7 priežastys pranešti apie guminių tarpiklių senėjimo reiškinį
Dažnas reiškinys, kai kaučiuko gaminiai kietėja, kai jie buvo palikti ar naudojami tam tikrą laiką, ypač kai jie yra veikiami oro arba veikiami išorinio slėgio ir temperatūros pokyčių. Šį procesą daugiausia lemia fizinių ir cheminių gumos savybių pokyčiai, kuriuos galima sieti su šiais aspektais: oksidacija, padidėjęs kryžminis ryšys, ribotas segmentų judėjimas, priedų migracija, aplinkos veiksnių įtaka. Toliau išsamiai panagrinėsiu priežastis šiais aspektais.
Oksidacijos reakcija
Guminius sandariklius veikiant orui, ypač turintiems deguonies ir ozono, vyksta oksidacijos reakcijos. Oksidacija yra viena iš pagrindinių gumos senėjimo priežasčių, kurios metu keičiasi gumos molekulinė struktūra, didėja kietumas. Pagrindiniai oksidacijos reakcijų mechanizmai yra šie:
- Laisvųjų radikalų grandininė reakcija: Guminiai sandarikliai yra linkę generuoti laisvuosius radikalus veikiant deguoniui, o laisvieji radikalai susijungia su deguonimi ir sudaro peroksido radikalus, o tai savo ruožtu sukelia grandinės trūkimo ir kryžminio susiejimo reakcijas, dėl kurių keičiasi gumos struktūra. Didėjant kryžminiam ryšiui, molekulinių grandinių judėjimas ribojamas, o guma pasižymi didesniu kietumu.
- Ozono poveikis: Ozonas stipriau pažeidžia guminius tarpiklius, sukeldamas ne tik grandinės nutrūkimą, bet ir oksidacijos produktus tiesiai gumos molekulėse. Šie oksidacijos produktai padidina gumos trapumą, kuri pasižymi didesniu kietumu.
Padidėjęs kryžminis susiejimas
Kryžminis ryšys reiškia tinklo struktūros tarp gumos molekulių susidarymą per cheminius ryšius, kurie gali pagerinti mechanines gumos savybes ir padaryti ją kietesniu. Gumos gaminiai gamybos procese paprastai yra sujungiami naudojant tokius procesus kaip vulkanizavimas, tačiau naudojant kryžminį ryšį dar labiau padidės. Tai daugiausia lemia šie veiksniai:
- Fotoakcija: UV šviesa skatina laisvųjų radikalų susidarymą gumos molekulėse, o tai savo ruožtu skatina gumos molekulių kryžminį ryšį. Gumos gaminiai, kurie ilgą laiką buvo veikiami saulės spindulių, turės didesnį kietumą dėl padidėjusio kryžminio susiejimo.
- Terminis senėjimas: Kylant temperatūrai pagreitėja gumos molekulių judėjimas, didėja susidūrimų tarp molekulių dažnis ir lengviau formuojasi nauji cheminiai ryšiai. Šiluminis poveikis ne tik pagreitina oksidacijos reakciją, bet ir skatina kryžminio susiejimo reakciją, dėl kurios galiausiai padidėja gumos kietumas.
- Oksidacinis kryžminis ryšys: Kaip minėta anksčiau, dėl oksidacijos reakcijų taip pat gali padidėti gumos molekulių kryžminis ryšys, ypač esant deguoniui ir esant aukštai temperatūrai, kai tarp gumos molekulių dažniau susidaro kryžminiai ryšiai.
Kryžminio sujungimo padidėjimas žymiai padidina gumos kietumą, nes kryžminis ryšys riboja gumos molekulių judėjimą, todėl gumos medžiaga tampa mažiau lanksti. Štai kodėl mes pastebime, kad guminiai gaminiai po naudojimo tampa kieti ir trapūs.
Ribotas segmento judėjimas
Gumos medžiagų minkštumą daugiausia lemia laisvas jų molekulinių grandinių judėjimas, tačiau po naudojimo laikotarpio šis segmento judėjimas gali būti apribotas dėl šių priežasčių:
- Kryžminio susiejimo apribojimai: Kryžminio sujungimo padidėjimas tiesiogiai riboja laisvą gumos molekulinių grandinių judėjimą, o susietos gumos struktūra yra arčiau vientisos struktūros, o grandinės segmentų laisvės laipsnis mažėja, todėl padidėja kietumas.
- Higroskopinis ir džiovinamas: Kai kurios guminės medžiagos gali sugerti drėgmę drėgnoje aplinkoje ir prarasti ją sausoje aplinkoje. Dėl drėgmės pasikeitimo keičiasi grandinės segmentų judėjimas guminės medžiagos viduje, o tai turi įtakos jos minkštumui. Pavyzdžiui, sumažėjus drėgmei, guminės medžiagos segmentai labiau susilygina, o tai pasireiškia kietumo padidėjimu.
- Sušalimas: Esant žemai temperatūrai, susilpnėja gumos molekulinių grandinių judėjimas, kuris pasireiškia medžiagos sukietėjimu. Kai kuriose specialiose srityse temperatūros pokyčiai gali pakartotinai pakeisti gumos kietumą.
Priedų migracija
Gaminant guminius gaminius, siekiant pagerinti jų veikimą, dažnai pridedami priedai, tokie kaip plastifikatoriai ir antioksidantai. Tačiau naudojant šie priedai gali palaipsniui migruoti arba išgaruoti, padidindami gumos kietumą.
- Plastifikatorių migracija arba lakavimas: Plastifikatorių vaidmuo yra pagerinti gumos minkštumą, todėl ji tampa elastingesnė. Tačiau plastifikatoriai gali palaipsniui migruoti ant paviršių arba išgaruoti į orą naudojimo metu, ypač esant aukštai temperatūrai, kur ši migracija arba išgaravimas bus greitesnis. Sumažinus plastifikatorių, mažėja gumos lankstumas, kuris pasireiškia kaip kietumo padidėjimas.
- Antioksidantų vartojimas: Antioksidantų vaidmuo yra slopinti gumos senėjimo procesą, tačiau antioksidantai palaipsniui suyra ir suges esant aukštai temperatūrai, šviesai ir kitoms sąlygoms. Kai antioksidantas išsenka, gumos gebėjimas atsispirti senėjimui mažėja, sustiprėja oksidacija ir kryžminis ryšys, todėl padidėja kietumas.
Aplinkos veiksnių įtaka
Gumos kietumui įtakos turi ir aplinkos veiksniai, įskaitant temperatūrą, drėgmę, šviesą, chemines medžiagas ir kt., kurie gali turėti didelės įtakos fizinėms ir cheminėms gumos savybėms.
- Temperatūra: Aukšta temperatūra pagreitina guminių tarpiklių oksidaciją ir kryžminį ryšį, o žema temperatūra sulėtina gumos molekulinių grandinių judėjimą, todėl guma tampa standesnė. Faktinio naudojimo metu guminiai gaminiai dažnai yra veikiami didelių temperatūros pokyčių, o tai turės įtakos gumos kietumui.
- Drėgmė: Drėgmė gali turėti įtakos guminių tarpiklių minkštumui, ypač kai kurioms hidrofiliškesnėms guminėms medžiagoms, kurios sugers drėgmę drėgnoje aplinkoje ir praras drėgmę sausoje aplinkoje. Šis drėgmės pokytis turi įtakos gumos kietumui.
- Chemikalai: Naudojimo metu guminius sandariklius gali paveikti cheminės medžiagos, pvz., alyvos, rūgštys ir šarmai, o tai gali sukelti gumos skilimo reakciją, dėl kurios pasikeis jos kietumas. Pavyzdžiui, kai kurie guminiai gaminiai išsipūs veikiant aliejui, o tai pasireiškia padidėjusiu minkštumu; Rūgščių-šarminėje aplinkoje guma gali būti chemiškai skaidoma arba sukietėjusi.
Kristalizacija
Kai kurios guminės medžiagos kristalizuojasi ilgai stovint arba žemoje temperatūroje, ypač natūralus kaučiukas ir butadieno kaučiukas. Dėl šios kristalizacijos gumos medžiagos kietumas padidėja, todėl tampa trapi ir kietesnė.
- Kristalizacija, kurią sukelia stovėjimas: Kai guminis sandariklis stovi, tarp molekulinių grandinių palaipsniui susidaro tvarkinga struktūra ir įvyksta dalinė kristalizacija, dėl kurios medžiaga sukietėja. Tai ypač akivaizdu naudojant natūralią kaučiuką, kur ilgą laiką nenaudoti gumos gaminiai gali sukietėti ir net atrodyti trapūs.
- Žemos temperatūros kristalizacija: Kai kurios guminės medžiagos kristalizuojasi žemoje temperatūroje, o molekulinės grandinės žemoje temperatūroje išsidėsto tvarkingiau, todėl padidėja medžiagos kietumas. Ši kristalizacija palaipsniui atsistato kylant temperatūrai, tačiau jei ji ilgą laiką paliekama žemoje temperatūroje, kristalizacijos reiškinys gali tapti negrįžtamas.
Nuovargio poveikis
Pakartotinai veikiant, guma turės nuovargio efektą, o vidinė struktūra palaipsniui blogės, todėl pasikeis kietumas. Nuovargio efektas daugiausia atsiranda dėl guminės medžiagos vidinių molekulinių grandinių lūžimo ar persitvarkymo pakartotinio tempimo ir suspaudimo metu, o tai pasireiškia kaip kietumo padidėjimas.
- Mikroįtrūkimų susidarymas: Dėl pakartotinio įtempimo gumos viduje gali susidaryti mikroskopiniai įtrūkimai, o įtrūkimų plitimas paveiks bendrą medžiagos struktūrą, todėl ji palaipsniui sukietės.
- Streso sukeltas kryžminis susiejimas: Esant įtampai, tarp gumos molekulių vyksta cheminė reakcija, kuri sukuria naujus kryžminio susiejimo taškus, todėl padidėja medžiagos kietumas.
Gumos gaminių kietumo padidėjimas po kurio laiko yra daug priežasčių, pagrindiniai veiksniai yra oksidacijos reakcijos, padidėjęs kryžminis ryšys, ribotas segmentų judėjimas, priedų migracija, aplinkos veiksniai, kristalizacija ir nuovargio poveikis. Šių veiksnių derinys lemia gumos molekulinės struktūros pasikeitimą, o tai riboja molekulinių grandinių judėjimą, o tai galiausiai pasireiškia kaip kietumo padidėjimas. Norint pristabdyti šį kietumo didėjimą, į guminius gaminius galima dėti veiksmingesnių antioksidantų, antioksidantų, juos galima veikti aukštoje temperatūroje, ultravioletiniuose spinduliuose, stipriai oksiduojančioje aplinkoje.