Page 30 - 理化检验-物理分册2024年第十二期

刘雨林，等：核电站用橡胶软管老化评估方法

知：两根橡胶软管的整体形态已固定和硬化，在橡胶 裂，影响系统的安全性和可靠性。静液压试验是在
软管a靠近接头处，出现了近5 cm的局部开裂区域， 规定压力下，验证老化后的橡胶软管是否仍能保持
产生多道径向裂纹，长短不一，在严重开裂处，裂纹 结构完整性和密封性，从而评估老化对其承载能力
向轴向扩展、分支；橡胶软管b开裂更为严重，严重 的影响。该试验为橡胶软管在长期使用中的安全性
处外覆层大块掉落，出现明显缺口，露出编织层。以 提供了重要依据，有助于判断老化后的橡胶软管是
上形貌特征清晰地表明，橡胶软管已发生了严重老 否满足使用要求并维持正常运行。
化 [10] 。在橡胶材料老化过程中，分子链会发生氧化 橡胶软管在核电站可能受到周期性压力波动的
反应而导致材料断裂，这显著改变了橡胶的化学交 影响，例如反应堆冷却剂系统的脉冲流动、波动对橡
联网络结构，性能上表现为硬度增加、韧性下降，形 胶软管的稳定性和结构完整性提出了挑战。通过脉
貌上则表现为产生表面裂纹甚至龟裂，且极易因开 冲性能试验，可以判断橡胶软管在老化后是否仍能
裂产生缺口 [11] 。 有效承受周期性的压力脉冲，从而确保其在长期运
3.2 力学性能测试 行中的可靠性。测试过程通常在一定温度条件下进
橡胶老化是由分子链的断裂和新交联反应引起 行，液压流体在橡胶软管内部循环流动，模拟真实工
的，这些变化会显著改变其交联网络结构，导致橡胶 况下的压力环境。橡胶软管在达到规定的脉冲次数
材料在老化过程中力学性能发生显著变化 [12] 。因此， 之前，必须在要求的脉冲压力下运行，且不得发生泄
橡胶软管及其橡胶材料的力学性能是评估其老化程 漏、爆裂或其他形式的损坏。测试结果对于评估橡
度的重要指标。力学性能测试是通过对软管施加各 胶软管在复杂压力环境中的长期性能至关重要，为
种机械载荷，模拟实际工况并观察材料的劣化程度， 其在实际应用中的可靠性提供关键参考。
如静液压、脉冲性能、层间黏合强度、拉伸性能、硬 老化过程可能导致材料硬化，从而增大弯曲半
度、弯曲性能等。橡胶老化评估时常用的力学性能 径并增加破裂风险，故最小弯曲半径是老化评估中
要求及适用标准如表4所示。 衡量橡胶软管柔韧性和结构完整性的关键指标，尤
其适用于频繁弯曲或安装在狭小空间中的应用场
表4 橡胶老化评估时常用的力学性能要求及适用标准
景。在进行弯曲试验时，也应同时考虑低温曲挠性
力学性能要求 标准号 标准名称
能，以适用寒冷气候下的使用场景。我国东北及俄
《橡胶和塑料软管及软管组
静液压 GB/T 5563—2013 罗斯地区冬季温度低下，橡胶软管弯曲时，外覆层开
合件静液压试验方法》
裂是主要的失效类型 [13] 。因此，橡胶软管在低温下
《橡胶或塑料软管及软管组
脉冲性能 GB/T 5568—2013 的抗曲挠能力也应重点考量，确保其在实际应用中
合件无挠曲液压脉冲试验》
的可靠性和使用寿命，降低失效风险。
《橡胶和塑料软管各层间黏
层间黏合性能 GB/T 14905—2020 同样地，在高温高压环境下，软管的硬度也可能
合强度的测定》
《橡胶和塑料软管及非增强 会增加，并导致拉伸性能下降，这些变化直接影响
弯曲性能 GB/T 5565.1—2017 软管柔性及挺性的测量 第1 软管的使用寿命和安全性。但是简单的抗拉强度、
部分：室温弯曲试验》
断后伸长率等指标并不能准确地描述橡胶软管的老
《橡胶和塑料软管及非增强
化程度，因此引入老化率的概念 [14] 。老化率是橡胶
低温曲挠 GB/T 5565.2—2017 软管柔性及挺性的测量 第2
部分：低于室温弯曲试验》 材料的性能随时间变化而发生下降的比例，它通过
比较橡胶的初始性能P与橡胶在老化过程中x时刻
《硫化橡胶邵氏A硬度试验
硬度 GB/T 531—1992
方法》 的性能P ，计算出性能下降的百分比C，计算公式如
x
《硫化橡胶或热塑性橡胶﹑ 式（1）所示。
GB/T 528—2009
拉伸性能 拉伸应力应变性能的测定》 PP
-
GB/T 11182 —2017 《橡胶软管增强用钢丝》 C = x ×100% （1）
P
静液压试验是评估橡胶软管老化性能的关键方 例如，牛绍蕊等 [15] 在研究承压油管的失效案例
法，能够测试其在静态压力下的承载能力。随着老 中，以抗拉强度和断后伸长率为指标，发现氯丁橡胶
化不断进行，橡胶软管外覆层的弹性和强度逐渐下 试样老化率达到了94%和94.7%，证明材料已发生
[8]
降，可能导致其在压力作用下发生变形、泄漏或破 严重老化 [16] 。吴昉赟等 发现，氯丁橡胶在核电站
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