朱新宇， 王威风， 李宝国， 刘国春

(中国民用航空飞行学院 航空工程学院， 四川 广汉 618307)

SEBS胶质材料吸附性能的老化试验研究

朱新宇， 王威风， 李宝国， 刘国春

(中国民用航空飞行学院 航空工程学院， 四川 广汉 618307)

分别研究了在自然光照、不同热氧温度、紫外线辐射的老化条件下该材料吸附极限载荷的变化状况,提出了“最大承载损失率”的概念,从宏观力学性能与细观形貌两方面分析了材料的变化情况,发现该材料受温度影响最大,最大承载损失率达到了48.9%。该材料的吸附能力在老化初始阶段下降很快,随着老化时间的增加逐渐趋于平稳,但仍具有一定的吸附能力。该研究结合宏观力学测试与细观外貌特征的综合表征材料吸附性能的检测方法,具有较强的工程应用性。

SEBS胶质材料； 老化条件； 承载损失率； 吸附能力； 综合表征

SEBS胶质产品具有无色透明、无毒无味、与其他材料相比有较强的黏结力且对吸附表面无损伤等特点,被广泛应用于黏合剂、塑料改性剂、表面保护等方面[1]。在温度和光照等作用下,SEBS胶质材料分子结构会发生降解、断链、结晶、霉变、交联等变化,吸附性能逐渐下降,因此通常要求应用在避光、低温的环境中[2]。

采用有效的试验方法来分析材料性能,是研究SEBS胶质材料老化机制、开展SEBS胶质材料寿命评估的关键[3]。常用的环境老化试验为热老化与光源老化试验。热老化试验是用于评定材料耐热老化性能的人工加速老化试验方法,将试样放置在设定条件的温度试验箱内,通过周期性的检查来测定试样外观和性能的变化,从而评定试样的耐热氧稳定性[4-6]。在自然光照中,对SEBS胶质材料老化作用最明显的是紫外线,试验中常用紫外线光源来检验材料的抗光照老化能力,得到近似于自然条件下的耐候性结论。

本研究的对象为SEBS胶质材料在自然条件下吸附能力的变化,主要从宏观的吸附力大小与细观的表面特性来进行分析[7-8]。针对SEBS胶质材料的吸附老化性能研究在国内外文献中还未见有所提及,本研究创新性地提出了结合宏观力学性能与材料细观外貌特征的综合表征方法。该方法在实际应用中简便易行,具有较强的工程应用性。

1 SEBS胶质材料吸附性能的老化试验

1.1 老化试验步骤说明

本研究选用基层为SEBS胶质材料的挂钩作为试验试样,并在其表面贴上一层紫外线防护膜。设定每组4个试样,分别在自然光照、不同热氧温度和紫外线辐射的老化条件下,采用测力计对每次试验前后的试样进行最大吸附承载力测量；观察材料宏观力学性能的变化,表征光照和温度变化对材料老化的影响；借助光学显微镜成像技术,对试验前后的试样进行表面细观结构观察,从材料表面的细观特征来分析SEBS胶质材料吸附性能变化的原因。

1.2 老化试验条件说明

(1) 自然光照老化。试样组贴于光滑平面处,在阳光直晒区域露天放置,每8 h进行一次摘取,测试其吸附极限载荷,与实际应用条件相仿。

(2) 不同温度条件的热氧老化。热氧条件模拟室温的极限温度,选取了30、40、50 ℃ 3种情况,在温度试验箱中进行加速试验,每8 h进行一次摘取,并测试其吸附极限载荷。然后,将材料冷却到室温,模拟昼夜温度交替变化,再进行下一轮试验。

(3) 紫外线辐照老化。按照GB/T 16422.2—1999的试验方法,在室温条件下于图1所示紫外线试验箱中进行紫外线老化试验,每8 h进行一次摘取,并测试其吸附极限载荷[9]。

图1 紫外线试验箱

1.3 材料老化性能测试

1.3.1 宏观力学性能测试

根据GB/T 1040—1992的试验要求对每次老化试验前后的试样进行力学性能测试[10]。在每次试验前后,分别用测力计对试样最大承载力进行拉力测量,研究其极限条件下吸附载荷的变化情况。

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1.3.2 细观形貌观测

对不同试验条件与时间的试样,用光学显微镜对材料表面细观结构进行观察,从细观外形表征上分析SEBS胶质材料吸附性能变化的原因[11-12]。

1.4 试验结果与分析

1.4.1 自然光对SEBS胶质材料吸附性能的影响

在自然光照条件下,SEBS胶质材料所承受的最大承载力F与老化时间t的关系见图2。从老化开始到老化56 h时,材料的最大承载力逐渐减小,降幅为50%；而在老化56 h后,最大承载力反弹,极限载荷有所升高；在老化88 h后,极限载荷又重新下降；当老化96 h时,材料的最大承载力由最初50 N下降到16 N,最大降幅达到68%。该结果说明,SEBS胶质材料的吸附性能虽然会在某个老化时间内暂时有所增强,但总的趋势还是会随老化时间的延长而逐渐降低。

图2 最大承载力与自然光照老化的关系曲线

1.4.2 不同温度条件的热氧老化对SEBS胶质材料吸附性能的影响

SEBS胶质材料在不同热氧温度下最大承载力与老化时间的关系见图3。从整体上来看,在30、40、50 ℃的热氧温度条件下,材料的最大承载力都呈现出下降的趋势；但从各个温度下材料的最大承载力变化分析来看又有所不同，在30 ℃时,材料的最大承载力在前96 h内变化幅度较大,当老化时间在64 h,降幅最大,达到64%；在40 ℃时,材料的最大承载力在前72 h内变化幅度较大,当老化时间达到56 h,降幅最大,达到47%；在50 ℃时,材料的最大承载力在前64 h内变化幅度较大,当老化时间处于24 h,降幅最大,达到41%，说明温度越高,吸附性能减弱地越快。但是,即便材料的吸附性能经过初始大幅度的下降,在100 h后逐渐稳定在初始吸附性能的40%左右,也仍然保持了较好的吸附能力。实际上,在30 ℃的热氧试验超过了300 h后,材料仍然具有一定的吸附性。

1.4.3 紫外线对SEBS胶质材料吸附性能的影响

在紫外线辐照条件下,SEBS胶质材料所承受的最大承载力与老化时间的关系见图4。从图中我们可以看出,当老化时间达到48 h,材料的最大承载力降幅最大、达到40%。而在试验前后,材料的最大承载力变化不大,总体上呈下降趋势。相较于热氧温度老化,紫外线辐射对材料吸附性能影响较小。

图3 最大承载力与不同热氧温度老化的关系曲线

图4 最大承载力与紫外线辐射老化的关系曲线

1.4.4 老化试验结果分析

SEBS胶质材料的最大承载力可以表征其吸附能力破坏的极限。通过测量试样在每次摘取试验前后的最大承载力,建立最大承载损失率与老化时间的关系,进而研究材料的老化性能。最大承载损失率的定义为

式中:F0和Ft分别为每次摘取试验前后试样的最大承载力。

所有试验类型的老化时间和SEBS胶质材料最大承载损失率的关系见表1和图5。

表1 试样最大承载损失率与老化时间的关系 %

表1(续) %

图5 最大承载损失率与老化时间的关系曲线

从图5中看到,在自然光照、不同热氧温度、紫外线辐射等老化条件作用下,试样的最大承载损失率在试验初始阶段上升很快,达到最大峰值之后再逐渐减小,最后趋于一个平衡状态。说明在试验的末尾阶段材料的吸附性能受环境影响较小,仍然具有较强的吸附能力。

在不同的老化条件下,试样的最大承载损失率也有较大的差异。在不同热氧温度、自然光照、紫外线辐射的老化条件下,最大承载损失率依次降低。说明热氧环境对材料老化的影响较大,紫外线辐射对其影响较小。当达到材料最大承载损失率时,在30、40、50 ℃条件下,分别用了56、40、24 h,从侧面也反映了温度越高,材料老化越明显的特性。

1.5 SEBS胶质材料细观图像分析

试验试样的吸附性能主要取决于SEBS胶质材料的形状与性质,因此对SEBS胶质材料进行细观层面的性状观测,可从另一方面反映材料吸附能力的变化情况。图6为的几组SEBS胶质材料在光学显微镜50倍放大倍数下的局部细观图像。图6(a)是一个全新的试验试样基层材料在光学显微镜下的成像。从图中可以看出,SEBS胶质材料的分子排列有序、分布均匀。而在自然光照、紫外线辐射和不同热氧温度的老化条件分别作用下,经过128 h后变成了图6(b)—(f)中的错乱混杂、大小不等的图像。

图6 不同老化条件下的试样显微图像

从图6(b)和图6(c)中可知,在自然光照、紫外线辐射老化条件作用下,SEBS胶质材料表面分子结晶、霉变现象不明显,只是增加了由于摘取所造成的小颗粒附着现象。而从图7(d)、(e)、(f)中可以很明显地看到温度对SEBS胶质材料分子结构的影响，在30 ℃时,材料表面分子结晶、霉变明显,40 ℃时加剧,到50 ℃时,霉变的分子逐渐交联,在材料表面形成老化区域,从而造成材料的性能劣化。另外,从图6(f)中可以明显地看到由于测量最大承载力而造成的材料表面拉痕,这也是实际使用中可能会影响材料吸附性能的一个重要因素。

2 结论

(1) 通过对各个老化条件下损失率的比较,发现了该材料受温度影响最大,最大承载损失率达到了48.9%,而相同条件下自然光照老化和紫外线辐射老化的最大承载损失率分别为25.6%、12.4%。

(2) 该材料的吸附能力在老化的初始阶段下降很快,随着老化时间的增加,吸附性能变化逐渐趋于平稳,但仍具有一定的吸附能力。

(3) 研究中提出的新型材料吸附性能的检测方法,即结合宏观方面的力学性能测试与细观外貌特征的综合表征方法,简单易行,具有较强的工程应用性。

References)

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Aging test on adsorption properties of SEBS colloid material

Zhu Xinyu, Wang Weifeng, Li Baoguo, Liu Guochun

(School of Aviation Engineering, Civil Aviation Flight Institute of China, Guanghan 618307, China)

In order to analyze the influence of natural conditions on the adsorption properties of SEBS colloid material, this paper studies on the change state of the ultimate load of adsorption material under the aging condition of natural light, thermal oxidative at different temperatures and UV radiation, and proposes a concept of “the loss rate of the maximum load”,analyzes the changes of material from two aspects of the macro mechanical properties and micro morphology. It is found that the material is most affected by the temperature,and the loss rate of the maximum load can reach 48.9%. The adsorption capacity of the material is decreased quickly in the initial stage of aging and tends to be stable with the increase of the aging time gradually,but it still has a certain adsorption capacity at the moment. This study uses the comprehensive characterization method combined with the macro mechanical test and the microscopic features for the detection of the adsorption properties of material have a strong engineering application.

SEBS colloid material; aging condition; load loss rate; adsorption capacity; comprehensive characterization

2015- 05- 20 修改日期：2015- 07- 01

国家自然科学基金民航联合基金(U1233202)资助项目

朱新宇(1969—)，男，河北沧州，硕士，教授，研究方向为飞行器故障诊断与预测、飞机电源系统设计与优化

E-mail：xyzhu@cafuc.edu.cn

王威风(1988—)，男，河南商丘，硕士生，研究方向为民用航空器维修理论与技术.

TB339

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1002-4956(2015)10- 0060- 04