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1、2012 年 8 月（中） 科 技 创 新科技创新与应用橡胶寿命预测研究方法曲明哲（沈阳产品质量监督检验院，辽宁 沈阳 110022）橡胶原产于橡胶树，古时候人们就从橡胶树上取得胶乳，制成各种简易的生活用具，如盛水器等；随着科学技术的发展，出现了合成橡胶，于是橡胶就分成两类，产于橡胶树的叫天然胶，工业合成的叫合成胶，而合成胶由于合成原料的不同，又分为氯丁橡胶 、硅橡胶等许多种 。由于橡胶制品弹性好，强度高，易加工等特点，橡胶制品已广泛应用于各个领域，比如民用 、工业 、工程 、军工等 。应用在这些领域中的橡胶制品起着密封 、减震等重要作用，我国早在上世纪九十年代就开始对橡胶密封制品生产企业进行
2、生产许可证制度，严格要求企业持续 、稳定生产质量合格产品，以保证人们生命 、财产的安全 。然而，作为一种高分子材料，橡胶制品特别易老化，而且老化后的橡胶将极大的损失其作为优点的弹性 、强度等性能 。因此了解橡胶的老化机理，确定橡胶制品的大概使用年限和储存时间，对于保障人们生命 、财产安全有着重要的意义 。1 橡胶老化的原因：第一 、橡胶老化的内因 。橡胶材料本身结构上的弱点，如化学组成（高分子链的组成元素） 、分子链结构（分子链的长度 、构象及有机基团在链上的分布） 、物理结构（结晶性 、玻璃化温度及卷曲程度）；加工后橡胶中产生的新弱点（高分子链断裂及氧化等）；添加剂如抗氧剂 、增塑剂 、交联
3、剂及有机溶剂等对材料的影响 。第二 、橡胶老化的外因：气候环境（氧气和臭氧的作用，气温和相对湿度的影响）和成型加工条件（模压 、挤出等）1。科学家通过对橡胶自然老化的研究发现，氧气的作用是橡胶老化的主要因素2。但是橡胶自然老化的周期过长，即使有研究结果，对橡胶制品的实际使用也没有意义，因此，通过加速老化的方法对橡胶老化性能进行研究3-6，为橡胶的寿命预测提供了理论基础和理论数据 。2 橡胶寿命预测方法2.1 时间 温度叠加的寿命预测模型1时间 温度叠加的寿命预测模型的原理是时温等效原理，即高聚物的同一力学松弛现象可以在较高的温度 、较短的时间（或较高的作用频率）观察到，也可以在较低的温度下 、
4、较长时间内观察到 。因此，升高温度与延长观察时间对分子运动是等效的，对高聚物的粘弹行为也是等效的 。由此理论最终得到的数学计算公式如下：（ 1）式中 T-平移因子； Ea-Arrhenius 活化能； R-气体常数； Tr-参考温度； T-试验温度通过这个公式，我们可以设计两个以上的温度点的实验，就可以计算出平移因子 T，从而计算任意温度下橡胶的使用寿命 。2.2 扩散限制氧化模型1扩散限制氧化模型是通过试验确定橡胶中氧气的浓度与橡胶模量的关系 ,再通过测定橡胶中氧气的浓度预测橡胶的寿命 。这种方法的数学模型比较复杂，需要通过复杂的公式推导及有限元分析，同时需要有超敏感的测试设备 。因此，在日
5、常的检验中，操作性比较差 。2.3 线性关系法7Dakin 认为电器绝缘有机材料的寿命和温度之间是线性关系，符合下面的公式：(2)式中： t-时间； T-温度； B=U/R； U-活化能； R-常数通过这个公式我们可以先确定一个性能值，然后通过实验来确定达到这一性能值时的温度 、时间，然后用物理化学的方法测出活化能 。2.4 动力学曲线直线化法4,8-9动力学曲线直线化法是将动力学公式通过坐标变化，将曲线化成直线的方法 。因此动力学公式的选择至关重要，目前被公认为比较准确的数学公式10如下：（ 3）式中： B， -与温度无关的常数； K-速率常数； t-时间2.5 变量折合法11-12变量折合
6、法是一种数学作图法，通过任意两个时间点 、温度点的数据，可以计算出公式 2 中的 b 值，然后再将通过公式将高温的数据转化成常温的数据，从而得出寿命时间 。前苏联以将此方法标准化作为检验橡胶寿命和性能变化的方法 。2.6 数学模型法数学模型法就是利用不同的理论建立不同的数学模型，然后用实验数据来计算寿命的方法，目前大多数的数学模型法还不成熟，没有应用于实际工作中 。近年来，由于计算机的迅猛发展，基于 BP人工神经网络橡胶老化预报 、寿命预测的技术逐渐兴起13。3 对于寿命预测方法的讨论目前，每种寿命预测方法都有其局限性，实验容易操作的方法，准确度差些，准确度好的实验又难操作，因此在实际的科研工
7、作中，选择合适的方法是很重要的 。现在的寿命预测方法，有两个比较重要的理想性假设，一是，橡胶制品发生的老化主要以热氧老化为主，其它的因素忽略不计，二是，橡胶制品所处的环境是理想的，温度 、湿度等外界因素是恒定的 。所以，现在的寿命预测方法大多数是针对橡胶制品的储存寿命预测，而不是使用寿命的预测 。不同的橡胶制品的使用环境不同，如果对使用寿命进行预测，就必须进行使用环境的模拟实验，这无疑是一个浩大的工程 。因此，目前为止，国内还没见到橡胶制品相关的使用环境模拟的数据报道 。国标 GB/T20028-2005 硫化橡胶或热塑性橡胶 应用阿累尼鸟斯图推算寿命和最高使用温度 ，给出了在进行寿命预测工作
8、时的指导，标准中明确规定了临界值应选择原始值的 50%，这与许多科研工作中选择临界值为原始值的 25%是不同的 。因为橡胶寿命预测在实际工作中影响因素过多，所以该国标没有过多的对实验过程进行规定，只是一个指导性的标准，因为它的理论基础仍然是阿累尼乌斯方程，所以它也是一个理想化的标准，如果用来计算使用寿命，必须考虑到使用的橡胶制品使用的环境，对结果加以修正 。4 橡胶寿命预测的发展方向对于橡胶寿命预测，发展的方向将会以使用寿命为主，了解橡胶的实际的使用寿命，可以最大限度的发挥橡胶制品的作用，起到节能环保的作用，同时也能在橡胶制品完全丧失功能前停止使用，防患于未然，保障人们生命财产的安全 。计算机
9、行业的软 、硬件的高速发展，给橡胶寿命预测提供了很好的模拟平台，如果开发出合适的软件，就可以模拟加速老化的过程 、模拟实际使用环境等现实中需要耗费大量的人力 、物力 、财力才能达到的环境，这样极大的节约了科研成本，也提高了结果的准确性 。参考文献1胡文军等 .橡胶的热氧加速老化试验及寿命预测方法 J.橡胶工业， 2004 年第 51 卷 .2Wise J， Gillen K TAn ultrasensitive technique for testing Arrhenius extrapolation assumption for thermally aged elas-tomers EJ3P
10、olymer Degradation and Stability， 1995， 49： 403-418.3李咏今 .现行橡胶及其制品贮存期快速测定方法的可靠性研究 J.橡胶工业， l994， 41(5)： 289-2964茆诗松，王玲玲 .加速寿命试验 M北京：科学出版社， 20005Yournans RAet al， IndEngChem， 1995， 40(7)： 487.6Cloutier JR， Rubber Age， 1964， 95(2)： 245.7张凯等 .橡胶材料加速老化试验及寿命预测方法 J.化学推进剂与高分子材料 ,2004 年第二卷第六期 .8周大纲等 .塑料老化与防老
11、化技术 M.北京：中国轻工业出版社，1989.9李旭祥，王宏明 .高分子材料老化预测新方法 J.老化与应用， 1994摘 要 ：本文简要介绍了橡胶老化的原因，详细介绍了橡胶寿命预测的方法，并对于橡胶寿命预测方法进行了讨论，并介绍了现行国标 GB/T20028-2005 对橡胶寿命预测的规定和指导性意见，最后对于橡胶寿命预测的发展方向进行了展望 。关键词 ：橡胶老化；寿命；预测Ea 1 1=exp ( )Rc1Tr Ta -f ( ) exp( )P B Kt G0c1c11 1lgt-lgt ( )bT T= -f ( ) exp( )P B Kt G0c14- -2012 年 8 月（中）科
12、 技 创 新 科技创新与应用预防建筑外墙渗漏的控制措施蔡团兴（广东省第二建筑工程公司，广东 汕头 515000）外墙渗漏问题是工程施工中存在的质量通病，特别是存在于所建建筑运用的框架剪力墙结构，所用的是空心砖来作为护墙体，施工中所用的灰缝砂浆没有达到相关要求，所以就极易出现渗漏问题 。渗漏问题不仅影响了外观形象，同时也影响了其使用功能，进行维护也是相当困难的，发生渗漏问题的具体表现为渗水的位置变得更加清楚，却很难去精准判断出渗漏出水的源头，因为安装的水管错综复杂，所以返工所收的效果也不显著，只能在进行施工中对其进行有效掌握，并合理的运用管理体制，从而使其外墙渗漏问题得到明显的改善和严密的掌控，
13、进而为客户提供一个质量合格的工程建筑 。1 外墙渗透原因分析1.1 由于框架填充墙而引起了渗漏问题，绝大部分发生在填充墙与框架梁所进行的连接位置，主要是在顶楼屋面的梁的底部和砖墙体的顶部进行连接的位置，是造成裂缝的常见位置 。它主要是因为使用过程中两种材料在相同的温度下所发生的膨胀体积不一样，在相同的温度下混凝土的膨胀体积要比砖砌体积大上快接近一倍，所发生的变形值明显不一样，所以在其连接位置会产生裂缝，从而致使在多雨季节，所形成的雨水会在风压的影响下顺着裂缝渗入室内 。然而在顶楼的混凝土房盖与其相邻的墙体也受着一定温度的影响而发生很大程度上的变形问题，而且室内梁的底部与砖砌体的连接位置没有钢筋
14、进行连接，极难进行补填密实工作，在外面一定温度的变化 、湿度的变化，以及一些可影响其变形的因素加持下，特别容易产生裂缝的发生，从而形成渗水的源头 。1.2 在其员工进行施工中没有按照正常合理的规范操作，从而导致砌筑的砂浆饱和度不高，尤其是竖缝砂浆的饱和度不够，从而造成细缝，透缝等相关缝隙的形成 。另外，在砖体比较干的情况下进行上墙时，极易导致砂浆的强度降低，砖和砂浆产生分离，从而使整个所砌的墙体的刚度不足，使其灰缝砂浆发生开裂，产生裂缝，于是水就顺着缝隙进行渗入，进而导致外墙形成渗漏问题的主要原由之一 。1.3 工程建设中对外墙装饰的基本层一联套的进行打底过厚，或者是在极力的确保全高的垂直性，
15、所以使范围性部位打底过厚，也没有运用相应的加强治理措施，进而导致其基础层形成裂缝；结构层的表层太过滑溜，也没有进行相应措施的治理，也会使其发生空鼓 、龟裂等一系列相关问题的发生；在外墙进行大范围的打底过程中，其基层没有对分线格进行相关的布置，从而使基层发生不定向的收缩，产生裂缝 。以上的原由都能够使其形成基础层面的质量不合格，很大程度上的影响了面与结构的有效结合，进而致使面层 、龟裂 、离析等相关一系列质量问题的发生 。2 预防外墙渗漏的控制措施2.1 加大施工过程的控制力度严格执行材料进场的报验制度，认真做好原材料的检验和砂浆试验配合比的控制 。坚持各种材料必须经检验或复试合格后才能使用的规
16、定 。严格按试验室试配的施工配合比计量拌制砂浆，控制进场砂粒的筛选和使用砂浆的时效性 。检查督促施工企业质量保证体系的运行和不断完善 。做好施工前的技术交底，坚持工序之间的自检，互检及专职检查的质量控制力度 。积极推行样板引路的先进性，由于外墙防渗漏的复杂性，注重细节管理，监督过程应加大巡视检查的频率，对正在施工的工序或部位，除了定时巡检外还要不定期抽查 。尤其对孔洞周围，阴阳角，门窗四周的细部更要认真仔细，发现问题及时整改将质量问题处理在过程中 。2.2 主体结构施工阶段的控制在剪力墙施工过程中，对影响外观及主体质量的模板安装质量不容忽视，平整度，垂直度，刚度和强度要控制在允许偏差范围以内，脱模剂不允许用如废机油等影响砼外表面装饰粘结强度的油质材料，紧固模板时要少用或不用穿墙螺杆，多用外部顶支撑，板缝必须严密且两侧平整 。砼浇筑要分层充分捣实，表面压抹及覆养护到位，浇水充分湿润 。采用的砂浆配合比及使用强度也要符合设计规定，填充
