吴德权等：三元乙丙橡胶老化与气候关联性及老化程度全国分布预测 ·1445· BP人工神经网络，构建了EPDM综合老化性能与气候 因子间的关联 (3)通过“老化-环境模型”，利用我国97个城市 气候环境数据，预测得到EPDM综合老化值.通过 AreGIS绘制EPDM老化程度全国分布图.结果表明： 广东南部、海南、台湾、西藏、新疆南部等地区老化严 重：我国南方大部分地区老化程度次之，其次为甘肃北 综合老化值，K 部、内蒙古西南部及华北地区：辽宁、吉林等地区老化 稍轻；黑龙江北部等地区老化程度最轻 050010002000km 图9EPDM综合老化值全国分布图 参考文献 Fig.9 Distribution of the comprehensive values of EPDM aging properties in China [1]Pospisila J,Horak Z,Krulis Z,et al.Degradation and aging of polymer blends:I.Thermomechanical and thermal degradation. 严重 Polym Degrad Stab,1999,65(3):405 (2)我国南方大部分部地区如湖北、湖南、江西、 2] Ni K.Zhu J J,Liao X,et al.Microstructure studies of isotactic 浙江、江苏等属于亚热带季风气候，年辐照量虽然不是 polypropylene under natural weathering by positron annihilation li- 非常充裕，但环境湿度大，年均温度高，在多种气候因 fetime spectroscopy.J Polym Res,2015,22:109 B] 子的耦合作用下，老化程度也比较严重. Sameshima H,Mitsuhashi K,Suga S.Correlation and accelera- tion of a Geer oven test to natural exposure.Polym Test,2005,24 (3)华北大部分地区、内蒙古西南部和甘肃西北 (3):346 部老化程度也比较严重.我国北方地区光照丰富，但 [4] Assink R A,Gillen K T,Sanderson B.Monitoring the degradation 局部地区深居内陆干燥少雨，多风沙，沙尘在老化初期 of a thermally aged EPDM terpolymer by 1 H NMR relaxation 可能加速了老化作用，但是后期的遮蔽作用可能延缓 measurements of solvent swelled samples.Polymer,2002,43 了橡胶的老化，因此这些地区整体老化程度较前述地 (4):1349 区稍低. [5]Gillen K,Bernstein R.Clough R.Celina M.Lifetime predictions for semicrystalline cable insulation materials:I.Mechanical prop- (4)吉林、辽宁、内蒙古东部等地区，年均气温低， erties and oxygen consumption measurements on EPR materials. 老化程度较轻. Polym Degrad Stab,2006,91:2146 (5)黑龙江及内蒙古北端纬度高，太阳照射角度 [6]Gillen K,Celina M,Bernstein R.Shedd M.Lifetime predictions 小，气候干冷，年均温度低，湿度低，老化程度最轻 of EPR materials using the wear-out approach.Polym Degrad 综合以上分析，EPDM的大气环境老化是辐照、湿 Sab,2006,91:3197 度、温度和降雨复杂耦合的作用结果，不能通过单个或 Gillen K,Celina M.The wear-out approach for predicting the re- maining lifetime of materials.Polym Degrad Stab,2000,71:15 者若干因子的强度判断老化程度.将多个环境因子输 [8]Lii Y D,Huang Y J,Yang J L.Outdoor and accelerated laborato- 入EPDM老化与环境关联模型，预测得到全国老化分 ry weathering of polypropylene:a comparison and correlation 布图，可以更加直观地看到EPDM老化程度的地域差 study.Polym Degrad Stab,2015 (112):145 异，对高分子材料工程选材和安全服役具有重要意义. [9]Wang L,Mu X L,Zhu L,et al.Review of atmospheric corrosivity Classification.Equip Enriron Eng,2010,7(6):24 3结论 (王玲，牟献良，朱蕾，等.大气环境腐蚀性分类分级研究综 述.装备环境工程，2010,7(6)24) (1)EPDM老化是多种气候因子耦合作用的结 [1o]Li X G,Zhang D W,Liu Z Y,et al.Materials science:share 果，不同老化性能评价结果差异性大.通过因子分析 corrosion data.Nature,2015,527 (7579):441 与逼近理想解排序法，得到EPDM的综合老化值，比较 [11]Dai MQ,Song Y X.Mathematical Models and Applications.2nd 11个典型站点的综合老化程度由强到弱为广州、拉萨 Ed.Beijing:Science Press,2015 >江津、武汉>尉犁、北京、敦煌>沈阳>青岛>漠河. (戴明强，宋业新.数学模型及其应用.2版北京：科学出版 (2)基于环境对EPDM老化作用机制的分析，通 社，2015) 过EPDM老化性能与各气候参数的灰色关联度计算， [12]Shih H S,Shyur H J,Lee E S.An extension of TOPSIS for 得到影响EPDM老化的关键气候因子为辐照度、湿度、 group decision making.Math Comput Modell.2007,45(7): 801 温度和降雨.通过研究不同模拟精度和网络层数对拟 [13]Lai Y J,Liu T Y,Hwang C L.TOPSIS for MODM.Eur J Oper 合能力与泛化能力的影响，建立了精度为0.05的5层 Res,1994,76(3):486吴德权等: 三元乙丙橡胶老化与气候关联性及老化程度全国分布预测 图 9 EPDM 综合老化值全国分布图 Fig． 9 Distribution of the comprehensive values of EPDM aging properties in China 严重． ( 2) 我国南方大部分部地区如湖北、湖南、江西、 浙江、江苏等属于亚热带季风气候，年辐照量虽然不是 非常充裕，但环境湿度大，年均温度高，在多种气候因 子的耦合作用下，老化程度也比较严重． ( 3) 华北大部分地区、内蒙古西南部和甘肃西北 部老化程度也比较严重． 我国北方地区光照丰富，但 局部地区深居内陆干燥少雨，多风沙，沙尘在老化初期 可能加速了老化作用，但是后期的遮蔽作用可能延缓 了橡胶的老化，因此这些地区整体老化程度较前述地 区稍低． ( 4) 吉林、辽宁、内蒙古东部等地区，年均气温低， 老化程度较轻． ( 5) 黑龙江及内蒙古北端纬度高，太阳照射角度 小，气候干冷，年均温度低，湿度低，老化程度最轻． 综合以上分析，EPDM 的大气环境老化是辐照、湿 度、温度和降雨复杂耦合的作用结果，不能通过单个或 者若干因子的强度判断老化程度． 将多个环境因子输 入 EPDM 老化与环境关联模型，预测得到全国老化分 布图，可以更加直观地看到 EPDM 老化程度的地域差 异，对高分子材料工程选材和安全服役具有重要意义． 3 结论 ( 1) EPDM 老化是多种气候因子耦合作用的结 果，不同老化性能评价结果差异性大． 通过因子分析 与逼近理想解排序法，得到 EPDM 的综合老化值，比较 11 个典型站点的综合老化程度由强到弱为广州、拉萨 ＞ 江津、武汉 ＞ 尉犁、北京、敦煌 ＞ 沈阳 ＞ 青岛 ＞ 漠河． ( 2) 基于环境对 EPDM 老化作用机制的分析，通 过 EPDM 老化性能与各气候参数的灰色关联度计算， 得到影响 EPDM 老化的关键气候因子为辐照度、湿度、 温度和降雨． 通过研究不同模拟精度和网络层数对拟 合能力与泛化能力的影响，建立了精度为 0. 05 的 5 层 BP 人工神经网络，构建了 EPDM 综合老化性能与气候 因子间的关联． ( 3) 通过“老化--环境模型”，利用我国 97 个城市 气候环 境 数 据，预 测 得 到 EPDM 综 合 老 化 值． 通 过 ArcGIS 绘制 EPDM 老化程度全国分布图． 结果表明: 广东南部、海南、台湾、西藏、新疆南部等地区老化严 重; 我国南方大部分地区老化程度次之，其次为甘肃北 部、内蒙古西南部及华北地区; 辽宁、吉林等地区老化 稍轻; 黑龙江北部等地区老化程度最轻． 参 考 文 献 ［1］ Pospíila J，Horák Z，Kruli Z，et al． Degradation and aging of polymer blends: I． Thermomechanical and thermal degradation． Polym Degrad Stab，1999，65( 3) : 405 ［2］ Ni K，Zhu J J，Liao X，et al． Microstructure studies of isotactic polypropylene under natural weathering by positron annihilation li￾fetime spectroscopy． J Polym Ｒes，2015，22: 109 ［3］ Sameshima H，Mitsuhashi K，Suga S． Correlation and accelera￾tion of a Geer oven test to natural exposure． Polym Test，2005，24 ( 3) : 346 ［4］ Assink Ｒ A，Gillen K T，Sanderson B． Monitoring the degradation of a thermally aged EPDM terpolymer by 1 H NMＲ relaxation measurements of solvent swelled samples． Polymer，2002，43 ( 4) : 1349 ［5］ Gillen K，Bernstein Ｒ，Clough Ｒ，Celina M． Lifetime predictions for semicrystalline cable insulation materials: I． Mechanical prop￾erties and oxygen consumption measurements on EPＲ materials． Polym Degrad Stab，2006，91: 2146 ［6］ Gillen K，Celina M，Bernstein Ｒ，Shedd M． Lifetime predictions of EPＲ materials using the wear-out approach． Polym Degrad Stab，2006，91: 3197 ［7］ Gillen K，Celina M． The wear-out approach for predicting the re￾maining lifetime of materials． Polym Degrad Stab，2000，71: 15 ［8］ Lü Y D，Huang Y J，Yang J L． Outdoor and accelerated laborato￾ry weathering of polypropylene: a comparison and correlation study． Polym Degrad Stab，2015 ( 112) : 145 ［9］ Wang L，Mu X L，Zhu L，et al． Ｒeview of atmospheric corrosivity Classification． Equip Environ Eng，2010，7( 6) : 24 ( 王玲，牟献良，朱蕾，等． 大气环境腐蚀性分类分级研究综 述． 装备环境工程，2010，7( 6) : 24) ［10］ Li X G，Zhang D W，Liu Z Y，et al． Materials science: share corrosion data． Nature，2015，527( 7579) : 441 ［11］ Dai M Q，Song Y X． Mathematical Models and Applications． 2nd Ed． Beijing: Science Press，2015 ( 戴明强，宋业新． 数学模型及其应用． 2 版 北京: 科学出版 社，2015) ［12］ Shih H S，Shyur H J，Lee E S． An extension of TOPSIS for group decision making． Math Comput Modell，2007，45 ( 7 ) : 801 ［13］ Lai Y J，Liu T Y，Hwang C L． TOPSIS for MODM． Eur J Oper Ｒes，1994，76( 3) : 486 · 5441 ·