7 razloga da vas obavijestimo o fenomenu starenja gumenih brtvi

Uobičajena je pojava da gumeni proizvodi dobiju tvrdoću nakon što su ostavljeni ili korišteni neko vrijeme, posebno kada su izloženi zraku ili izloženi vanjskim promjenama pritiska i temperature. Ovaj proces je uglavnom uzrokovan promjenama fizičkih i kemijskih svojstava gume, što se može pripisati sljedećim aspektima: oksidacija, pojačano umrežavanje, ograničeno kretanje segmenata, migracija aditiva i utjecaj okolišnih faktora. Zatim ću detaljno analizirati razloge sa ovih aspekata.

Reakcija oksidacije

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

- Lančana reakcija slobodnih radikala: Gumene zaptivke su sklone stvaranju slobodnih radikala pod dejstvom kiseonika, a slobodni radikali se kombinuju sa kiseonikom i formiraju peroksidne radikale, što zauzvrat dovodi do pucanja lanca i reakcija umrežavanja, što rezultira promenama u strukturi gume. Kako se umrežavanje povećava, kretanje molekularnih lanaca je ograničeno, a guma pokazuje veću tvrdoću.

- Efekat ozona: Ozon ima jači štetni učinak na gumene zaptivke, uzrokujući ne samo lomljenje lanca, već i proizvode oksidacije direktno u molekulima gume. Ovi proizvodi oksidacije povećavaju lomljivost gume, koja pokazuje veću tvrdoću.

Povećano umrežavanje

Unakrsno povezivanje se odnosi na formiranje mrežne strukture između molekula gume putem hemijskih veza, koje mogu poboljšati mehanička svojstva gume i učiniti je većom tvrdoćom. Gumeni proizvodi su obično umreženi tokom procesa proizvodnje kroz procese kao što je vulkanizacija, ali će se stepen umrežavanja dodatno povećati tokom upotrebe. To je uglavnom zbog sljedećih faktora:

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

- Termičko starenje: Rastuće temperature ubrzavaju kretanje molekula gume, povećavajući učestalost sudara između molekula i olakšavajući formiranje novih hemijskih veza. Termičko djelovanje ne samo da ubrzava reakciju oksidacije, već i potiče reakciju umrežavanja, što u konačnici dovodi do povećanja tvrdoće gume.

- Oksidativno umrežavanje: Kao što je ranije spomenuto, reakcije oksidacije također mogu dovesti do pojačanog umrežavanja molekula gume, posebno u prisustvu kisika i visokih temperatura, gdje je vjerojatnije da se formiraju umrežene veze između molekula gume.

Povećanje umrežavanja značajno povećava tvrdoću gume, jer umrežavanje ograničava kretanje molekula gume, čineći gumeni materijal manje fleksibilnim. Zato otkrivamo da gumeni proizvodi postaju tvrdi i lomljivi nakon perioda upotrebe.

Ograničeno kretanje segmenta

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

- Ograničenja unakrsnog povezivanja: Povećanje umrežavanja direktno ograničava slobodno kretanje molekularnih lanaca gume, a struktura umrežene gume je bliža čvrstoj strukturi, a stepen slobode segmenata lanca se smanjuje, povećavajući tvrdoću.

- Higroskopno i sušenje: 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 utiče na njegovu mekoću. Na primjer, kada se vlaga smanji, segmenti gumenog materijala su bliže poravnati, što se manifestira povećanjem tvrdoće.

- Smrzavanje: Na niskim temperaturama, kretanje molekularnih lanaca gume slabi, što se manifestuje kao stvrdnjavanje materijala. U nekim specijalnim primjenama, promjene temperature mogu stalno dovesti do promjena tvrdoće gume.

Migracija aditiva

Aditivi kao što su plastifikatori i antioksidansi često se dodaju tokom procesa proizvodnje gumenih proizvoda kako bi se poboljšale njihove performanse. Međutim, tokom upotrebe, ovi aditivi mogu postepeno migrirati ili ispariti, povećavajući tvrdoću gume.

- Migracija ili isparavanje plastifikatora: Uloga plastifikatora je da poboljšaju mekoću gume, čineći je elastičnijom. Međutim, plastifikatori mogu postepeno migrirati na površine ili ispariti u zrak tokom upotrebe, posebno na visokim temperaturama, gdje će ova migracija ili isparavanje biti brža. Kada se plastifikator smanji, fleksibilnost gume se smanjuje, što se manifestuje povećanjem tvrdoće.

- Potrošnja antioksidanata: Uloga antioksidansa je da inhibiraju proces starenja gume, ali antioksidansi će se postepeno razgraditi i nestati pod visokim temperaturama, svjetlom i drugim uvjetima. Kada se antioksidans iscrpi, sposobnost gume da se odupre starenju se smanjuje, a oksidacija i umrežavanje se intenziviraju, povećavajući tvrdoću.

Utjecaj faktora okoline

Na tvrdoću gume utiču i faktori okoline, uključujući temperaturu, vlažnost, svetlost, hemikalije, itd., koji mogu imati značajan uticaj na fizička i hemijska svojstva gume.

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

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

- Hemikalije: Gumene zaptivke mogu biti izložene hemikalijama kao što su ulja, kiseline i lužine tokom upotrebe, što može izazvati reakciju degradacije u gumi, uzrokujući promjenu njene tvrdoće. Na primjer, neki gumeni proizvodi će nabubriti pod djelovanjem ulja, što se očituje povećanom mekoćom; U kiselo-alkalnom okruženju, guma se može hemijski razgraditi ili očvrsnuti.

Kristalizacija

Neki gumeni materijali će kristalizirati pod dugotrajnim stajanjem ili niskim temperaturama, posebno prirodna guma i butadienska guma. Ova kristalizacija uzrokuje povećanje tvrdoće gumenog materijala, čineći ga krhkim i tvrđim.

- Kristalizacija uzrokovana stajanjem: Kada se gumena brtva ostavi da miruje, između molekularnih lanaca postepeno se formira uredna struktura i dolazi do djelomične kristalizacije, uzrokujući stvrdnjavanje materijala. To je posebno vidljivo kod prirodnog kaučuka, gdje gumeni proizvodi koji se dugo nisu koristili mogu stvrdnuti, pa čak i izgledati lomljivi.

- Kristalizacija na niskim temperaturama: Neki gumeni materijali kristaliziraju na niskim temperaturama, a molekularni lanci su uređeni na niskim temperaturama, povećavajući tvrdoću materijala. Ova kristalizacija se postepeno oporavlja kako temperatura raste, ali ako se ostavi na niskoj temperaturi duže vrijeme, fenomen kristalizacije može postati nepovratan.

Efekti umora

Guma će imati efekat zamora pod stalnim naprezanjem, a unutrašnja struktura će se postepeno pogoršavati, što će rezultirati promjenom tvrdoće. Efekat zamora uglavnom je posljedica lomljenja ili preuređivanja unutrašnjih molekularnih lanaca gumenog materijala pri višekratnom istezanju i kompresiji, što se manifestira povećanjem tvrdoće.

- Formiranje mikropukotina: Ponavljano naprezanje može stvoriti mikroskopske pukotine unutar gume, a širenje pukotina će utjecati na cjelokupnu strukturu materijala, uzrokujući da se postepeno stvrdne.

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

Postoji mnogo razloga za povećanje tvrdoće gumenih proizvoda nakon nekog vremena upotrebe, a glavni faktori su reakcije oksidacije, pojačano umrežavanje, ograničeno kretanje segmenata, migracija aditiva, faktori okoline, kristalizacija i efekti zamora. Kombinacija ovih faktora dovodi do promjene molekularne strukture gume, što ograničava kretanje molekularnih lanaca, što se u konačnici manifestira povećanjem tvrdoće. Da bi se usporilo ovo povećanje tvrdoće, gumenim proizvodima se mogu dodati efikasniji antioksidansi, antioksidansi, koji mogu biti izloženi visokim temperaturama, ultraljubičastim zracima i jakim oksidirajućim sredinama.