本發(fā)明涉及材料老化試驗領域，尤其涉及一種膨脹節(jié)用橡膠老化試驗方法。
背景技術：
：目前非金屬膨脹節(jié)的應用非常廣泛，橡膠材料是非金屬膨脹節(jié)中的重要部件。橡膠材料的老化失效將會造成非金屬膨脹節(jié)的損壞破漏。某些高爐煤氣管道采用了非金屬膨脹節(jié)，若由于橡膠材料的老化失效造成煤氣泄露，將會對人員和生產的安全造成極大的危害和損失，因而對高爐煤氣管道采用的橡膠材料的使用壽命進行預測是非常重要的。對于橡膠材料使用壽命的進行預測，主要依據(jù)橡膠的老化試驗數(shù)據(jù)，這類試驗通常采用人工加速老化的方法。人工加速老化試驗一般有烘箱加速老化、人工海水老化、臭氧加速老化、濕熱老化試驗、鹽霧試驗等，但是以上人工加速老化方法模擬的老化環(huán)境與高爐煤氣管道的實際情況差異較大。高爐煤氣經過濕法除塵等工藝后，隨著煤氣溫度的下降，酸性腐蝕氣體和水會在管道中凝結析出，造成金屬管道的腐蝕。在管道中和膨脹節(jié)處存留有強腐蝕性的冷凝液和金屬管道的腐蝕產物等，這對非金屬膨脹節(jié)橡膠的老化具有顯著的影響，而通常的人工加速老化方法沒有對此情況進行模擬，因此需要一種適合于高爐煤氣管道非金屬膨脹節(jié)用橡膠的人工加速老化試驗方法，并可依據(jù)得到的試驗數(shù)據(jù)對橡膠材料的使用壽命進行預測。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種高爐煤氣管道膨脹節(jié)用橡膠使用壽命預測方法，該方法對高爐煤氣管道膨脹節(jié)內的沉積物進行處理后得到的浸出液作為老化試驗介質，使得實驗環(huán)境與材料現(xiàn)場工作環(huán)境更加匹配，提高了預測的準確性，變向提高了高爐煤氣管道膨脹節(jié)的使用壽命，降低了生產成本。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種高爐煤氣管道膨脹節(jié)用橡膠使用壽命預測方法，選用標準橡膠進行老化試驗，設定平均工作溫度和加速溫度后，分別在平均工作溫度和加速溫度下進行老化試驗得到試驗倍數(shù)，最終對被檢測橡膠在加速溫度下進行老化試驗，得到被檢測橡膠的性能參數(shù)，根據(jù)被檢測橡膠的性能參數(shù)得到使用壽命預測值，所述老化試驗的介質采用高爐煤氣管道膨脹節(jié)內的沉積物水浸出液，所述沉積物水浸出液的配置方式為，設定最大工作溫度，首先在更換下來的高爐煤氣管道膨脹節(jié)內隨機采集若干份等質量的沉積物份，并用研缽研磨均勻得到沉積物樣品；然后在最大工作溫度下將沉積物樣品在去離子水中浸泡一定時間；最后用濾紙過濾掉沉積物樣品，得到的濾液作為沉積物水浸出液；所述沉積物樣品與去離子水的質量比為2：1~1:3。所述進行老化試驗的具體步驟為，設定試驗溫度、試驗時間和性能參數(shù)閾值，S1：將橡膠裁剪為標準試驗尺寸的橡膠試樣；S2：將橡膠試樣放入水熱反應釜中，并加入沉積物水浸出液浸沒橡膠試樣；S3：封閉水熱反應釜后置于烘箱中加熱至試驗溫度并保溫試驗時間；S4：將加熱保溫完畢的水熱反應釜從烘箱中取出，自然冷卻到室溫后，打開水熱反應釜，取出橡膠試樣，用去離子水洗凈并干燥后對橡膠試樣進行檢測，得到在該試驗溫度和試驗時間下橡膠試樣的性能參數(shù)；S5：設定一組試驗時間，分別在平均工作溫度和加速溫度下重復步驟S1~S4，得到在各個試驗時間對應的性能參數(shù)，用試驗時間對性能參數(shù)進行擬合分別得到在平均工作溫度和加速溫度下的時間-性能方程Q(t)，Q為性能參數(shù)，t為試驗時間；S6：將性能參數(shù)閾值分別帶入到平均工作溫度和加速溫度下的時間-性能方程內，得到平均工作溫度和加速溫度下的使用壽命，比較兩個使用壽命后得到在加速溫度下的老化試驗時間倍數(shù)；S7：設定一組試驗時間后，將被檢測橡膠在加速溫度下重復步驟S1~S4，得到在各個試驗時間對應的性能參數(shù)，用試驗時間對性能參數(shù)進行擬合得到被檢測橡膠的時間-性能方程；將性能參數(shù)閾值帶入到被檢測橡膠的時間-性能方程中得到被檢測橡膠的使用壽命預測值。所述步驟S4中，對橡膠試樣進行干燥的具體方式為，先將橡膠試樣放置在吸水紙上吸干表面的去離子水，然后在變色硅膠干燥器中存放24小時。所述的性能參數(shù)包括拉伸強度、邵氏硬度。所述的最大工作溫度為60℃。所述沉積物樣品在去離子水中浸泡的時間為24小時。本發(fā)明高爐煤氣管道膨脹節(jié)用橡膠使用壽命預測方法對高爐煤氣管道膨脹節(jié)內的沉積物進行處理后得到的浸出液作為老化試驗介質，在具有四氟乙烯內襯的不銹鋼水熱反應釜中對橡膠材料進行用人工加速老化試驗，依據(jù)試驗數(shù)據(jù)推測橡膠材料的使用壽命，使得實驗環(huán)境與材料現(xiàn)場工作環(huán)境更加匹配，提高了預測的準確性；根據(jù)精確的預測值，就可以實現(xiàn)在保證生產安全的情況下降低安全的冗余量，變向提高了高爐煤氣管道膨脹節(jié)的使用壽命，降低了生產成本。附圖說明圖1為在各個試驗溫度下標準橡膠的時間-拉伸強度的擬合曲線圖；●為40℃，▲為100℃，■為150℃圖2為在各個試驗溫度下標準橡膠的時間-邵氏硬度的擬合曲線圖；●為40℃，▲為100℃，■為150℃圖3為被檢測橡膠的在150℃下時間-拉伸強度的擬合曲線圖；圖4為被檢測橡膠的在150℃下時間-邵氏硬度的擬合曲線圖。具體實施方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明表述的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例1一種高爐煤氣管道膨脹節(jié)用橡膠使用壽命預測方法，選用標準橡膠進行老化試驗，設定平均工作溫度和加速溫度后，分別在平均工作溫度和加速溫度下進行老化試驗得到試驗倍數(shù)，最終對被檢測橡膠在加速溫度下進行老化試驗，得到被檢測橡膠的性能參數(shù)，根據(jù)被檢測橡膠的性能參數(shù)得到使用壽命預測值，所述老化試驗的介質采用高爐煤氣管道膨脹節(jié)內的沉積物水浸出液，所述沉積物水浸出液的配置方式為，設定最大工作溫度，首先在更換下來的高爐煤氣管道膨脹節(jié)內隨機采集若干份等質量的沉積物份，并用研缽研磨均勻得到沉積物樣品；然后在最大工作溫度下將沉積物樣品在去離子水中浸泡一定時間；最后用濾紙過濾掉沉積物樣品，得到的濾液作為沉積物水浸出液；所述沉積物樣品與去離子水的質量比為2：1~1:3，在本實施例中，該重量比為1:1，最大工作溫度為60℃，沉積物樣品在去離子水中浸泡的時間為24小時；所述進行老化試驗的具體步驟為，設定試驗溫度、試驗時間和性能參數(shù)閾值，本實施例中對橡膠的拉伸強度和邵氏硬度這兩項性能參數(shù)分別進行檢測，拉伸強度閾值與邵氏硬度的閾值均設為樣品老化前數(shù)值與理論老化極限數(shù)值之間的60%處，對比試驗溫度分別為40℃、100℃、150℃；其中40℃為高爐煤氣管道膨脹節(jié)用橡膠的平均工作溫度，100℃和150℃為加速老化溫度；S1：將橡膠裁剪為標準試驗尺寸的橡膠試樣；將橡膠材料剪裁成長度為100mm，寬為20mm，厚度為1mm±0.1mm的橡膠試樣；S2：將橡膠試樣放入水熱反應釜中，并加入沉積物水浸出液浸沒橡膠試樣；本試驗用的水熱反應釜為HZ200型不銹鋼水熱反應釜，此水熱反應釜采用聚四氟乙烯內襯，容量為200mL，此容量下加入100mL的沉積物水浸出液以完全浸沒橡膠試樣；S3：封閉水熱反應釜后置于烘箱中加熱至試驗溫度并保溫試驗時間；S4：將加熱保溫完畢的水熱反應釜從烘箱中取出，自然冷卻到室溫后，打開水熱反應釜，取出橡膠試樣，用去離子水洗凈并干燥后對橡膠試樣進行檢測，得到在該試驗溫度和試驗時間下橡膠試樣的性能參數(shù)；對橡膠試樣進行干燥的具體方式為，先將橡膠試樣放置在吸水紙上吸干表面的去離子水，然后在變色硅膠干燥器中存放24小時；S5：設定一組試驗時間，即老化時間，分別在平均工作溫度和加速溫度下重復步驟S1~S4，得到在各個試驗時間對應的性能參數(shù)，用試驗時間對性能參數(shù)進行擬合分別得到在平均工作溫度和加速溫度下的時間-性能方程Q(t)，Q為性能參數(shù)，t為試驗時間；本實施例中，性能參數(shù)為拉伸強度σ和邵氏硬度HA試驗得到的數(shù)據(jù)如下表1、表2、表3老化時間t（天）0306090120150180210拉伸強度σ（兆帕）5.935.363.783.452.512.391.861.61邵氏硬度A，HA（度）75.570666461———表1橡膠在40oC下不同老化時間的拉伸強度和邵氏硬度老化時間t（天）00.51246拉伸強度σ（兆帕）5.935.334.43.521.941.35邵氏硬度A，HA（度）75.573.572.2570.7567.566.25表2橡膠在100oC下不同老化時間的拉伸強度和邵氏硬度老化時間t（天）00.51246拉伸強度σ（兆帕）5.934.823.61.740.50.25邵氏硬度A，HA（度）75.569.568.566.564.561.75表3橡膠在150oC下不同老化時間的拉伸強度和邵氏硬度如圖1所示，根據(jù)表1、2、3中的數(shù)據(jù)進行擬合得到時間-拉伸強度方程（1）σ=σ0+ae-t/b（1）式中，σ0為拉伸強度擬合值，e為歐拉常數(shù)，a、b為擬合系數(shù)；得到標準橡膠的時間-拉伸強度的擬合曲線圖；試驗溫度σ0ab40oC0.01145.921156.4100oC0.33535.5953.394150oC-0.15376.0571.918表4不同溫度下拉伸強度-老化時間關系曲線擬合數(shù)值表如圖2所示，根據(jù)表1、2、3中的數(shù)據(jù)進行擬合得到時間-邵氏硬度方程（2），HA=HA0+ce-t/d（2）式中，e為歐拉常數(shù)，HA0為邵氏硬度擬合值，c、d為擬合系數(shù)；得到標準橡膠的時間-邵氏硬度的擬合曲線圖；試驗溫度HA0cd40oC62.1513.2945.70100oC63.7412.010.9801150oC61.1213.840.5935表5不同溫度下硬度-老化時間關系曲線擬合數(shù)值表由表1、2、3中的數(shù)值可知在150℃下的進行老化試驗的速度明顯高于100℃，因此本實施例中，采用150℃作為加速溫度；S6：將性能參數(shù)閾值分別帶入到平均工作溫度和加速溫度下的時間-性能方程內，得到平均工作溫度和加速溫度下的使用壽命，比較兩個使用壽命后得到在加速溫度下的老化試驗時間倍數(shù)；拉伸強度閾值設為3.68【拉伸強度閾值：σL=σ0’-(σ0’-σ0)*(1-60%)，其中，σ0’為樣品老化前測定值（此時為5.93）；σ0為實驗數(shù)據(jù)擬合公式值的極大值（此時為0.3353）】，邵氏硬度的閾值設為70.8【硬度閾值：HAL=HA0’-(HA0’-HA0)*(1-60%)，其中，HA0’為樣品老化前測定值（此時為75.5）；HA0為實驗數(shù)據(jù)擬合公式值的極大值（此時為63.74）】，分別帶入公式1、2得到：以拉伸強度為指標在40℃下的使用壽命為74.9天，在150℃下的使用壽命為0.88天；以邵氏硬度為指標在40℃下的使用壽命為19.6天，在150℃下的使用壽命為0.21天；在150℃下拉伸強度的老化試驗時間縮短倍數(shù)為74.9/0.88=85.1倍，邵氏硬度的老化試驗時間縮短倍數(shù)為19.6/0.21=93.3倍；S7：設定一組試驗時間后，將被檢測橡膠在加速溫度下重復步驟S1~S4，得到在各個試驗時間對應的性能參數(shù)，用試驗時間對性能參數(shù)進行擬合得到被檢測橡膠的時間-性能方程；將性能參數(shù)閾值帶入到被檢測橡膠的時間-性能方程中得到被檢測橡膠的使用壽命預測值；在150℃下被檢測橡膠的試驗數(shù)據(jù)如下表6所示，老化時間t（天）00.210.420.630.831.67拉伸強度σ（兆帕）2.751.801.301.080.950.34邵氏硬度A，HA（度）75.569.568.566.564.561.7表6被檢測橡膠在150oC下不同老化時間的拉伸強度和邵氏硬度用公式1、2對表6中的數(shù)據(jù)進行擬合得到如圖3、4所示的被檢測橡膠時間-性能擬合曲線；試驗溫度σ0ab150oC0.3362.410.484試驗溫度HA0cd150oC61.4613.980.529σ測=0.336+2.41e-t/0.484（3）HA測=61.46+13.98e-t/0.529（4）拉伸強度閾值設為1.78【拉伸強度閾值：σL=σ0’-(σ0’-σ0)*(1-60%)，其中，σ0’為樣品老化前測定值（此時為2.72），σ0為實驗數(shù)據(jù)擬合公式值的極大值（此時為0.336）】，邵氏硬度的閾值設為69.88【硬度閾值：HAL=HA0’-(HA0’-HA0)*(1-60%)，其中，HA0’為樣品老化前測定值（此時為75.5），HA0為實驗數(shù)據(jù)擬合公式值的極大值（此時為61.46）】，分別帶入公式3、4得到以拉伸強度為指標的使用壽命為0.248天，以拉伸強度為指標的使用壽命為0.268天；最終該檢測橡膠的使用壽命預測值為0.247*85.1倍=21.0天，或0.268*93.3倍=25.0天，考慮到使用的安全性，該處以各項性能參數(shù)中壽命較短的為最終的使用壽命預測值，即21.0天。當前第1頁1 2 3