Знание того, как резиновая деталь будет вести себя на протяжении 10 или 20 лет реальной эксплуатации, — важная информация как для производителей, так и для заказчиков. Однако испытывать такой длительный срок в реальном времени просто непрактично. Поэтому резиновая промышленность использует испытания на ускоренное старение при повышенных температурах, чтобы оценить срок службы в разумные сроки проведения испытаний. В этой статье рассмотрено, как работают такие испытания и каковы их ограничения.
Испытания термического старения в печи (oven aging)
Испытание на старение в печи, определённое в стандартах ASTM D573 и ISO 188, заключается в нагреве образцов резины в контролируемой печи при заданной повышенной температуре — обычно от 70 °C до 100 °C — в течение установленных периодов времени, например 24, 72 или 168 часов. Свойства, измеренные до и после испытания, сравниваются для оценки стойкости материала к термическому старению.
Прогнозирование срока службы с помощью подхода Аррениуса
Для перевода результатов высокотемпературных испытаний в прогнозы при реальной температуре эксплуатации используется уравнение Аррениуса. Этот подход основан на принципе, согласно которому скорость химических реакций экспоненциально возрастает с температурой: в качестве общего правила скорость реакции старения приблизительно удваивается при каждом повышении температуры на 10 °C. Это позволяет математически экстраполировать результаты, полученные за несколько дней при 100 °C, на то, что произойдёт за годы эксплуатации, например, при 25 °C.
Отслеживаемые свойства
В испытаниях на старение обычно отслеживают изменения следующих механических свойств:
- Снижение прочности при растяжении.
- Уменьшение относительного удлинения при разрыве.
- Увеличение твёрдости (значение по Шору) — состаренная резина, как правило, становится более твёрдой и хрупкой.
- Визуальные признаки, такие как поверхностное растрескивание, изменение цвета или липкость.
Ограничения ускоренных испытаний
Прогнозы на основе подхода Аррениуса дают полезный ориентир, но не являются абсолютной гарантией. При высоких температурах могут проявляться иные механизмы деградации, не возникающие в реальных условиях эксплуатации — например, преждевременное испарение некоторых добавок. По этой причине ускоренные испытания следует оценивать в сочетании с данными реальной эксплуатации и валидационными испытаниями, специфичными для конкретного применения.
Компания Alpin Rubber & Plastic Technologies следует подходам к оценке, соответствующим применимым стандартам испытаний, чтобы наши клиенты могли сформировать реалистичные ожидания относительно долгосрочных характеристик производимых нами резиновых деталей.