Page 31 - 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

恶劣环境中服役时间越长，老化程度越明显，硬度也 表5 橡胶材料耐老化性能试验及适用标准
显著增大。 老化类别 标准号 标准名称
对于橡胶中增强层的钢丝材料，也须抽检其抗 《硫化橡胶或热塑性橡胶
拉强度，以与标准GB/T 11182—2006《橡胶软管 热氧 GB/T 3512—2014 热空气加速老化和耐热
试验》
增强用钢丝》中规定的4个强度区间进行比对，并规
《硫化橡胶湿热老化试验
定未发生腐蚀的合格钢丝的抗拉强度应为2 450~ 湿热 GB/T 15905—1995
方法》
2 750 MPa。 《橡胶和塑料软管静态条
3.3 耐流体性能测试 臭氧 GB/T 24134—2009 件下耐臭氧性能的评价》
核电站中，橡胶软管承担着输送具有一定温度 《硫化橡胶盐雾老化试验
盐雾 GB/T 35858—2018
和压力的液体介质的作用，故橡胶需要具备对介质 方法》
良好的耐受性。与各种介质接触时，橡胶软管内的
橡胶材料可能会经历以下变化：首先，液体被橡胶材 性橡胶热空气加速老化和耐热试验》进行测试，模拟
料吸收，导致橡胶体积增大，即溶胀；其次，液体可 高温条件下的老化过程，测定橡胶软管的力学性能
能会溶出橡胶中的可溶成分，如增塑剂和防老剂；此 和物理变化，有助于预测橡胶软管在高温环境中的
外，液体与橡胶还可能发生化学反应。这些变化会 使用寿命，确保橡胶在热条件下的可靠性。
显著影响橡胶的力学性能，包括抗拉强度、断后伸长 除了高温，核电站还涉及高湿环境，这种湿热交
率和硬度，因此测试橡胶在浸泡和干燥后的性能变 互作用会促使橡胶软管中橡胶材料发生水解。湿热
化，对确保橡胶软管在各类流体环境中的稳定性和 老化试验应根据GB/T 15905—1995 标准，以预测
长期可靠性至关重要。 橡胶软管在湿热条件下的长期可靠性，确保其在高
根据GB/T 1690—2010标准，应在油基和水基 湿、高温环境中的稳定性。
液体中对橡胶软管进行测试，以评估其在实际工况 核电站中的高压电气设备会产生臭氧，而沿海
下的性能变化，如溶胀、硬化或降解，从而验证其在 地区又存在盐雾环境，所以臭氧和盐雾也是橡胶软
严苛流体环境中的稳定性。在各液压型橡胶软管规 管老化评估的重要试验，应分别依据GB/T 24134—
范中，油基液体选择IRM 903，水基采用蒸馏水进行 2009和GB/T 35858—2018标准开展。
试验。具体方法为：在规定温度下，将与橡胶软管硫 此外，核电站中的辐射环境也会对橡胶软管橡
化程度一致的模压内衬层和外覆层试片在选择的介 胶材料的结构和性能产生显著影响。γ 射线能量高、
质中浸泡一定时间，测量并记录内外层的体积变化 穿透力强，是导致材料分子链断裂和交联的主要因
率，而在老化评估中，流体的选择应以实际工况介质 素，最终引起橡胶软管硬度增加、断后伸长率下降，
为准，以切实模拟老化失效环境。 甚至脆化 [17] 。虽然辐射对核电站橡胶软管橡胶材料
3.4 耐候性试验 的结构和性能影响显著，但尚未找到专门针对橡胶
橡胶软管长期暴露于极端环境时会发生物理和 软管耐辐射性能的试验标准，以开展橡胶软管的耐
化学性质变化，从而影响其整体性能。因此，耐候性 辐射性能试验。不过根据一般经验，老化试验时通
试验主要评估橡胶软管在长时间使用或暴露于恶劣 常采用模拟γ 射线的辐射环境，以评估橡胶软管在辐
环境下的耐久性和稳定性。在开展针对核电用橡胶 射前后的力学性能变化情况。
软管的耐候性试验时，应模拟多种核电站内的极端 3.5 热学性能分析
环境，测试橡胶软管在这些条件下的性能变化，以确 对橡胶软管进行老化评估时，同样需要关注热
保橡胶在实际应用中的可靠性并预测其使用寿命。 学性能变化。过高的温度会导致聚合物主链断裂，
经查阅，尚无针对橡胶软管老化性能测试的专门标 引发次级反应，使材料性能下降，这种现象称为热
准。为系统评估橡胶软管的耐候性能，以其主要材 降解或热老化 [18] ，是橡胶软管老化失效的主要原因。
料橡胶为评估对象，总结了几种常见核电环境中，橡 故需对橡胶软管橡胶材料进行热性能分析，以评估
胶材料的老化试验方法及其应用标准（见表5）。 橡胶的热老化降解趋势。
核电站运行环境中往往存在高温，橡胶软管长 目前，主要利用差式扫描量热仪（DSC）研究
时间暴露于高温环境时，热氧老化是极其重要的考 高温老化对橡胶材料的玻璃化转变温度、结晶度等
量因素。按照GB/T 3512—2014《硫化橡胶或热塑 性能的影响。HASSANI等 [19] 研究油田井口中所用

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