Što uzrokuje stvrdnjavanje gumenih brtvila?

Kao polimerni elastični materijal, guma se može očvrsnuti tijekom njegove uporabe, što rezultira smanjenjem performansi i utjecajem na radni vijek proizvoda. Mnogo je razloga zbog kojih gumene brtve stvrdnu, uključujući fizičke, kemijske, ekološke i tehnološke čimbenike. Sljedeće će biti dubinska analiza mnogih aspekata poput promjena strukture umrežavanja, mehanizama starenja, utjecaja formule, čimbenika okoliša i tehnologije obrade.

Mehanizam otvrdnjavanja gumenih brtva

Bitni razlozi za povećanje tvrdoće gumenih brtvila uglavnom uključuju:

1. Povećani stupanj umrežavanja-vulkanizacija se nastavlja, a gustoća umrežavanja raste, što ograničava kretanje segmenta gumenog lanca i stvrdnjava materijal.

2. Gubitak plastičnosti - Migracija ili isparavanje nisko -molekularnih tvari poput plastifikatora i omekšivača čini gumu da izgubi fleksibilnost.

3. Degradacija molekularnog lanca - Glavni lanac molekula gume je pokvaren, što rezultira oštećenjem strukture elastične mreže, što se očituje kao promjena u tvrdoći.

4. Agregacija punila ili odvajanje faza - punila (npr. Ugljična crna, silika) agregatna ili naseljavaju u gumenoj matrici, povećavajući lokalnu tvrdoću.

Glavni utjecaj faktora učvršćivanja gumenih brtva

Promjene u strukturi umrežavanja

Stupanj vulkanizacije umrežavanja gume ima značajan utjecaj na njegovu tvrdoću:

· Prevladavanje: Vrijeme ili temperatura vulkanizacije su previsoki, što rezultira krim povezivanjem koja prelazi optimalnu vrijednost, što uzrokuje da guma postane tvrda, krhka i izgubi fleksibilnost.

· Sekundarna vulkanizacija (nakon sušenja) u okruženju s visokim temperaturama, guma i dalje podvrgava reakcije umrežavanja kako bi se povećala tvrdoća, poput neke silikonske gume i gume fluora, pokazat će očvršćivanje fenomena na dugoročnoj visokim temperaturama.

· Prekomjerno vulkanizirajuće sredstvo u vulkanizirajućem sustavu, prekomjerna vulkanizirajuća sredstva (poput sumpora, peroksida i smole) formirat će previše umreženih veza, što rezultira tvrdom gumom.

· Vulkanizacijski sustavi (poput monosulfidnih veza, disulfidnih veza i polisulfidnih veza) s različitim vrstama umreženih veza imaju različite učinke na tvrdoću gume, a disulfidne veze i monosulfidne veze su teže od polisulfidnih veza.

Mehanizam starenja

Starenje je jedan od glavnih uzroka otvrdnjavanja gumenih brtvila, a uobičajeni faktori starenja uključuju:

(1) Toplinsko-oksidativno starenje

· Visoka temperatura promovirat će reakciju oksidacije između molekula kisika i gume, uzrokujući da se molekularni lanac razbije ili povećava gustoću umrežavanja, što rezultira krutošću gumene brtve.

· Tipične reakcije toplinsko-oksidativnog starenja: R-H + O2 → R-O-O-H (peroksid) RH + O _2 → ROOH (peroksid) peroksid dalje raspada, što potiče oksidacijsko umrežavanje i očvrsne gumenu brtvu.

(2) Starenje ozona

· Ozon može razbiti nezasićene dvostruke veze gume, uzrokujući da formira oksidativne umrežene veze i poboljšava tvrdoću. Na primjer, guma s dvostrukim vezama, poput NR, SBR, BR itd., Osjetljiva je na ozon.

(3) Ultraljubičasto starenje

UV zračenje pokreće reakciju slobodnih radikala koja ubrzava oksidacijsko umrežavanje i stvrdne gumene brtve. Konkretno, gumeni proizvodi koji se koriste na otvorenom, poput brtvila i guma, postat će tvrdi i krhki kada su dugo izloženi sunčevoj svjetlosti.

(4) Hidrolitičko starenje

· Grupa estera koja sadrži gumu (-koo-) ili amidna skupina (-conh-), poput poliuretanske gume (PU) i neoprenske gume (CR), sklona je hidrolizi u vlažnom i vrućem okruženju, što gumu čini tvrdom ili usitnjenom.

(5) Starenje zračenja

Visokoenergetske zrake poput nuklearnog zračenja i rendgenskih zraka mogu uzrokovati lom ili umrežavanje gumenih molekularnih lanaca, mijenjajući tako njihovu tvrdoću. Na primjer, gumeni proizvodi u zrakoplovnoj i nuklearnoj industriji moraju se posebno razmotriti za formulacije zaštite od zračenja.

Formulacijski čimbenici

Različite komponente gumene formulacije imaju važan utjecaj na varijaciju tvrdoće:

Učinak punila

· Ugljiko crno visoko-strukturu ugljična crna (npr. N220, N330) može povećati tvrdoću, dok ugljična crna niska struktura (npr. N550, N660) ima manji utjecaj na tvrdoću.

· SIO₂ punilo ima snažan efekt pojačanja, što može dovesti do tvrde gume, posebno učinka umrežavanja silicij-hidroksilne skupine u vlažnim uvjetima.

· Anorganski punila poput kalcijevog karbonata, talka, gline itd. Previše će povećati krutost gume i povećati tvrdoću.

Učinak plastifikatora/omekšivača

· Plastifikatori isparivaju ili migriraju kao što su parafinsko ulje, naftenično ulje, DOP (ftalat diokrila) itd., Koji se nakon dugotrajne uporabe mogu migrirati ili ispariti, zbog čega guma izgubi mekoću i postane tvrda.

· Omekšivači degradiraju određene plastifikatore estera koji se raspadaju pod visokom temperaturom ili hidrolitnim uvjetima, otvrdnuvši gumu.

Učinci antioksidanata

· Tipovi antioksidanata kao što su TMQ, 6ppd itd. Mogu učinkovito odgoditi toplinsko i oksidacijsko starenje i spriječiti otvrdnjavanje gume.

· Antioksidantna potrošnja dugotrajna upotreba, antioksidans se postupno iscrpljuje, a brzina starenja ubrzava, povećavajući tvrdoću.

Utjecaj sustava umrežavanja

· Odabir sustava vulkanizacije

Sustav vulkanizacije peroksida teži je od sustava vulkanizacije sumpora;

Sustav vulkanizacije smole lako je uzrokovati stvrdnjavanje gume;

Upotreba vulkaniziranog sustava s visokom gustoćom umrežavanja ubrzat će očvršćivanje.

· Doziranje akceleratora

Previše akceleratora može dovesti do vulkanizacije, otvrdnjavanja gume;

Nedovoljan akcelerator dovest će do nedovoljne vulkanizacije i male tvrdoće, ali može biti i dalje umreženo i očvrsnut u kasnijoj fazi.

Okolišni čimbenici

· Temperatura utječe na staklenu temperaturu prijelaza (TG) gume u okruženju s niskim temperaturama, što rezultira tvrdim, pa čak i krhkim pucanjem materijala, poput povećanja krutosti NR i SBR-a na niskim temperaturama.

· Vlažnost utječe na hidrolizu ili umrežavanje određenih guma kao što su PU, CR, EVA itd. U vlažnom okruženju, tako da se tvrdoća povećava.

· Kemijski kontakt s kemikalijama kao što su kiseline, alkalije, ulja, otapala itd. Usmjerit će promjene u kemijskoj strukturi gume, povećavajući njegovu tvrdoću.

Tehnološki čimbenici

· Neravno miješanje punila i vulkanizirajućih sredstava može dovesti do neravnomjerne gustoće umrežavanja u lokalnim područjima, što se očituje kao nenormalna tvrdoća.

· Vremena vulkanizacije kontrola vremena vulkanizacije predugo može dovesti do prenapuhavanja, što povećava tvrdoću gume.

· Nepravilno skladištenje ekspozicije na visoke temperature, kisik i ozon dugo vremena može uzrokovati umrežavanje ili starenje gume, što rezultira krutošću.