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硅橡胶材料老化过程中的动态力学性能演变规律研究

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硅橡胶材料在实际使用过程中,不可避免地会受到各种环境因素的作用,从而发生老化现象。老化过程中,硅橡胶的动态力学性能会发生显著变化,深入研究这些变化规律对于准确评估硅橡胶材料的使用寿命和可靠性具有重要意义。


在热老化条件下,硅橡胶分子链的热运动加剧,分子链间的相互作用逐渐发生改变,进而导致其动态力学性能的变化。随着老化时间的延长和温度的升高,硅橡胶的储能模量(E')和损耗模量(E'')会呈现出不同的变化趋势。初期,由于分子链的热交联反应,硅橡胶的储能模量可能会有所上升,这表明材料的刚性增强。然而,当老化时间进一步延长,热氧化作用导致分子链断裂,硅橡胶的分子量降低,此时储能模量会逐渐下降,材料变软。损耗模量则反映了材料在变形过程中的能量损耗情况。在热老化过程中,损耗模量先随着交联反应的进行而略有下降,随后随着分子链的降解而逐渐增大。这是因为交联初期,分子链间的约束增强,能量损耗减少;而分子链断裂后,分子链的运动更加自由,能量损耗增加。通过动态力学分析(DMA)技术,能够实时监测热老化过程中硅橡胶储能模量和损耗模量的变化,为研究热老化机制提供了直观的数据支持。
在光老化方面,紫外线的照射是导致硅橡胶老化的主要因素之一。紫外线具有较高的能量,能够破坏硅橡胶分子链中的化学键,引发自由基反应。在光老化过程中,硅橡胶的动态力学性能同样发生明显变化。随着光照时间的增加,硅橡胶的储能模量和损耗模量均呈现下降趋势。这是因为光氧化作用使分子链断裂,分子量降低,材料的力学性能劣化。同时,光老化还会导致硅橡胶的玻璃化转变温度(Tg)发生变化。由于分子链的降解和结构的改变,玻璃化转变温度通常会向低温方向移动。通过对光老化过程中硅橡胶动态力学性能和玻璃化转变温度的研究,可以深入了解光老化对硅橡胶微观结构和宏观性能的影响机制,为开发抗光老化的硅橡胶材料提供理论依据。
此外,湿度、氧气等环境因素也会对硅橡胶的老化过程和动态力学性能产生影响。在湿热环境下,水分和氧气的协同作用会加速硅橡胶的老化进程。水分子可能会渗透到硅橡胶内部,促进分子链的水解反应,同时氧气参与氧化反应,进一步破坏分子链结构。这种情况下,硅橡胶的动态力学性能变化更为复杂,储能模量和损耗模量的下降速度更快,材料的使用寿命显著缩短。研究不同环境因素协同作用下硅橡胶的动态力学性能演变规律,对于准确评估硅橡胶在实际复杂环境中的性能变化具有重要意义,有助于制定相应的防护措施和使用寿命预测模型。



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