CN115683985A - 一种材料在高压状态下的寿命评估方法 - Google Patents

一种材料在高压状态下的寿命评估方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115683985A
CN115683985A CN202110867944.9A CN202110867944A CN115683985A CN 115683985 A CN115683985 A CN 115683985A CN 202110867944 A CN202110867944 A CN 202110867944A CN 115683985 A CN115683985 A CN 115683985A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure
temperature
life
under
compression set
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110867944.9A
Other languages
English (en)
Inventor
徐建坦
周军基
李泉
韩连超
张威
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stander Testing Group Co ltd
Original Assignee
Stander Testing Group Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Stander Testing Group Co ltd filed Critical Stander Testing Group Co ltd
Priority to CN202110867944.9A priority Critical patent/CN115683985A/zh
Publication of CN115683985A publication Critical patent/CN115683985A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

本申请公开了一种材料在高压状态下的寿命评估方法，其特征在于，包括以下步骤：在温度为Ti和压力为Pj的条件下，对试样进行老化试验；制定老化周期，定期取样，测量温度Ti和压力Pj条件下试样的压缩永久变形值εx；以试样的压缩永久变形值εx的50％作为试样材料的寿命终点，计算温度Ti和压力Pj条件下试样的寿命tk；将所述温度Ti和所述压力Pj以及(Ti，Pj)对应的寿命tk带入到关系式：
Figure DDA0003187931600000011
计算待估系数C和E；使用所述关系式
Figure DDA0003187931600000012
预测一定温度和压力下的材料寿命。本申请提供的寿命评估方法能够评估材料在高压下的寿命，并且具有操作简单、结果可靠的特点。

Description

一种材料在高压状态下的寿命评估方法
技术领域
本发明属于材料老化检测技术领域，尤其涉及一种材料在高压状态下的寿命评估方法。
背景技术
密封件在工业中有着广泛的应用，密封件失效的直接后果便是密封流体泄露。
橡胶密封材料在长期使用环境下，受到热、氧、机械应力和接触的油、水等介质的影响，出现变色、发粘、变硬发脆和物理机械性能下降等现象，丧失使用价值。在日常生活和生产中，对材料的使用寿命进行评估变动非常重要。
现有的方法GB/T 20028-2005《硫化橡胶或热塑性橡胶应用阿累尼乌斯图推算寿命和最高使用温度》规定了在温度应力下的橡胶材料寿命评估方法。橡胶密封材料使用环境复杂，除了温度对其寿命有影响，压力对其寿命的影响也不容忽略，但是要对有环境压力因素下的材料进行寿命评估时，缺少必要的试验方法。
发明内容
本申请提供了一种材料在高压状态下的寿命评估方法，用以解决材料无法在高压环境下进行寿命评估技术问题。
根据本发明提供的一种材料在高压状态下的寿命评估方法，包括以下步骤：
在温度为Ti和压力为Pj的条件下，对试样进行老化试验；
制定老化周期，定期取样，测量温度Ti和压力Pj条件下试样的压缩永久变形值εx；
以试样的压缩永久变形值εx的50％作为试样材料的寿命终点，计算温度Ti和压力Pj条件下试样的寿命tk；
将所述温度Ti和所述压力Pj以及(Ti，Pj)对应的寿命tk带入到关系式：
Figure BDA0003187931580000011
Figure BDA0003187931580000012
计算待估系数C和E；
使用所述关系式
Figure BDA0003187931580000013
预测一定温度和压力下的材料寿命；
式中，t为老化时间、单位d，T为热力学温度、单位K，P为环境压力、单位MPa，Ea 为表观活化能、单位J/mol，R为摩尔气体常数、取值8.314J/(mol·K)，C、E为待估系数；
其中，i、j的取值1、2、3、…、N，N为试验点数，所述x的取值1、2、3、…、X，所述k的取值1、2、3、…、K。
一种可选的实施方式，计算待估系数C和E，具体为，采用二元线性回归方法计算待估系数C和E。
一种可选的实施方式，预测一定温度和压力下的材料寿命，具体为，使用外推法预测一定温度和压力下的材料寿命。
一种可选的实施方式，测量温度Ti和压力Pj条件下试样的压缩永久变形值εx，具体为，根据国家标准GB/T 7759.1-2015测量温度Ti和压力Pj条件下试样的压缩永久变形值εx。
一种可选的实施方式，计算温度Ti和压力Pj条件下试样的寿命tk，具体为，根据测量获得的压缩永久变形值εx和对应的取样时间，通过插入法得出压缩永久变形值εx到达临界值 50％时的老化时间，即为温度Ti和压力Pj条件下试样的寿命tk。
基于上述实施例可见，本发明提供了一种材料在高压状态下的寿命评估方法，包括以下步骤：在温度为Ti和压力为Pj的条件下，对试样进行老化试验；制定老化周期，定期取样，测量温度Ti和压力Pj条件下试样的压缩永久变形值εx；以试样的压缩永久变形值εx的50％作为试样材料的寿命终点，计算温度Ti和压力Pj条件下试样的寿命tk；将所述温度Ti和所述压力Pj以及(Ti，Pj)对应的寿命tk带入到关系式：
Figure BDA0003187931580000021
计算待估系数C 和E；使用所述关系式
Figure BDA0003187931580000022
预测一定温度和压力下的材料寿命；式中，t为老化时间、单位d，T为热力学温度、单位K，P为环境压力、单位MPa，Ea为表观活化能、单位J/mol，R为摩尔气体常数、取值8.314J/(mol·K)，C、E为待估系数；其中，i、j的取值 1、2、3、…、N，N为试验点数，所述x的取值1、2、3、…、X，所述k的取值1、2、3、…、 K。通过对反应速率常数进行修正，经过有限的试验即可实现高压下的寿命评估实验。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种材料在高压状态下的寿命评估方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种在标准大气压条件下不同温度时老化系数随老化时间变化数据图；
图3为本发明实施例提供的一种在高压(2MPa)条件下不同温度时老化系数随老化时间变化数据图；
图4为本发明实施例提供的另一种在高压(3MPa)条件下不同温度时老化系数随老化时间变化数据图；
图5为本发明实施例提供的一种P、1\T和ln(t)的关系拟合图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种材料在高压状态下的寿命评估方法流程示意图；图2为本发明实施例提供的一种在标准大气压条件下不同温度时老化系数随老化时间变化数据图；图3为本发明实施例提供的一种P、1\T和ln(t)的拟合关系图；图4为本发明实施例提供的另一种在高压(3MPa)条件下不同温度时老化系数随老化时间变化数据图；图5为本发明实施例提供的一种P、1\T和ln(t)的关系拟合图。下面结合图1～图5对本发明实施例提供的材料在高压状态下的寿命评估方法进行详细的说明。
首先对实施例中各符合进行统一的说明：
KT：反应速率常数温度影响分量
Ea：表观活化能，(J/mol)
R：摩尔气体常数，[8.314J/(mol·K)]
T：老化的热力学温度，(K)
P：试验过程中的环境压力，(MPa)
F(t)：老化时间t时的性能指标
t：老化时间，(d)
K：表观反应速率常数
KP：反应速率常数压力影响分量
A、B、C、D、E：待估系数
1-ε：老化系数，1减去压缩永久变形值
如图1所示，材料在高压状态下的寿命评估方法，具体包括以下步骤：
S1：在温度为Ti和压力为Pj的条件下，对试样进行老化试验。
在温度为Ti和压力为Pj的条件下，对试样进行老化试验，i、j的取值1、2、3、…、N， N为试验点数。具体实施时，可以分为标准大气压条件下调整温度进行试验，或者是在高压条件下调整温度进行试验。这样方便操作，又可以获得可靠的结果。
S2：制定老化周期，定期取样，测量温度Ti和压力Pj条件下试样的压缩永久变形值εx。
具体取样周期根据材料老化特性进行调整，开始阶段取样频率高，后期性能下降稳定后，适当减少取样频率。取样后根据国家标准GB/T 7759.1-2015测量温度Ti和压力Pj条件下试样的压缩永久变形值εx，x的取值1、2、3、…、X。
S3：以试样的压缩永久变形值εx的50％作为试样材料的寿命终点，计算温度Ti和压力Pj条件下试样的寿命tk。
因为取样时间具有间断性，所以试样的压缩永久变形值εx为50％不一定刚巧取样测量，一般是以试样的压缩永久变形值εx大于50％时作为试样材料的寿命终点。这样便需要计算试样的压缩永久变形值εx等于50％时对应的试样的寿命。因此，计算温度Ti和压力Pj条件下试样的寿命tk，具体为，根据测量获得的压缩永久变形值εx和对应的取样时间，通过插入法得出压缩永久变形值εx到达临界值50％时的老化时间，即为温度Ti和压力Pj条件下试样的寿命tk，k的取值1、2、3、…、K。
S4：将所述温度Ti和所述压力Pj以及(Ti，Pj)对应的寿命tk带入到关系式：
Figure BDA0003187931580000041
计算待估系数C和E。
由温度因素影响的反应速率满足阿伦尼乌斯公式
Figure BDA0003187931580000042
高压环境对材料老化的反应速率用指数模型描述KP＝B·eCP。
在老化过程中，认为各个应力是相互独立的对材料的性能进行影响，材料的老化是各个应力单独造成的性能下降的叠加，总的反应速率常数
Figure BDA0003187931580000043
Figure BDA0003187931580000044
老化过程中，老化性能指标F(t)和老化时间t、反应速率常数K(T)的关系可以用下列关系式来表示：F(t)＝K·t。
两边取自然对数可以得到关系式：
Figure BDA0003187931580000045
确定老化性能指标临界值后，ln F(t)为常数，令E＝ln F(t)-lnD可以得到老化性能下降时间、环境压力和热力学温度的关系式：
Figure BDA0003187931580000046
通过前述步骤获得了温度Ti和压力Pj条件下试样的寿命tk，将Ti、Pj、tk带入到关系式：
Figure BDA0003187931580000047
采用二元线性回归方法计算待估系数C和E。
S5：使用所述关系式
Figure BDA0003187931580000048
预测一定温度和压力下的材料寿命。
通过步骤S4获得了P、1\T和ln(t)的关系式，将一定环境温度和一定环境压力带入到P、 1\T和ln(t)的关系式，再使用外推法预测一定温度和压力下的材料寿命。
实施案例
试验样品：三元乙丙橡胶。
诊断参数：压缩永久变形。
试验条件：170℃(标准大气压)、180℃(标准大气压)、190℃(标准大气压)、200℃(标准大气压)、210℃(标准大气压)、170℃(2MPa)、180℃(2MPa)、190℃(2MPa)、 200℃(2MPa)、210℃(2MPa)、170℃(3MPa)、180℃(3MPa)、190℃(3MPa)、200℃(3MPa)、210℃(3MPa)。
依据GB/T20028-2005进行标准大气压下的试验。标准大气压下的试验在热空气老化箱中进行，压缩永久变形按照GB/T 7759.1-2015进行。制定老化周期，定期取出样品进行根据国家标准压缩永久变形测试，获得数据见表1和图2。
表1标准大气压条件下样品压缩永久变形值
时间(d) 170℃ 180℃ 190℃ 200℃ 210℃
1 / / / / 0.67
2 0.90 0.85 0.73 0.69 0.59
3 / / / / 0.54
4 0.85 0.80 0.67 0.61 0.52
5 / / / 0.56 0.50
5.5 / / / / 0.45
6 0.82 0.73 0.61 0.53 0.39
7 / / / 0.5 /
8 / / 0.57 0.47 /
9 / / / 0.46 /
11 / 0.62 0.54 0.43 /
13 / / 0.52 / /
14 0.72 0.58 / /
15 / / 0.50 / /
16 / / 0.48 / /
17 / 0.56 0.45 / /
20 0.66 0.54 / / /
22 / 0.53 / / /
26 / 0.50 / / /
27 0.63 / / / /
28 / 0.48 / / /
29 / 0.47 / / /
31 0.57 0.44 / / /
35 0.54 / / / /
40 0.50 / / / /
47 0.47 / / / /
54 0.44 / / / /
通过插入法得出，分别在标准大气压下老化温度为170℃、180℃、190℃、200℃和210℃的压缩永久变形到达临界值50％时的老化时间，见表2。
表2标准大气压条件下不同温度下的老化时间
温度 170℃ 180℃ 190℃ 200℃ 210℃
老化时间/d 42.1 24.3 13.9 7.2 4.2
高压下的试验，使用反应釜进行老化试验，通过充氮气模拟使用环境压力。反应釜压力为2MPa时，按照老化周期，定期取出样品进行根据国家标准压缩永久变形测试，获得数据见表3和图3。
表3高压(2MPa)条件下样品压缩永久变形值
时间(h) 170℃ 180℃ 190℃ 200℃ 210℃
1 0.98 0.95 0.92 0.91 0.86
3 0.96 0.91 0.86 0.82 0.76
5 0.93 0.88 0.81 0.74 0.63
7 0.91 0.86 0.77 0.68 0.52
9 0.88 0.83 0.72 0.62 0.46
12 0.86 0.78 0.67 0.54 0.38
16 0.84 0.73 0.63 0.45 /
20 0.80 0.69 0.58 0.39 /
24 0.76 0.63 0.52 / /
36 0.70 0.56 0.42 / /
48 0.65 0.47 0.34 / /
60 0.61 0.39 / / /
72 0.52 / / / /
96 0.42 / / / /
120 0.37 / / / /
通过插入法得出，在高压条件下(2MPa)条件下老化温度分别为170℃、180℃、190℃、 200℃和210℃的压缩永久变形到达临界值50％时的老化时间，见表4。得出在高压条件下到达临界值的老化时间。
表4高压(2MPa)条件下不同温度下的老化时间
温度 170℃ 180℃ 190℃ 200℃ 210℃
老化时间/h 78.9 42.5 26.5 13.8 8.0
反应釜压力为3MPa时，按照老化周期，定期取出样品进行根据国家标准压缩永久变形测试，获得数据见表5和图4。
表5高压(3MPa)条件下样品压缩永久变形值
Figure BDA0003187931580000061
Figure BDA0003187931580000071
通过插入法得出，在高压条件下(3MPa)条件下老化温度分别为170℃、180℃、190℃、 200℃和210℃的压缩永久变形到达临界值50％时的老化时间，见表6。得出在高压条件下到达临界值的老化时间。
表6高压(3MPa)条件下不同温度下的老化时间
温度 170℃ 180℃ 190℃ 200℃ 210℃
老化时间/h 18.7 11.5 6.1 3.4 1.9
如图5所示，将热力学温度、环境压力和老化时间的试验数据用二元一次线性回归进行数据拟合得出待估系数C和E分别为1.365和-23.98。则寿命评估关系式为lnt＝1.2362×104×1T-1.362·P-23.98。
将使用温度70℃，使用环境压力2MPa带入方程得出使用寿命为
Figure BDA0003187931580000072
Figure BDA0003187931580000073
符合实际情况。
上述实施例，对本发明进行了详细描述，这些描述是说明性的而非限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。
以上的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (5)

1.一种材料在高压状态下的寿命评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
在温度为Ti和压力为Pj的条件下，对试样进行老化试验；
制定老化周期，定期取样，测量温度Ti和压力Pj条件下试样的压缩永久变形值εx；
以试样的压缩永久变形值εx的50％作为试样材料的寿命终点，计算温度Ti和压力Pj条件下试样的寿命tk；
将所述温度Ti和所述压力Pj以及(Ti，Pj)对应的寿命tk带入到关系式
Figure FDA0003187931570000011
Figure FDA0003187931570000012
计算待估系数C和E；
使用所述关系式
Figure FDA0003187931570000013
预测一定温度和压力下的材料寿命；
式中，t为老化时间、单位d，T为热力学温度、单位K，P为环境压力、单位MPa，Ea为表观活化能、单位J/mol，R为摩尔气体常数、取值8.314J/(mol·K)，C、E为待估系数；
其中，i、j的取值1、2、3、…、N，N为试验点数，所述x的取值1、2、3、…、X，所述k的取值1、2、3、…、K。
2.根据权利要求1所述的材料在高压状态下的寿命评估方法，其特征在于，计算待估系数C和E，具体为，采用二元线性回归方法计算待估系数C和E。
3.根据权利要求1所述的材料在高压状态下的寿命评估方法，其特征在于，预测一定温度和压力下的材料寿命，具体为，使用外推法预测一定温度和压力下的材料寿命。
4.根据权利要求1所述的材料在高压状态下的寿命评估方法，其特征在于，测量温度Ti和压力Pj条件下试样的压缩永久变形值εx，具体为，根据国家标准GB/T 7759.1-2015测量温度Ti和压力Pj条件下试样的压缩永久变形值εx。
5.根据权利要求1所述的材料在高压状态下的寿命评估方法，其特征在于，计算温度Ti和压力Pj条件下试样的寿命tk，具体为，根据测量获得的压缩永久变形值εx和对应的取样时间，通过插入法得出压缩永久变形值εx到达临界值50％时的老化时间，即为温度Ti和压力Pj条件下试样的寿命tk。
CN202110867944.9A 2021-07-30 2021-07-30 一种材料在高压状态下的寿命评估方法 Pending CN115683985A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110867944.9A CN115683985A (zh) 2021-07-30 2021-07-30 一种材料在高压状态下的寿命评估方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110867944.9A CN115683985A (zh) 2021-07-30 2021-07-30 一种材料在高压状态下的寿命评估方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115683985A true CN115683985A (zh) 2023-02-03

Family

ID=85058784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110867944.9A Pending CN115683985A (zh) 2021-07-30 2021-07-30 一种材料在高压状态下的寿命评估方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115683985A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108303317B (zh) 一种橡胶密封圈失效检测方法
CN108700485B (zh) 泄漏检查装置及方法
CN107702905B (zh) 一种基于威布尔分布的橡胶圈可靠寿命预测方法
CN107843510B (zh) 基于室温布氏硬度预测超临界机组t/p91耐热钢剩余持久寿命评估方法
CN107122563A (zh) 一种gis气密封橡胶寿命预测计算方法及装置
CN106124191A (zh) 一种橡胶密封圈的剩余寿命评估方法
CN104914041A (zh) 盾构隧道弹性密封垫成品老化检测方法
CN108088786A (zh) 一种橡胶制0型密封圈老化寿命试验方法
CN111310355B (zh) 一种车载牵引变压器nomex纸寿命衰减的试验与分析方法
CN111474109B (zh) 一种预测油气环境下热塑性塑料服役寿命试验方法
CN111380772A (zh) 长期贮存产品内部的橡胶类密封件贮存寿命的测定方法
CN115683985A (zh) 一种材料在高压状态下的寿命评估方法
CN117367688B (zh) 一种玻璃钢管气密性检测分析方法
CN105158147B (zh) 一种用于测试密封圈材料老化的装置及方法
CN110594327A (zh) 一种v型弹簧及其生产方法
CN112560237B (zh) 一种燃气胶管的寿命快速测试方法及其测试系统
CN110762146B (zh) 一种h型弹簧及其生产方法
CN115876681B (zh) 一种用于密封垫的安全度评估方法及测试装置
CN113237745B (zh) 一种基于曲率修正原理的裂纹长度测算方法
CN110568337A (zh) 基于隐退化的金属封装功率mosfet贮存可靠性检测技术
CN106124746B (zh) 一种基于失效物理的退化数据有效性分析方法
CN114942257A (zh) 一种基于损耗因子的橡胶材料非等温硫化曲线的测定方法
CN115165582A (zh) 一种核电站大口径真空系统爆破膜剩余寿命评估方法
CN106248562A (zh) 高炉煤气管道膨胀节用橡胶使用寿命预测方法
JP6075246B2 (ja) ゴムシール材の寿命評価方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination