CN114851449B - 聚合物老化加速处理装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及聚合物老化加速处理装置，包括水平的支撑平台，所述支撑平台的上表面设置有模具，所述模具外壁设置有加热机构，模具内设置有处理腔，所述处理腔的上端延伸至模具的上表面，且处理腔内设置有油介质；所述处理腔的上方设置有竖直的液压缸，所述液压缸的缸体固定在液压支架上，液压缸的活塞杆与处理腔同轴，且液压缸的活塞杆与处理腔滑动配合。还涉及一种处理方法。本发明将压力、温度和油介质进行耦合，使得聚合物在特定压力、特定温度和油介质的环境中加速老化，对于在高温、高压和油介质环境中工作的材料，更加真实地模拟了工作环境，缩短研究周期，特别适用于在油介质环境下工作的聚合物材料的研究。

Description

聚合物老化加速处理装置及处理方法

技术领域

本发明属于老化测试技术领域，尤其是一种聚合物老化加速处理装置及处理方法。

背景技术

高分子材料的老化是指在加工、贮存或使用中，外界因素光、热、氧、应力和臭氧等的综合作用导致性能逐渐退化，甚至失去使用价值的过程。简而言之，老化是指材料的使用性能从好到坏的变化历程。聚合物材料的特性(分子链中存在大量的共价键)决定老化过程是一种不可避免的，也是不可逆的客观规律。随着近年来聚合物制品在航空、航天、石油、汽车以及生活用品等领域中使用量的剧增，老化问题也越来越受到人们的关注。材料的老化不仅会造成巨大的资源浪费和经济损失，更有甚者会带来不可预估的安全隐患。因此，研究聚合物材料的老化机理无疑对材料科学的进一步发展具有极其深远的意义：一方面可以通过采取各种稳定化措施，延长材料的使用寿命；另一方面也可以通过人为加速废弃聚合物的降解，减少对环境的影响，多数情况下，高分子材料的实际应用环境往往极为复杂，多种外界因素的相互耦合导致化学老化和物理老化同时发生，且彼此影响。

大多数材料的实际服役环境十分复杂，特别是特种工程塑料，他们通常使用在高温、高压、以及特殊介质等因素的耦合条件下，而且他们老化失效的时间比较长，不便于研究，因此我们通常采取人工模拟材料实际服役环境的方法来人工加速材料的老化以便研究其老化失效的机理，但模拟高分子材料的实际服役工况比较困难，目前只能模拟影响材料老化失效的主要因素，但即使这样，目前大多数也都是模拟单一因素或者双因素耦合，例如：热空气、辐照、酸碱、载荷、特殊介质、温度和油介质耦合、辐照和温度耦合、载荷和温度耦合、载荷和辐照的耦合，具体地，CN213658546U-橡胶恒定大压应力-热氧老化装置，可研究橡胶在恒定压力下的热氧化老化机理；CN202021052618.X一种汽车和客机内部硬质塑料材料抗老化强度测试装置用于测试塑料受压后的老化；CN200510009732.8半导电高分子材料压力和温度传感器老化处理设备及应用用于测量半导体高分子材料在设定的温度和压力范围内的老化机理。

可见，现有的老化测试设备均未将温度、压力和油介质进行耦合测试，对于在高温、高压和油介质环境中工作的材料，不能更加真实地模拟工作环境，且老化效率低，测试周期长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种聚合物老化加速处理装置及处理方法，可以促使聚合物在特定温度、压力的油介质中加速老化，以便于研究聚合物材料在温度、压力和油介质条件下的老化失效机理。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：聚合物老化加速处理装置，包括水平的支撑平台，所述支撑平台的上表面设置有模具，所述模具外壁设置有加热机构，模具内设置有处理腔，所述处理腔的上端延伸至模具的上表面，且处理腔内设置有油介质；所述处理腔的上方设置有竖直的液压缸，所述液压缸的缸体固定在液压支架上，液压缸的活塞杆与处理腔同轴，且液压缸的活塞杆与处理腔滑动配合。

进一步地，所述处理腔内壁的上部设置有多个密封圈。

进一步地，所述模具的侧壁设置有温度传感器和压力传感器。

进一步地，所述支撑平台上设置有导轨，所述模具固定安装于一滑动支撑板，所述滑动支撑板与导轨滑动配合。

进一步地，所述滑动支撑板与模具之间设置有隔热垫。

进一步地，所述支撑平台的上表面设置有固定支撑板，所述固定支撑板的高度等于导轨的高度，所述滑动支撑板由固定支撑板进行支撑。

进一步地，所述滑动支撑板上设置有定位销，所述支撑平台上设置有销孔，所述定位销与销孔相配合。

进一步地，所述支撑平台上设置有用于对滑动支撑板进行限位的挡块。

进一步地，还包括PLC，所述加热机构和液压缸均由PLC进行控制。

聚合物老化加速处理装置的处理方法，包括

将聚合物样品放入处理腔；

将油介质加入处理腔，确保油介质淹没聚合物样品；

启动液压缸，液压缸的活塞杆进入处理腔并对油介质和聚合物样品施加压力，直到处理腔内的压力达到设定值；

启动加热机构，将处理腔内的油介质和聚合物样品加热至设定值并保温；

待处理时间达到设定值时，关闭加热机构，控制液压缸的活塞杆复位，最后取出聚合物样品。

本发明的有益效果是：本发明将压力、温度和油介质进行耦合，使得聚合物在特定压力、特定温度和油介质的环境中加速老化，对于在高温、高压和油介质环境中工作的材料，更加真实地模拟了工作环境，缩短研究聚合物材料在高温、高压和油介质条件下的老化失效机理的周期，特别适用于在油介质环境下工作的聚合物材料的研究。

附图说明

图1是本发明的整体示意图；

图2是模具的主视剖视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1和图2所示，本发明的聚合物老化加速处理装置，包括水平的支撑平台1，支撑平台1可由一支撑架进行支撑，使得支撑平台1位于合适的高度。所述支撑平台1的上表面设置有模具2，模具2内设置有处理腔4，处理腔4即用于对聚合物样品进行老化处理，其形状为圆柱形，聚合物样品也呈圆柱形。所述处理腔4的上端延伸至模具2的上表面，即处理腔4为一盲孔，以便于从孔口取放聚合物样品。

所述模具2外壁设置有加热机构3，加热机构3可以是缠绕在模具2外壁的电加热丝或者电加热套，为了降低热损耗，可以在模具2外壁套设隔热套，加热机构3设置在隔热套与模具2之间。模具2采用耐高温、耐压、导热性好的材质，如不锈钢等。

所述处理腔4的上方设置有竖直的液压缸5，所述液压缸5的缸体固定在液压支架6上，液压缸5的活塞杆与处理腔4同轴，且液压缸5的活塞杆与处理腔4滑动配合。液压缸5用于提供压力，液压缸5的活塞杆直径与处理腔4的直径适配，确保活塞杆与处理腔4侧壁之间的密封性。液压缸5通过油管连接有液压站，液压站控制液压缸5的运行。液压站设置在支撑平台1的下方，减小占地面积。液压支架6为长方体形的框架结构，其顶部设置有顶板，下端与支撑平台1固定连接，液压缸5安装于顶板，模具2位于液压支架6内部，液压支架6的三个侧面设置有钢化玻璃，可以对模具2等进行保护，提高测试的安全性。液压支架6只留一侧开口，以便于测试操作。

处理腔4内设置有油介质，结合加热机构3和液压缸5，即可耦合油介质、温度和压力，使得聚合物在特定压力、特定温度和油介质的环境中加速老化，缩短研究聚合物材料在温度、压力和油介质条件下的老化失效机理的周期，特别适用于在油介质环境下工作的聚合物材料的研究。

当处理腔4内的压力较大时，对密封的要求就更高，为了保证高压条件下的密封性，如图2所示，所述处理腔4内壁的上部设置有多个密封圈7。具体地，可以设置3个密封圈7，两个c146密封圈和一个D151密封圈，3个密封圈7嵌入处理腔4侧壁。此处的密封圈7能保证在180°高温，80Mpa压强下，腔内不往外渗油，并且可以再次使用。

为了准确地控制处理腔4内的压力和温度，所述模具2的侧壁设置有温度传感器8和压力传感器9。传感器的测试头贯穿模具2的侧壁并到达处理腔4，接线端位于模具2外部，如图2所示。温度传感器8和压力传感器9分别用于检测处理腔4内的温度和压力，根据检测结果可以确认处理腔4内的温度和压力是否处于设定值，当温度和压力与设定值出现偏差时可及时进行调整。

为了便于取放聚合物样品的操作，所述支撑平台1上设置有导轨10，所述模具2固定安装于一滑动支撑板11，模具2可通过螺栓等连接件与滑动支撑板11相连，也可以焊接在滑动支撑板11上。所述滑动支撑板11与导轨10滑动配合。

测试时，可以先拉动滑动支撑板11，带动模具2运动至支撑平台1的边缘，然后将聚合物样品放入处理腔4并向处理腔4内加入油介质，再推动滑动支撑板11移动，使模具2回到液压缸5的下方。

为了减缓热损耗，保证处理腔4中的温度稳定，所述滑动支撑板11与模具2之间设置有隔热垫12。

液压缸5施加的测试压力会通过模具2传递至滑动支撑板11，滑动支撑板11再将压力向下传递，如果由导轨10直接支撑滑动支撑板11，那么导轨10会受到较大的载荷，容易导致导轨10变形，为解决这一问题，本发明在所述支撑平台1的上表面设置了固定支撑板13，所述滑动支撑板11由固定支撑板13进行支撑。滑动滑动支撑板11时，导轨10仅仅起到导向的作用，滑动支撑板11在固定支撑板13的上表面滑动。测试时，压力通过滑动支撑板11传递至固定支撑板13，再由固定支撑板13传递至支撑平台1，导轨10不承受压力，可防止变形。

为了使模具2的处理腔4对准液压缸5的活塞杆，所述滑动支撑板11上设置有定位销14，所述支撑平台1上设置有销孔，所述定位销14与销孔相配合。在移动滑动支撑板11时，定位销14脱离销孔，将聚合物样品和油介质装入处理腔4后并带动模具2复位时，定位销14与销孔可作为参照，当定位销14能够插入销孔时即表明模具2准确到达测试位置，此时即可停止移动滑动支撑板11，将定位销14插入销孔以使滑动支撑板11进行定位。

为了防止滑动支撑板11移动路程过大而从支撑平台1坠落，所述支撑平台1上设置有用于对滑动支撑板11进行限位的挡块15。

为了实现压力和温度的自动化控制，本发明还包括PLC16，所述加热机构3和液压缸5均由PLC16进行控制。具体地，温度传感器8和压力传感器9将检测结果传输至PLC16，PLC16根据对比检测结果和设定值，然后根据对比结果进行反馈，控制加热机构3和液压缸5进行调整，使温度和压力维持在设定值。PLC16及其控制方式采用现有常用技术即可。

本发明的聚合物老化加速处理装置的处理方法，包括

将聚合物样品放入处理腔4；

将油介质加入处理腔4，确保油介质淹没聚合物样品；

启动液压缸5，液压缸5的活塞杆进入处理腔4并对油介质和聚合物样品施加压力，直到处理腔4内的压力达到设定值；

启动加热机构3，将处理腔4内的油介质和聚合物样品加热至设定值并保温；

待处理时间达到设定值时，关闭加热机构3，控制液压缸5的活塞杆复位，最后取出聚合物样品。

实施例一

本实施例是全氟醚橡胶在油介质、温度和压力条件下的老化实验，模具2的外径为180mm，处理腔4的直径为120mm，实验温度为150℃，压力40MPa，处理时间40天。

将圆柱形的全氟醚橡胶样品放入处理腔4，接着向处理腔4中加入润滑油介质，启动液压缸5，液压缸5的活塞杆进入处理腔4并对油介质和聚合物样品施加压力，待处理腔4内的压力升高至40MPa时停止加压。同时启动加热机构3，将处理腔4内的温度升高至150℃。

温度传感器8和压力传感器9实时检测处理腔4内的温度和压力，当处理腔4内的温度下降到145℃时，加热机构3开始加热升温，直到处理腔4内的温度达到150℃。当处理腔4内的压力下降到38MPa时，液压缸5进行加压，直到处理腔4内的压力达到40MPa。

当处理时间达到40天时，液压缸5的活塞杆复位，加热机构3关闭，然后取出全氟醚橡胶样品，发现样品表面有许多裂纹，橡胶严重失效，达到人工加速老化的目的。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.聚合物老化加速处理装置，其特征在于：包括水平的支撑平台（1），所述支撑平台（1）的上表面设置有模具（2），所述模具（2）外壁设置有加热机构（3），模具（2）内设置有处理腔（4），处理腔（4）为圆形盲孔，所述处理腔（4）的上端延伸至模具（2）的上表面，且处理腔（4）内设置有油介质；所述处理腔（4）的上方设置有竖直的液压缸（5），所述液压缸（5）的缸体固定在液压支架（6）上，液压缸（5）的活塞杆与处理腔（4）同轴，且液压缸（5）的活塞杆与处理腔（4）滑动配合，液压缸（5）的活塞杆直径与处理腔（4）的直径适配，确保活塞杆与处理腔（4）侧壁之间的密封性，液压缸（5）的活塞杆用于对油介质和聚合物样品施加压力。

2.如权利要求1所述聚合物老化加速处理装置，其特征在于：所述处理腔（4）内壁的上部设置有多个密封圈（7）。

3.如权利要求1所述聚合物老化加速处理装置，其特征在于：所述模具（2）的侧壁设置有温度传感器（8）和压力传感器（9）。

4.如权利要求1所述聚合物老化加速处理装置，其特征在于：所述支撑平台（1）上设置有导轨（10），所述模具（2）固定安装于一滑动支撑板（11），所述滑动支撑板（11）与导轨（10）滑动配合。

5.如权利要求4所述聚合物老化加速处理装置，其特征在于：所述滑动支撑板（11）与模具（2）之间设置有隔热垫（12）。

6.如权利要求4所述聚合物老化加速处理装置，其特征在于：所述支撑平台（1）的上表面设置有固定支撑板（13），所述滑动支撑板（11）由固定支撑板（13）进行支撑。

7.如权利要求4所述聚合物老化加速处理装置，其特征在于：所述滑动支撑板（11）上设置有定位销（14），所述支撑平台（1）上设置有销孔，所述定位销（14）与销孔相配合。

8.如权利要求4所述聚合物老化加速处理装置，其特征在于：所述支撑平台（1）上设置有用于对滑动支撑板（11）进行限位的挡块（15）。

9.如权利要求1所述聚合物老化加速处理装置，其特征在于：还包括PLC（16），所述加热机构（3）和液压缸（5）均由PLC（16）进行控制。

10.如权利要求1至9任一项所述聚合物老化加速处理装置的处理方法，其特征在于，包括

将聚合物样品放入处理腔（4）；

将油介质加入处理腔（4），确保油介质淹没聚合物样品；

启动液压缸（5），液压缸（5）的活塞杆进入处理腔（4）并对油介质和聚合物样品施加压力，直到处理腔（4）内的压力达到设定值；

启动加热机构（3），将处理腔（4）内的油介质和聚合物样品加热至设定值并保温；

待处理时间达到设定值时，关闭加热机构（3），控制液压缸（5）的活塞杆复位，最后取出聚合物样品。

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