專利名稱：：有機液體浸漬狀態(tài)下高分子材料的蠕變破壞壽命預測方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種預測浸漬在有機液體中的高分子材料的蠕變破壞壽命的方法。
背景技術：
：高分子材料的情形中，由于強烈受使用環(huán)境的影響，因此蠕變破壞壽命需要在使用環(huán)境下進行試驗，通常是在大氣中或浸漬在燃料等有機液體中且在應力作用的狀態(tài)下測定破壞壽命。燃料浸漬狀態(tài)下的蠕變破壞壽命在汽車領域的樹脂部件的制品設計上是極其重要的。不過，要測定燃料浸漬狀態(tài)下的蠕變破壞壽命，除了需要特殊的裝置以外，還需要在安全和環(huán)境方面非常深入注意來實施。另外，存在的問題是由于需要進行多種多樣的燃料中的試驗，因而需要大量的時間和勞力。為此，正在尋求有效的預測方法。一方面，活化能/活化體積的概念是已知的(成沢郁夫《高分子材料強度學》Ohmsha，Ltd.、東京、1982年)，迄今尚沒有將它們活用到有機液體浸漬狀態(tài)下的高分子材料的力學行為中，并且用來這種壽命的預測。
發(fā)明內容本發(fā)明提供一種以有效且以實用上充分的精度預測有機液體浸漬狀態(tài)下的高分子材料的蠕變破壞壽命的方法。本發(fā)明人為達成上述目的進行了精心研究，結果發(fā)現(xiàn)由有機液體飽和膨脹高分子材料的拉伸試驗與未處理的高分子材料3的拉伸試驗判定各自的活化能AF與各自的活化體積v、并通過特定的公式，可以以實用上充分的精度預測有機液體浸漬狀態(tài)下的蠕變破壞壽命。即本發(fā)明是一種蠕變破壞壽命的預測方法，其在預測浸漬在有機液體中的高分子材料的蠕變破壞壽命時，基于大氣中的高分子材料蠕變破壞壽命試驗、無應力作用下的有機液體飽和膨脹高分子材料的拉伸試驗、以及未處理高分子材料的拉伸試驗的結果來預測破壞壽命。圖l是對未處理的試驗片和普通汽油(60°C)飽和膨脹狀態(tài)的試驗片在各種條件下測定屈服強度，/T對ln(ds/dt)作圖的曲線。具體實施例方式本發(fā)明中，可由有機液體飽和膨脹高分子材料與未處理的高分子材料的拉伸試驗決定各自的活化能AF與各自的活化體積v、并使用成沢郁夫《高分子材料強度學》(Ohmsha，Ltd.、東京、1982年)記載的式1，計算并預測有機液體浸漬狀態(tài)下的蠕變破壞壽命。tbexp[(厶F—v'a)/kBT](式1)此處，tb:蠕變破壞壽命△F:活化能v*:活化體積o:蠕變試-瞼中的應力KB:玻耳茲曼(Boltzmann)常數(shù)T:絕對溫度具體說明的話，首先，將高分子材料試驗片浸漬在有機液體中，并研究重量的經時變化，求出飽和膨脹量。此處，飽和膨脹量是指將浸漬在有機液體中的高分子材料中所浸透的有機液體的飽和重量相對于浸漬前高分子材料的重量表示為百分率的值。然后，將成為飽和膨脹狀態(tài)的試驗片以2個水準以上的拉伸速度、2個水準的溫度測定屈服強度cjy。此處，屈服強度ay是指應力-形變曲線的最大應力。屈服強度Oy與活化能AF、活化體積￥*存在式2的關系(參照成沢郁夫《高分子材料強度學》Ohmsha,Ltd.、東京、1982年)。ay/T=(kB/V)〔ln(cU/dt)+(厶F/V)-lnC〕(式2)此處，T:絕對溫度KB:玻耳茲曼常數(shù)ds/dt:拉伸形變速度C:常數(shù)將(jy/T對ln(ds/dt)作圖，由其斜率求出v、將這里求出的v承代入(式2)，求出AF。大氣中的蠕變破環(huán)壽命使用蠕變試驗機進行測定。這里的蠕變破環(huán)壽命是指在對試驗片負荷一定應力的狀態(tài)下保持時直到試驗片斷裂的經過時間?；谌渥兤茐膲勖膶崪y數(shù)據(jù)，求出回歸方程式(式3)。tb=exp(A—B(j)(式3)此處，A:常數(shù)B:常數(shù)在大氣中，也通過上述的拉伸試-驗同樣求出AF和v、由通過大氣中的蠕變破壞壽命回歸方程式(式3)及測定而求出的AFa和v^、先前求出的有機液體飽和膨脹狀態(tài)下的AFi和v^，獲得各自的AF與v"々比，確定對應力效果進行校正前的有機液體中的蠕變破壞壽命回歸方程式(式4)。tb=exp(A(厶F,/厶FJ—Ba)(式4)使用有機液體飽和膨脹試驗片時，使用無應力作用下制備的試驗片是容易且實用的。使用無應力作用下的飽和膨脹試驗片時，在(式4)中，并未考慮應力負荷狀態(tài)下與無應力下相比飽和膨脹量增加、且活化能和活化體積也受到應力的影響而變動的效果，有必要考慮這一點。但是，已知在聚甲醛樹脂中，通常的蠕變試驗中可作用的實用的應力范圍中，飽和膨脹量的增加率幾乎是一定的，v、是不變的，進而AFi也是以一定比率降低，因此，通過將應力作用下的飽和膨脹試-瞼片的拉伸試-驗僅在一個水準的應力下進行實測，從而可以使AF!的變化率為一定而簡便容易地求出。AFi以一定比率降低時，(式4)變?yōu)槿缦?。tb=exp(A(厶F//厶F》一B(v、/VJa)(式5)此處，AF!'不由應力的大小來決定，而是對AF!乘以一定系數(shù)的值。如果使用(式5),可以簡便地進行蠕變破壞壽命的預測。作為高分子材料，只要是溶解于有機液體中的物質，任意物質均可，特別是聚甲醛樹脂在燃料中應力作用下使用的情況6居多，另外，預測也簡便，在實用方面的效果較好。作為有機液體，只要是溶解高分子材料的物質，就沒有特別限制，從其處理的困難度和安全方面考慮，具有高可燃性、且汽油、柴油、乙醇等作為燃料被使用的物質中，在實用方面的效果較好。實施例以下通過實施例對本發(fā)明進行具體說明，但本發(fā)明并不受此限制。實施例1將聚甲醛樹月旨DURACON(注冊商標)M90-44的ASTM4型拉伸試驗片浸漬在ENEOS制造的普通汽油(60°C)中，并研究重量的經時變化，確認成為飽和膨脹狀態(tài)，并求出飽和膨脹量，結果為1.4%。然后，將成為飽和膨脹狀態(tài)的試驗片在Orientec株式會社制造的TensilonRTC-1325A上，以O.l、1、15、110、300%/minW拉伸形變速度測定23°C和5。C下的屈服強度。圖l是根據(jù)(式2)針對此處進行的試驗，將ciy/T對ln(ds/dt)作圖的曲線。由其斜率求出在23。C下的v*=1.79nm3jV、及5。C下的v*為1.66nm3,因為認為v《是定值，所以取二者的平均值丫*=1.73nm3。將該v^l.73nm3代入(式2),由T二296K時的(式2)和T二278K時的(式2)的聯(lián)立方程式求出AF和lnC,AF二379J/mo1。另外，使用Orientec抹式會社制造的伺服(Servo)型的蠕變試驗機測定大氣(60°C)中的蠕變破壞壽命。實測數(shù)據(jù)點的回歸方程式為tb=exp(18.831—0.517(j)(式6)7此處a是所負荷的應力，tb是蠕變破壞壽命。通過上述的拉伸試驗，同樣求出大氣(60°C)中的AF和v、結果為AF=484J/mol，v*=1.99nm3。通過由大氣(60°C)中的蠕變破壞壽命回歸方程式(式6)及其AF^484J/mol和v51^1.99111113、先前求出的普通汽油(60°C)飽和膨月長狀態(tài)下的AF^379J/mol和v氺^1.73nm3,獲得各自的AF與\^*的比，從而確定對普通汽油(60°C)中的應力效果進行校正前的蠕變破壞壽命回歸方程式(式7)。tb=exp[18.831(379/484)—0.517(1.73/1.99)tr](式7)對于聚甲醛樹脂，使用應力下成為飽和膨脹狀態(tài)的試驗片，進行同樣的試驗，求出AF,結果AF的變化率為17。/。。將該值代入(式7)，則tb=exp[18.831.((379/1.17)/484)—0.517'(1.73/1.99)tr](式8)將使用(式8)進行蠕變破壞壽命預測的結果示于表l。同樣，實測燃料浸漬下的蠕變破壞壽命。其結果一并示于表1中。另外，實測中使用株式會社DJK自家制造的燃料中蠕變試驗機?？梢源_認實現(xiàn)了實用上充分的預測。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例2除了代替ENEOS制造的普通汽油而使用向模擬燃料(甲苯:異辛烷=6:4體積分率)中混合30體積％乙醇的燃料之外，與實施例l同樣地預測。其結果為tb=exp[18.831.((377/1.17)細一o.517.(2.00/1.99)<j〗(式9)同樣，實測上述混合燃料浸漬狀態(tài)下的蠕變壽命。其結果一并示于表2?？梢源_認實現(xiàn)了實用上充分的預測。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權利要求1.一種蠕變破壞壽命預測方法，其在預測浸漬在有機液體中的高分子材料的蠕變破壞壽命時，基于大氣中的高分子材料蠕變破壞壽命試驗、無應力作用下的有機液體飽和膨脹高分子材料的拉伸試驗、以及未處理的高分子材料的拉伸試驗的結果來預測破壞壽命。2.根據(jù)權利要求l所述的蠕變破壞壽命預測方法，其特征在于，基于由有機液體飽和膨脹高分子材料的拉伸試驗和未處理的高分子材料的拉伸試驗求出的各自的活化能AF及各自的活化體積v^以及大氣中的蠕變破壞壽命數(shù)據(jù)，使用下式預測破壞壽命，t^exp[(厶F—v'ci)/kBT]此處，tb:蠕變破壞壽命AF:活化能v*:活化體積cj:蠕變試-驗中的應力KB:玻耳茲曼常數(shù)T:絕對溫度。3.根據(jù)權利要求1或2所述的蠕變破壞壽命預測方法，其特征在于，有機液體為燃料。4.根據(jù)權利要求1或2所述的蠕變破壞壽命預測方法，其特征在于，高分子材料為聚曱醛樹脂。全文摘要本發(fā)明提供一種以有效且以實用上充分的精度預測有機液體浸漬狀態(tài)下的高分子材料的蠕變破壞壽命的方法。詳細地說，本發(fā)明是一種蠕變破壞壽命的預測方法，其中，在預測浸漬在有機液體中的高分子材料的蠕變破壞壽命時，基于大氣中的高分子材料蠕變破壞壽命試驗、無應力作用下的有機液體飽和膨脹高分子材料的拉伸試驗、以及未處理的高分子材料的拉伸試驗的結果來預測破壞壽命。文檔編號G01N3/08GK101498635SQ20091000842公開日2009年8月5日申請日期2009年1月21日優(yōu)先權日2008年1月29日發(fā)明者中川廣樹,植田隆憲,藤井靖久申請人:寶理塑料株式會社