系数，b为温度系数，c为常系数。

6.根据权利要求1所述的树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法，其特征在于：利用改进的阿伦尼乌斯模型建立树脂型胶粘剂的温度与加速寿命关系模型。

7.根据权利要求1所述的树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法，其特征在于：所述树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式如下；

Y_i＝exp(aT_i ^-2+bT_i ^-1+c)。

8.根据权利要求1所述的树脂型胶粘剂贮存寿命的确定方法，其特征在于：其中n取值为4-6。

9.一种树脂型胶粘剂贮存寿命的确定装置，其特征在于：包括数据获取模块、函数关系模块、系数获取模块和贮存寿命确定模块，其中：

数据获取模块：分别获取树脂型胶粘剂在n个不同温度T_i下的加速寿命Y_i，并输出给函数关系模块，其中i＝1、2、3……n；n为大于或等于3的正整数；

函数关系模块：接收数据获取模块输入的树脂型胶粘剂在n个不同温度T_i下的加速寿命Y_i，建立树脂型胶粘剂的温度与加速寿命关系模型，即建立温度的倒数与加速寿命的对数之间的二次函数关系式，并将所述二次函数关系式输出给系数获取模块；

系数获取模块：接收函数关系模块输入的二次函数关系式，利用最小二乘法对所述二次函数关系式进行拟合,得到二次函数关系式中各个系数，进而得到树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式，并将所述树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式输出给贮存寿命确定模块；

贮存寿命确定模块：接收系数获取模块输入的树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式和外部输入的树脂型胶粘剂的实际贮存温度T_实际，将所述实际贮存温度T_实际代入树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式，得到树脂型胶粘剂实际的贮存寿命Y_实际,并向外输出。

10.根据权利要求9所述的树脂型胶粘剂贮存寿命的确定装置，其特征在于：所述函数关系模块建立的温度的倒数1/T_i与加速寿命的对数ln(Y_i)之间的二次函数关系式如下：

其中：a为强温度系数，b为温度系数，c为常系数。

11.根据权利要求9所述的树脂型胶粘剂贮存寿命的确定装置，其特征在于：所述系数获取模块得到树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式如下：

Y_i＝exp(aT_i ^-2+bT_i ^-1+c)。

12.一种电子设备，其特征在于：包括存储器和处理器，其中：

所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，

所述处理器用于执行所述一条或多条计算机指令，以用于：

分别获取树脂型胶粘剂在n个不同温度T_i下的加速寿命Y_i，其中i＝1、2、3……n；n为大于或等于3的正整数；

建立树脂型胶粘剂的温度与加速寿命关系模型，即建立温度的倒数1/T_i与加速寿命的对数ln(Y_i)之间的二次函数关系式；

利用最小二乘法对所述二次函数关系式进行拟合,得到二次函数关系式中各个系数，进而得到树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式；

将树脂型胶粘剂的实际贮存温度T_实际，代入所述树脂型胶粘剂加速寿命Y_i与温度T_i的关系式，得到树脂型胶粘剂实际的贮存寿命Y_实际。