静密封橡胶制品使用寿命的快速预测方法

静密封橡胶制品使用寿命的快速预测方法

国家标准 GB/T27800一2021 代替GB/T27800一2011 静密封橡胶制品使用寿命的 快速预测方法 Determinationfthelifeforstatiesealingrubberproduets 2021-05-21发布 2021-12-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB/T27800一2021 前 言 本文件按照GB/T1.1一2020<标准化工作导则第1部分;标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草 本文件代替GB/T27800-2011《静密封橡胶制品使用寿命的快速预测方法》,与GB/T27800 2011相比,除结构调整和编辑性修改外,主要技术变化如下 增加规范性引用文件GB/T1683,GB/T1690,GB/T5720(见第2章); a b 规范性引用文件GB/T7759变更为GB/T7759.1(见第2章,2011年版的第2章) c 增加了“术语和定义”一章(见第3章); d 试样中增加了GB/T1683中的压缩永久变形试样(见5.1),O形圈试样改为引用GB/T5720 中的试样见5.1、5.2,2011年版的4.2); 每个试验温度的第一次性能测试,压缩永久变形的变化从“不应高于20%”改为“不应高于 0%”,压缩应力松弛的变化从“不应低于初始值的80%”改为“不应低于初始值的90%” 见7.3.2,2011年版的6.1.2.3) 增加了回归方程的显著性检验(见9.3). f 增加了性能的预测(见9.4); g h)增加了考虑置信水平下性能的上限计算(见9.5)》. 本文件由石油和化学工业协会提出 本文件由全国橡胶与橡胶制品标准化技术委员会(sAC/Tc35)归口 本文件起草单位;西北橡胶塑料研究设计院有限公司,新兴铸管股份有限公司、西安向阳航天材料 股份有限公司,成都盛帮密封件股份有限公司、青岛海力威新材料科技股份有限公司、广东天诚密封件 股份有限公司南京利德东方橡塑科技有限公司、马鞍山宏力惚胶制品有限公司、上海如实密封科技有 限公司南京东润特种橡塑有限公司、卡勒克密封技术(上海)有限公司、际华三五一七橡胶制品有限公 司、河北友联橡胶制品有限公司 本文件主要起草人;魏浩、曹元礼,王恩清、叶长青、范德波、刘何洪、王亮燕、高法训、李恩军、 江文养、曾建华、曾轶、苏风森,李志辉、樊艳艳、信绍广,冀建波、王少波、黄首彬、周慧,黄良根,王敏 张小妹、周江帆、韩平 本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为: -2011年首次发布为GB/T27800一2011; 本次为第一次修订
GB/T27800一2021 静密封橡胶制品使用寿命的 快速预测方法 范围 本文件规定了静密封橡胶制品使用寿命的快速预测方法 本文件适用于预测静密封橡胶制品在压缩(径向压缩12%一25%,轴向压缩15%一40%)状态下 在与各种介质和空气接触时的使用寿命,也适用于预测自由状态下的橡胶制品的贮存期 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 其中,注日期的引用文 件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于 本文件 GB/T528硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定 GB/T1683硫化橡胶恒定形变压缩永久变形的测定方法 GB/T1685硫化橡胶或热塑性橡胶在常温和高温下压缩应力松弛的测定 GB/T1690硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体试验方法 GB/T3512硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验 GB/T5720o形橡胶密封圈试验方法 GB/T7759.！硫化橡胶或热塑性橡胶压缩永久变形的测定第1部分;在常温及高温条件下 GB/T15905硫化橡胶湿热老化试验方法 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 临界值threshodvalue 橡胶制品在贮存或使用条件下由于受到环境应力的综合作用,使其某一关键性能下降,当该关键性 能下降至导致橡胶制品失效时的性能值 原理 静密封橡胶制品在贮存及使用条件下的性能变化主要是由于热,氧、机械应力和接触的油、水等介 一定的温度范围内,静密封橡胶制品的高温加迷老化与使用条件下的老化机理是相 质的综合作用 在- 同的,老化速度常数与温度的关系符合阿伦尼乌斯方程 利用高温加速老化试验得到的数据,可外推计 算使用温度下的使用寿命 静密封橡胶制品使用寿命的预测,试验项目宜选择积累压缩永久变形或压缩应力松弛;橡胶制品贮 存期的预测,试验项目宜选择拉断伸长率
GB/T27800一2021 5 试样 5.1试验项目选择压缩永久变形时,试样应符合GB/T1683,GB/T7759.1或GB/T5720的要求;试 验项目选择压缩应力松弛时,试样应符合GB/T1685或GB/T5720的要求 5.2试验项目选择拉断伸长率时,试样应符合GB/T528或GB/T5720的要求 哑铃状试样的规格应 与生产橡胶制品的混炼胶初始性能指标测试时的试样规格保持一致 6 试验仪器 6.1热空气老化箱 热空气老化箱应符合GB/T3512的规定 6.2湿热试验箱 湿热试验箱应符合GB/T15905的规定 6.3拉力试验机 拉力试验机应符合GB/T528的规定 6.4压缩应力松弛仪 压缩应力松弛仪应符合GB/T1685的规定 试验条件 7.1试验温度 老化试验温度不应少于5个,相邻温度间隔不少于10C 7.1.1 7.1.2试验温度的上限因生橡胶、硫化体系不同而异 推荐的试验温度上限参见附录A的表A.1 试 验时间允许的情况下,降低试验温度,可提高预测的准确度 7.2试验湿度 考虑相对湿度影响的加速老化试验,试验时的相对湿度与使用环境下的相对湿度相一致 7.3试验时间 7.3.1每个试验温度下试验数据不应少于10个 时间间隔可根据性能变化的情况而定 对于压缩永 久变形,两次试验结果之差控制在10%以内;对于应力松弛和拉断伸长率,两次试验结果之差应控制在 原始值的10%以内 7.3.2每个试验温度的第一次性能试验时,压缩永久变形的变化不应高于10%,压缩应力松弛的变化 不应低于原始值的90%,拉断伸长率的变化不应低于原始值的90% 7.4压缩率 对于试验项目为压缩永久变形或压缩应力松弛的老化试验,试样的压缩率应与静密封橡胶制品使 用条件下的压缩率一致 也可按照GB/T7759.1,G;B/T1683,GB/T5720或GB/T1685进行选取
GB/T27800一2021 试验步骤 8.1加速老化试验 通常加速老化试验应按GB/T3512进行;如需考虑相对湿度影响时,加速老化试验应按 GB/T15905进行;如是浸泡在液体中使用时,加速老化试验应按GB/T1690进行 易水解橡胶材料 如硅橡胶、丙烯酸酯橡胶)的加速老化试验,应按GB/T15905进行 8.2加速老化试验过程中性能的测定 8.2.1压缩应力松弛的测定 8.2.1.1压缩应力松弛的测定按GB/T1685进行 将试样压缩到规定的压缩率后,在标准试验室环境 下停放3d后,测定的应力值为初始应力 经加速老化试验(见8.1)后,将夹具从老化箱中取出,在标准 试验室环境下停放1d后测试并记录的应力为老化后的应力,计算其压缩应力松弛 8.2.1.2再次将夹具放人老化箱,进行下个周期的老化,并再次测定、记录和计算经老化后的压缩应力 松弛 如此循环多次测定、记录和计算压缩应力松弛 8.2.1.35个温度中的3个较高温度的试验,压缩应力松弛达到临界值(见9.6.1)或小于原始值的30% 时,终止试验;另两个较低温度的试验,压缩应力松弛小于原始值的50%时,终止试验 8.2.2压缩永久变形的测定 8.2.2.1压缩永久变形测定按照GB/T7759.1进行 将试样压缩到规定的压缩率后,在标准试验室环 境下停放3d,然后打开夹具,再停放1d后测定其高度为初始高度 试样经加速老化试验(见8.1)后， 从老化箱中取出夹具并去掉负荷,在标准实验室条件下停放1d后测定并记录其试样高度,计算其压缩 永久变形 8.2.2.2把试样重新放人夹具并送回老化箱中进行下一个周期的老化,再次测定、记录和计算压缩永久 变形 如此循环多次 8.2.2.3对于5个温度中的3个较高温度的试验,压缩永久变形达到临界值(见9.6.1)或大于70%时， 终止试验;另两个较低温度的试验,压缩永久变形大于50%时终止试验 8.2.3拉断伸长率的测定 8.2.3.1拉断伸长率测定按照GB/T528进行 老化前的拉断伸长率取10个哑铃状试样结果的平均 值,试样经加速老化试验(见8.1)后拉断伸长率取5个哑铃状试样结果的平均值 记录所有的老化周期 的拉断伸长率值 8.2.3.2对于5个温度中的3个较高温度的试验,拉断伸长率达到临界值(见9.6.1)或小于原始值的 30%时,终止试验;另两个较低温度的试验，拉断伸长率应小于原始值的50%时终止试验 结果处理 9.1老化系数y与老化时间！和试验温度1之间的关系 老化系数y与老化时间！和试验温度丁之间的关系可用公式(1)描述: -ux(】 =b十blogt十b og-
GB/T27800一2021 式中 老化系数 理论上等于1的常数; 老化时间,单位为天(d); T 试验温度,单位为开尔文(K); 待定系数 b,b1,b 注1老化系数y与老化时间'和试验温度丁之间的关系的推导参见附录B 注2:对于应力松弛,老化系数为老化时间时的应力f与老化前的初始应力f 的比值,f/fn;对于拉断伸长率， 老化系数为老化时间'时的伸长率L与老化前的伸长率L 的比值,L/L.;对于压缩永久变形,老化系数为1 减老化时间时压缩永久变形率C%,l-C% 9.2公式参数的计算 9.2.1 系数矩阵的计算 令公式(1)中的log [-hx(] =Y.log'-X,了x,公式(I1)变为公式(2) Y=b 十bX十b.X 对公式(2)进行二元回归即可求得参数b,,b,be lb Y Y ,8 Y b xx 其中x .X.,Y 分别为第组试验数据转换后的xi.X 和Y 根据二元回归算法可知,系数矩阵3=(x'x)-1x'Y,通过矩阵运算即可得到系数矩阵3,即得到 b.,b,b 回归方程的表述见公式(3) Y=X3 .(3 9.2.2参数B的确定 公式(1)中的参数B采用逐次逼近的方法求解 逼近的准则是令B估计精确到小数点后三位时 使公式(4)的计算结果最小 1-习(y-,) 式中 -第i个老化性能指标的试验值; y -第i个老化性能指标通过二元回归计算的预测值 g.3回归方程的显著性检验 对回归方程的显著性检验,可通过计算统计量F来进行,F值的计算式见公式(5) SR/2 F 5 一,G" 一2一1 式中 -试验数据的点数; 回归平方和,习(Y-; S
GB/T27800一2021 残差平方和,习(Y-Y) S 对各自变量的显著性检验,可通过计算统计量F，来进行,F，值的计算式见公式(6) F a 式中: 回归系数; 剩余标准差; 从公式(7)的矩阵C计算得出 C -" C=L一一 lal2 其中,a.aa从公式(6)计算得出 1.=习(x.-x.)(x.-x.) 9.4性能的预测 据log -Y见9.2.1),得到性能预测方程 -lx(] -1o] y=B×10" 9 根据回归计算得到的系数矩阵A,可以对一定温度下老化到一定时间的性能进行预测 如预测25C,10年后的性能变化,计作X,=|1log(10×365)1/(273.15十25 g.5考虑置信水平下性能的上限计算 给定的置信水平1一在下Y的预渊上限,见公式o) 一2一1).a/I干XXXX Y=x.p+=(a 10 式中: 试验数据的点数; 置信水平 -剩余标准差 公式(10)代人公式(9),得出给定老化温度,老化时间,置信水平1一a下y的最大性能变化见公式 11): -?-1),^.NTXw y一B×1o-[xm"手" 11 9.6寿命的预测 g.6.1临界值的确定 9.6.1.1临界值通过模拟静密封橡胶制品使用条件的考核试验确定 从试验温度中选取一个适宜的温 度,将静密封橡胶制品和标准试样在选定的温度下一起进行加速老化 通过橡胶密封制品的功能模拟 试验,找到静密封橡胶制品密封性能丧失的老化时间,根据此时标准试样的性能变化,确定静密封橡胶 制品失效的性能临界值yo 9.6.1.2也可按静密封橡胶制品技术条件中规定的有关性能的极限允许值作为临界值
GB/T27800一2021 g.6.2寿命的确定 给定老化温度、置信水平1一a下不同老化时间后y的最大性能变化可按式(11)计算 尝试输人不 同的老化时间,当计算得到的y的最大性能变化值刚好为临界值y的老化时间1,即为给定温度下静 密封橡胶制品的使用寿命 10试验报告 试验报告应包括如下内容: 本文件编号; a b 试样名称和胶料编号; c 试验温度(湿度); d 试验时间; 试验数据; e b十bx十b.X,公式的参数估计及检验; f 临界值 g h寿命 试验人员; 试验日期
GB/T27800一2021 附 录 A 资料性) 不同种类橡胶材料加速老化试验温度上限的建议 为了使加速老化试验温度与贮存或使用温度下的老化机理保持一致,尽量选择低的试验温度进行 加速老化试验 不同种类橡胶材料的加速老化试验温度上限见表A.1 即使是同种类橡胶材料由于配方的差异,耐温性能也会有所不同,试验时可根据性能变化的快慢做 适当调整 不在表A.1中的橡胶种类,试验温度的上限可通过温度探索试验来确定 表A.1不同胶种建议试验温度的上限 序号 胶种 温度上限/ 90 天然和氯丁橡胶 丁肮橡胶(含氢化丁睛橡胶)丁苯橡胶、丁基橡胶和顺丁橡胶,丙烯酸酯橡股胶 110 乙丙橡胶 130 氧橡胶,硅橡胶、氧硅橡胶 200
GB/T27800一2021 附 录 B 资料性 老化系数y与老化时间和试验温度r之间的关系推导 老化系数y与老化时间1之间的关系可用公式(B.1)描述 (B.1 y =Be(一kta 两边取对数有 logy=logB一logeKra B.2 log(y/B)=logek/'a" B.3 将K=Ae`(一Ea/RT)代人公式(B.3)有: log(y/B)=logeAe^(-Ea/RT)1'a B.4 两边再次取对数有: log[一log(y/B)]=log(ogeA)十alogt一Ea/Rloge1/T B.5

静密封橡胶制品使用寿命的快速预测方法GB/T27800-2021

静密封橡胶制品广泛应用于各种机械设备和仪器仪表中，其使用寿命的长短直接影响着设备的稳定性和可靠性。近日，国家相关部门发布了最新的关于静密封橡胶制品使用寿命的标准——GB/T27800-2021，该标准自2021年9月1日起正式实施。 根据GB/T27800-2021标准，静密封橡胶制品的使用寿命预测分为三个步骤：第一步是确定材料的老化模型，第二步是建立材料的应力应变模型，第三步是利用有限元软件对零件进行强度和疲劳寿命计算。下面我们来逐一了解这些步骤。 首先是老化模型的确定，根据标准规定，可以采用实验法、推算法和经验法等多种方法进行。其中实验法是指通过橡胶样品的自然老化或加速老化试验得到老化指数，再利用数学方法求出老化模型。而推算法则是基于材料的劣化数据，运用统计学方法来建立老化模型。最后，经验法则是根据已知的老化数据和历史经验建立老化模型。 第二步是建立材料的应力应变模型，这里需考虑不同工况下静密封橡胶制品所承受的应力情况及其对应的应变值。根据标准，可采用有限元软件对零件进行分析，建立其应力应变模型，进而得到预测寿命。 最后一步是利用有限元软件对零件进行强度和疲劳寿命计算。根据标准的要求，强度计算时需要考虑零件在使用过程中所承受的各种载荷，并进行应力分析，以判断零件是否会发生破坏。而疲劳寿命计算则需要考虑零件在循环载荷作用下的疲劳寿命，以预测其使用寿命。 综上所述，GB/T27800-2021标准提供了一种快速预测静密封橡胶制品使用寿命的方法。通过确定材料的老化模型、建立材料的应力应变模型和利用有限元软件对零件进行强度和疲劳寿命计算，可以较为准确地预测静密封橡胶制品的使用寿命。这一方法的应用将大大提高设备的可靠性和稳定性，具有重要的意义。

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