7 razloga da vas obavijestimo o fenomenu starenja gumenih brtvi

Uobičajena je pojava da gumeni proizvodi porastu u tvrdoći nakon što su neko vrijeme bili ostavljeni ili korišteni, posebno kada su izloženi zraku ili vanjskom tlaku i promjenama temperature. Ovaj proces uglavnom je posljedica promjena u fizičkim i kemijskim svojstvima gume, što se može pripisati sljedećim aspektima: oksidacija, povećano umrežavanje, ograničeno kretanje segmenta, migracija aditiva i utjecaj okolišnih čimbenika. Zatim ću detaljno analizirati razloge s ovih aspekata.

Reakcija oksidacije

Gumene brtve podložne su oksidacijskim reakcijama kada su izložene zraku, posebno onima koji sadrže kisik i ozon. Oksidacija je jedan od glavnih uzroka starenja gume, tijekom koje se mijenja molekularna struktura gume, povećavajući tvrdoću. Glavni mehanizmi oksidacijskih reakcija uključuju sljedeće:

- Lančana reakcija slobodnih radikala: Gumene brtve su sklone stvaranju slobodnih radikala pod djelovanjem kisika, a slobodni radikali se spajaju s kisikom u peroksidne radikale, što zauzvrat dovodi do loma lanca i reakcija umrežavanja, što rezultira promjenama u strukturi gume. Kako se umrežavanje povećava, kretanje molekularnih lanaca je ograničeno, a guma pokazuje veću tvrdoću.

- Učinak ozona: Ozon ima jače štetno djelovanje na gumene brtve, uzrokujući ne samo lom lanca, već i proizvode oksidacije izravno u molekulama gume. Ovi produkti oksidacije povećavaju krtost gume, koja pokazuje veću tvrdoću.

Povećano unakrsno povezivanje

Unakrsno povezivanje odnosi se na stvaranje mrežne strukture između molekula gume putem kemijskih veza, što može poboljšati mehanička svojstva gume i učiniti je većom tvrdoćom. Gumeni proizvodi obično su umreženi tijekom proizvodnog procesa putem procesa kao što je vulkanizacija, ali stupanj umreženosti dodatno će se povećati tijekom upotrebe. To je uglavnom zbog sljedećih čimbenika:

- Fotoakcija: UV svjetlo potiče stvaranje slobodnih radikala u molekulama gume, koji zauzvrat potiču umrežavanje između molekula gume. Gumeni proizvodi koji su dugo bili izloženi sunčevoj svjetlosti imat će povećanu tvrdoću zbog povećanog umrežavanja.

- Toplinsko starenje: Rastuće temperature ubrzavaju kretanje molekula gume, povećavajući učestalost sudara među molekulama i olakšavajući stvaranje novih kemijskih veza. Toplinsko djelovanje ne samo da ubrzava reakciju oksidacije, već također potiče reakciju umrežavanja, što u konačnici dovodi do povećanja tvrdoće gume.

- Oksidativno umrežavanje: Kao što je ranije spomenuto, reakcije oksidacije također mogu dovesti do povećanog poprečnog povezivanja molekula gume, posebno u prisutnosti kisika i visokih temperatura, gdje postoji veća vjerojatnost da će se formirati poprečne veze između molekula gume.

Povećanje umreženosti značajno povećava tvrdoću gume, budući da umrežavanje ograničava kretanje molekula gume, čineći gumeni materijal manje fleksibilnim. Zato smatramo da gumeni proizvodi postaju tvrdi i lomljivi nakon razdoblja korištenja.

Ograničeno kretanje segmenta

Mekoća gumenih materijala uglavnom proizlazi iz slobodnog kretanja njegovih molekularnih lanaca, ali nakon razdoblja uporabe, kretanje ovog segmenta može biti ograničeno iz sljedećih razloga:

- Ograničenja unakrsnog povezivanja: Povećanje umreženosti izravno ograničava slobodno kretanje molekularnih lanaca gume, a struktura umrežene gume bliža je čvrstoj strukturi, a stupanj slobode segmenata lanca smanjuje se, što rezultira povećanjem tvrdoće.

- Higroskopno i sušivo: Neki gumeni materijali mogu apsorbirati vlagu u vlažnom okruženju i izgubiti je u suhom okruženju. Promjena vlage uzrokuje promjenu kretanja segmenata lanca unutar gumenog materijala, što utječe na njegovu mekoću. Na primjer, kada se vlaga smanji, segmenti gumenog materijala su bliže poravnati, što se manifestira povećanjem tvrdoće.

- Smrzavanje: Pri niskim temperaturama slabi kretanje molekularnih lanaca gume, što se očituje kao stvrdnjavanje materijala. U nekim posebnim primjenama, promjene temperature mogu opetovano dovesti do promjena u tvrdoći gume.

Migracija aditiva

Aditivi kao što su plastifikatori i antioksidansi često se dodaju tijekom procesa proizvodnje gumenih proizvoda kako bi se poboljšala njihova učinkovitost. Međutim, tijekom uporabe, ovi dodaci mogu postupno migrirati ili ispariti, povećavajući tvrdoću gume.

- Migracija ili isparavanje plastifikatora: Uloga plastifikatora je poboljšati mekoću gume, čineći je elastičnijom. Međutim, plastifikatori mogu postupno migrirati na površine ili ispariti u zraku tijekom upotrebe, posebno na visokim temperaturama, gdje će ta migracija ili isparavanje biti brži. Smanjenjem plastifikatora smanjuje se fleksibilnost gume, što se očituje povećanjem tvrdoće.

- Konzumacija antioksidansa: Uloga antioksidansa je spriječiti proces starenja gume, ali antioksidansi će se postupno razgraditi i otkazati pod visokom temperaturom, svjetlom i drugim uvjetima. Nakon što se antioksidans iscrpi, sposobnost gume da se odupre starenju se smanjuje, a oksidacija i umrežavanje se pojačavaju, povećavajući tvrdoću.

Utjecaj okolišnih čimbenika

Na tvrdoću gume također utječu čimbenici iz okoline, uključujući temperaturu, vlagu, svjetlost, kemikalije itd., koji mogu imati značajan utjecaj na fizikalna i kemijska svojstva gume.

- Temperatura: Visoke temperature ubrzavaju oksidaciju i umrežavanje gumenih brtvi, dok niske temperature usporavaju kretanje molekularnih lanaca gume, čineći gumu krućom. U stvarnom procesu uporabe, gumeni proizvodi često su izloženi velikim promjenama temperature okoline, što će utjecati na tvrdoću gume.

- Vlažnost: Vlaga može utjecati na mekoću gumenih brtvi, posebno nekih hidrofilnijih gumenih materijala koji će apsorbirati vlagu u vlažnom okruženju i gubiti vlagu u suhom okruženju. Ova promjena vlage utječe na tvrdoću gume.

- Kemikalije: Gumene brtve mogu biti izložene kemikalijama kao što su ulja, kiseline i lužine tijekom uporabe, što može pokrenuti reakciju razgradnje u gumi, uzrokujući promjenu njezine tvrdoće. Na primjer, neki gumeni proizvodi će nabubriti pod djelovanjem ulja, što se očituje povećanom mekoćom; U kiselo-alkalnom okruženju, guma se može kemijski razgraditi ili otvrdnuti.

Kristalizacija

Neki gumeni materijali kristalizirat će se pod dugotrajnim stajanjem ili niskim temperaturama, osobito prirodna guma i butadien kaučuk. Ova kristalizacija uzrokuje povećanje tvrdoće gumenog materijala, čineći ga krhkim i tvrđim.

- Kristalizacija uzrokovana stajanjem: Kada gumena brtva miruje, između molekularnih lanaca postupno se stvara uredna struktura i dolazi do djelomične kristalizacije, što uzrokuje stvrdnjavanje materijala. To je posebno vidljivo kod prirodne gume, gdje gumeni proizvodi koji nisu bili korišteni dulje vrijeme mogu otvrdnuti, pa čak i djelovati lomljivo.

- Niskotemperaturna kristalizacija: Neki gumeni materijali kristaliziraju na niskim temperaturama, a molekularni lanci su raspoređeni na uredniji način na niskim temperaturama, povećavajući tvrdoću materijala. Ta se kristalizacija postupno oporavlja kako temperatura raste, ali ako se ostavi na niskoj temperaturi dulje vrijeme, fenomen kristalizacije može postati nepovratan.

Učinci umora

Guma će imati učinak zamora pod opetovanim stresom, a unutarnja struktura će postupno propadati, što će rezultirati promjenom tvrdoće. Učinak zamora uglavnom je posljedica loma ili preraspodjele unutarnjih molekularnih lanaca gumenog materijala pri opetovanom istezanju i kompresiji, što se očituje kao povećanje tvrdoće.

- Stvaranje mikropukotina: Ponovljeni stres može stvoriti mikroskopske pukotine unutar gume, a širenje pukotina utjecat će na cjelokupnu strukturu materijala, uzrokujući njegovo postupno otvrdnjavanje.

- Unakrsno povezivanje izazvano stresom: Pod stresom dolazi do kemijske reakcije između molekula gume, stvarajući nove točke umrežavanja, što rezultira povećanjem tvrdoće materijala.

Mnogo je razloga za povećanje tvrdoće gumenih proizvoda nakon nekog vremena uporabe, a glavni čimbenici uključuju reakcije oksidacije, povećano umrežavanje, ograničeno kretanje segmenata, migraciju aditiva, čimbenike okoline, kristalizaciju i učinke zamora. Kombinacija ovih čimbenika dovodi do promjene molekularne strukture gume, što ograničava kretanje molekularnih lanaca, što se u konačnici očituje povećanjem tvrdoće. Kako bi se usporio ovaj porast tvrdoće, gumenim proizvodima mogu se dodati učinkovitiji antioksidansi, antioksidansi, a oni se mogu izložiti visokim temperaturama, ultraljubičastim zrakama i jakom oksidirajućem okruženju.