混合气体在特种橡胶密封材料中的渗透行为及其机理研究

The atmosphere in sealed containers is an important factor affecting the working performance of components in containers, and the atmosphere is determined by the gas permeability of sealing materials. Therefore, the study on gas permeation behaviors of sealing materials is significant to evaluate and predict the performance of components in containers. On the basis of this fact, the main purpose of this project is to study the gas permeation behaviors of mixed-gases in rubber sealing materials and its mechanism, as well as gases permeation behaviors of single-component gas and multicomponent mixed-gases under different environmental factors in rubber/layered inorganic particles composite sealing materials. Accordingly, the differences and relations of the permeation behaviors between single-component gas and multicomponent mixed-gases in rubber/layered inorganic particles composite sealing materials will be explored in detail. Moreover, the relationship among the specific environmental factors, the structure of rubber/layered inorganic particles composite sealing materials and the gases permeation performance will be also discussed. Meanwhile, based on molecular simulation, the interaction among gases and the influence rules of environmental factors on the gases permeation performance of sealing materials will be deeply explored, and then to illuminate the permeation rules of single-component gas and multicomponent mixed-gases in rubber sealing materials from the macro and micro perspective. It is expected to decipher the permeable mechanism, to build the permeation model of rubber sealing materials, and to perform prediction technique of permeation performance. This project aims at providing scientific basis to the permeation performance of polymer based composites, and supplying technical support of working condition diagnosis and performance evaluation to the components in sealed containers.

密封容器内气氛是影响容器内元器件工作性能的重要因素，而气氛是由密封材料的气体渗透性能决定，因此，研究密封材料的气体渗透行为对容器内器件的性能评估与预测具有重要意义。基于此，本项目致力于混合气体在橡胶密封材料中的渗透行为及其机理研究，开展不同环境因素下单一组分和多组分混合气体在片状阻隔型橡胶密封材料中的渗透行为研究。重点研究单一组分与多组分混合气体在片状阻隔型橡胶密封材料中渗透行为之间的差别与联系；研究特定环境条件↔片状阻隔型橡胶密封材料结构↔气体渗透行为之间的内在关系；同时，结合分子模拟计算，深入探讨气体间相互作用以及环境因素对密封材料的气体渗透行为的影响规律，从宏微观阐明单一组分和多组分混合气体在橡胶密封材料中的渗透规律，揭示渗透机理，构建密封材料的渗透模型，形成渗透性能预测技术。本项目为聚合物基复合材料的渗透行为研究提供理论依据，为密闭容器内元器件工作状态诊断和性能评估提供技术支持。

密封容器内气氛是影响容器内元器件工作性能的重要因素，而气氛是由密封材料的气体渗透性能决定，因此，研究密封材料的气体渗透行为对容器内器件的性能评估与预测具有重要意义。本项目研究了单一组分气体和多组分混合气体在氢化丁腈橡胶(HNBR)和三元乙丙橡胶(EPDM)密封材料中的渗透规律。发现单一组分气体在HNBR和EPDM中的渗透系数由大到小为CO2>H2>CH4>O2>N2，不同气体在HNBR中的渗透系数相对于在EPDM中下降了一个数量级。相对于O2和N2单一组分气体的渗透系数，O2/N2混合气体在EPDM中渗透时O2的渗透系数下降，而N2的渗透系数变化不大；O2/N2混合气体在HNBR中渗透时O2的渗透系数下降，而N2的渗透系数增大。O2/N2混合气透过EPDM和HNBR复合材料，O2和N2之间存在相互竞争作用。其次，研究了温度和压力对气体在HNBR密封材料中的渗透行为的影响。研究发现随着温度提高，各种气体在HNBR复合材料中的渗透系数增大。随着压力增大，H2、O2和N2在HNBR中的渗透系数下降，而CO2和CH4的渗透系数上升。再者，研究了紫外老化对气体在HNBR密封材料中渗透行为的影响。研究发现随着紫外老化时间延长，HNBR先发生降解反应后以交联为主，橡胶的自由体积先增大后减小，各种气体的渗透系数呈现先上升后下降的趋势。基于量子化学、分子力学及分子动力学，构建了不同组分气体/橡胶体系模型，对气体在EPDM和HNBR橡胶材料中的溶解和扩散行为进行计算模拟，从气体分子对聚合物的溶解扩散性、气体渗透路径、自由体积等角度，揭示气体在橡胶密封材料中的渗透机理，构建密封材料的渗透模型，形成渗透性能预测技术。本项目为聚合物基复合材料的渗透行为研究提供理论依据，为密闭容器内元器件工作状态诊断和性能评估提供技术支持。.项目的实施，在高分子学科学术刊物上发表了SCI论文9篇；培养已毕业研究生1名，在读研究生3名，本科生多名；参加学术会议三次。