Page 63 - 《橡塑技术与装备》2021年5期（3月上半月 橡胶）

原材料与配方 尤黎明 等·不同防老体系对丁腈橡胶老化前后物理机械性能及丁腈胶管扣压过程中性能变化的影响

时，拉断强度略有增大，扯断伸长率降低（保持率为
71%），这是因为具有不同机理的两种抗氧剂并用后产
生协同效应，其防老效果好于 MB 或 RD 防老剂单用。
表 4 使用不同防老体系时丁腈橡胶热空气老化后
物理机械性能
1# 2# 3# 4# 5#
拉断强度 /MPa 17.6 18 18 19.5 19.3
扯断伸长率 /% 175 220 240 227 211
100% 定伸应力 /MPa 8.6 6.5 6.3 8.4 9.6
硬度 / 邵 A 85 82 82 83 85
扯断永久变形 /% 4 6 6 6 6

在热油老化过程中，由于没有氧气的存在，与热
氧老化反应有所不同，丁腈橡胶 100 ℃热油老化 3 天
后物理机械性能如表 5 所示 ：相比热油老化前，拉断
图 3 不同防老体系丁腈橡胶热油老化后应力 - 应变曲线
强度变化均不大，而扯断伸长率均明显降低，定伸应
力及硬度增大，值得注意的是，热油老化后扯断伸长 大于 1.3 mm 时，胶管已充满扣头扣芯间的空隙，发
率 保 持 率 分 别 为 66%、51%、65%、59%、65%， 伸 生横向变形所致 ；不同防老体系的丁腈胶管扣压后，
长率保持率越高，交联程度相对越小，耐热油老化性 静刚度大小有所不同，其中使用 1# 防老体系的胶管扣
能越好，因此 1#、3# 和 5# 耐热油老化性能相对较好， 压后静刚度较大，而使用 3# 防老体系的胶管扣压后静
而 2# 和 4# 防老体系耐热油老化性能相对较差，这也 刚度较小，从而可知 1# 扣压紧密性更好。
说明了热油老化过程中发生的反应有异与热空气老化。
表 5 使用不同防老体系时丁腈橡胶热油老化后
物理机械性能
1# 2# 3# 4# 5#
拉断强度 /MPa 19.4 16.7 18.3 17.3 18.1
扯断伸长率 /% 202 180 221 189 205
100% 定伸应力 /MPa 9.1 8.2 7.7 8.5 9
硬度 / 邵 A 84 82 83 84 85
扯断永久变形 /% 4 4 6 4 4

有限元仿真过程中，橡胶材料的应力 - 应变曲线
作为材料参数赋予到模型中，因此需要丁腈橡胶热油
老化后的应力 - 应变曲线，从而仿真计算得到扣压后
内胶性能变化数据。图 3 为不同防老体系的丁腈橡胶
热油老化 3 天后的应力 - 应变变化曲线，相同应变下，
图 4 静刚度变化曲线
1# 防老体系定伸应力相对较高，3# 防老体系定伸应
力相对较低。 应变能密度是指物体受外力作用而产生弹性变形
2.3 丁腈胶管扣压性能的计算仿真 时，在物体内部将积蓄有应变能，每单位体积物体内
所积蓄的应变能称为应变能密度，应变能密度的大小
以热油老化 3 天后丁腈橡胶硫化胶应力 - 应变曲
可反映材料变形程度，应变能密度变化的快慢可反映
线作为材料参数，导入有限元软件中赋予相关材料，
进而仿真计算胶管扣压过程中静刚度、Mises 应力及 材料变形速度的剧烈程度。如图 5 所示，随着位移量
的增大，应力集中单元处的应变能密度呈现逐渐增大
应变能密度的变化。
的现象，位移量小于 0.9 mm 时，应变能密度缓慢增
静刚度是结构在特定的动态激扰下抵抗变形的能
大，这是因为应力集中单元逐渐与扣芯接触，发生变
力，其大小可以表征胶管扣压紧密性，静刚度越大，
说明胶管扣压后越紧密，如图 4 所示，随着扣压位移 形所致，当位移大于 0.9 mm，小于 1.3 mm 时，应变
能密度增速减慢，这是因为应力集中单元向扣芯凹槽
量（扣压量）的增大，静刚度逐渐增大，当位移量大
处填充，一定程度上释放应变能，从而使得应变能密
于 1.3 mm 时，静刚度急剧增大，这是因为当位移量

年
2021 第 47 卷 ·13·