Какво причинява втвърдени гумени уплътнения?
Като полимерен еластичен материал, каучукът може да се втвърди по време на употребата си, което води до намаляване на производителността и влияе върху експлоатационния живот на продукта. Има много причини, поради които гумените уплътнения се втвърдяват, включително физически, химически, екологични и технологични фактори. Следното ще бъде задълбочен анализ на много аспекти като промени в структурата на кръстосаното свързване, механизмите за стареене, влиянията на формулата, факторите на околната среда и технологията за обработка.
Механизмът на втвърдяване на гумени уплътнения
Основните причини за увеличаването на твърдостта на гумените уплътнения включват главно:
1. Повишена степен на омрежване-Вулканизацията продължава и плътността на омрежването се увеличава, което ограничава движението на сегмента на гумената верига и втвърдява материала.
2. Загуба на пластичност - Миграцията или изпарението на нискомолекулярните вещества като пластификатори и омекотители кара гумата да загуби своята гъвкавост.
3. Разграждане на молекулярната верига - Основната верига от гумени молекули се нарушава, което води до увреждане на еластичната мрежова структура, която се проявява като промяна в твърдостта.
4. Агрегация на пълнене или разделяне на фазата - пълнители (напр. Въглеродно черно, силициев диоксид) се агрегират или се утаяват в гумената матрица, увеличавайки локалната твърдост.
Основният влияещ фактор на засилването на гумените уплътнения
Промени в структурата на кръстосаното свързване
Степента на омрежване на каучук на вулканизация има значително влияние върху неговата твърдост:
· Превишаване: Времето или температурата на вулканизация е твърде високо, което води до плътност на омрежване, надвишаваща оптималната стойност, което води до твърда, чуплива и губи гъвкавостта си.
· Вторична вулканизация (след течение) в среда с висока температура, каучукът продължава да претърпява реакции на кръстосано свързване, за да увеличи твърдостта, като някои силиконови каучук и флуорна каучук ще покаже явление при втвърдяване при дългосрочни високи температури.
· Прекомерно вулканизиращо средство в вулканизиращата система, прекомерните вулканизиращи агенти (като сяра, пероксид и смола) ще образуват твърде много омрежени връзки, което води до твърда каучук.
· Вулканизационните системи (като моносулфидни връзки, дисулфидни връзки и полисулфидни връзки) с различни видове омрежени връзки имат различни ефекти върху твърдостта на каучука, а дисулфидните връзки и моносулфидните връзки са по-трудни от полисулфидните връзки.
Механизъм за стареене
Стареенето е една от основните причини за втвърдяване на гумени уплътнения, а общите фактори за стареене включват:
(1) Термооксидативно стареене
· Високата температура ще насърчи реакцията на окисляване между кислород и гумени молекули, което ще доведе до разрушаване или увеличаване на плътността на омрежването, което води до твърдостта на гуменото уплътнение.
· Типични термооксидативни реакции на стареене: R-H + O2 → R-O-O-H (пероксид) RH + O _2 → Rooh (пероксид) пероксид допълнително разлага, което насърчава окислителното свързване и втвърдява гуменото уплътнение.
(2) Озоново стареене
· Озонът може да счупи ненаситените двойни връзки на каучук, причинявайки нея да образува окислителни кръстосани връзки и да подобри твърдостта. Например, каучук с двойни връзки, като NR, SBR, BR и т.н., е податлива на озон.
(3) Ултравиолетово стареене
UV радиация задейства реакция на свободна радикала, която ускорява окислителното кръстосано свързване и втвърдява гумените уплътнения. По -специално, гумените продукти, използвани на открито, като уплътнения и гуми, ще станат твърди и чупливи, когато се излагат на слънчева светлина за дълго време.
(4) Хидролитично стареене
· Гума, съдържаща естерна група (-coo-) или амидна група (-conh-), като полиуретанова гума (PU) и неопренов каучук (CR), е предразположена към хидролиза във влажна и гореща среда, което прави гумата твърда или пулверирана.
(5) Стареене на радиация
Високоенергийните лъчи като ядрена радиация и рентгенови лъчи могат да причинят счупване или омрежване на гумени молекулярни вериги, като по този начин променят твърдостта им. Например, гумените продукти в аерокосмическата и ядрената промишленост трябва да бъдат специално разгледани за формулировки за радиационна защита.
Фактори за формулиране
Различните компоненти на каучуковия състав оказват важно влияние върху изменението на твърдостта:
Ефект на пълнителите
· Въглеродно черно въглеродно черно (напр. N220, N330) може да увеличи твърдостта, докато въглеродното черно с ниска структура (напр. N550, N660) има по-малък ефект върху твърдостта.
· Sio₂ пълнителят има силен усилващ ефект, което може да доведе до твърд каучук, особено на кръстосаното свързване на ефекта на силициевата хидроксилна група при мокри условия.
· Неорганичните пълнители като калциев карбонат, талк, глина и т.н., твърде много ще увеличи твърдостта на каучука и ще увеличи твърдостта.
Ефект на пластификаторите/омекотите
· Пластификаторите се изпаряват или мигрират като парафиново масло, нафтеново масло, DOP (диоктил фталат) и др., Които могат да мигрират или изпаряват след дългосрочна употреба, което води до загуба на мекотата си и да стане твърда.
· Омекотите разграждат някои пластификатори на естер, които се разлагат при висока температура или хидролитични условия, втвърдяване на каучук.
Ефекти на антиоксиданти
· Типовете антиоксиданти като TMQ, 6PPD и др. Могат ефективно да забавят термичното и окислителното стареене и да предотвратят втвърдяването на каучука.
· Консумация на антиоксиданти, използвайки дългосрочна употреба, антиоксидантът постепенно се изчерпва и скоростта на стареене се ускорява, увеличавайки твърдостта.
Въздействието на системата за свързване на кръстосаното свързване
· Избор на система за вулканизация
Системата за вулканизация на пероксид е по -трудна от системата за сярна вулканизация;
Системата за вулканизация на смолата е лесна за причиняване на каучука;
Използването на вулканизирана система с висока плътност на омрежване ще ускори втвърдяването.
· Дозировка на ускорителя
Твърде много ускорител може да доведе до вулканизация, втвърдяване на каучука;
Недостатъчният ускорител ще доведе до недостатъчна вулканизация и ниска твърдост, но може да продължи да бъде омрежен и втвърден в по-късния етап.
Фактори на околната среда
· Температурата влияе върху температурата на прехода на стъклото (TG) на каучук в среда с ниска температура, което води до твърдо и дори крехко напукване на материали, като увеличаване на твърдостта на NR и SBR при ниски температури.
· Влажността засяга хидролизата или омрежването на определени гуми като PU, CR, EVA и др. Във влажна среда, така че твърдостта се увеличава.
· Химическият контакт с химикали като киселини, алкали, масла, разтворители и др., Ще доведе до промени в химическата структура на каучука, увеличавайки неговата твърдост.
Технологични фактори
· Неравномерното смесване на пълнители и вулканизиращите агенти може да доведе до неравномерна плътност на омрежване в местните райони, която се проявява като анормална твърдост.
· Времето за контрол на вулканизацията Времето на вулканизация твърде дълго може да доведе до свръхулканизация, което увеличава твърдостта на гумата.
· Неправилното съхранение на експозиция до високи температури, кислород и озон за дълго време може да причини омрежване или стареене на каучука, което води до твърдост.