7 skäl att berätta om åldringsfenomenet med gummitätningar
Det är ett vanligt fenomen att gummiprodukter ökar i hårdhet efter att ha lämnats eller använts under en tid, särskilt när de utsätts för luft eller utsätts för yttre tryck- och temperaturförändringar. Denna process beror främst på förändringar i gummits fysikaliska och kemiska egenskaper, vilket kan hänföras till följande aspekter: oxidation, ökad tvärbindning, begränsad segmentrörelse, migration av tillsatser och påverkan av miljöfaktorer. Därefter kommer jag att analysera skälen i detalj utifrån dessa aspekter.
Oxidationsreaktion
Gummitätningar utsätts för oxidationsreaktioner när de utsätts för luft, särskilt de som innehåller syre och ozon. Oxidation är en av huvudorsakerna till gummiåldring, då gummits molekylära struktur förändras, vilket ökar hårdheten. Huvudmekanismerna för oxidationsreaktioner inkluderar följande:
- Fri radikal kedjereaktion: Gummitätningar är benägna att generera fria radikaler under inverkan av syre, och fria radikaler kombineras med syre för att bilda peroxidradikaler, vilket i sin tur leder till kedjebrott och tvärbindningsreaktioner, vilket resulterar i förändringar i gummistrukturen. När tvärbindningen ökar begränsas molekylkedjornas rörelse, och gummit uppvisar högre hårdhet.
- Effekten av ozon: Ozon har en starkare skadlig effekt på gummitätningar och orsakar inte bara kedjebrott utan även oxidationsprodukter direkt i gummimolekylerna. Dessa oxidationsprodukter ökar gummits sprödhet, vilket uppvisar en högre hårdhet.
Ökad tvärbindning
Tvärbindning hänvisar till bildandet av en nätverksstruktur mellan gummimolekyler genom kemiska bindningar, vilket kan förbättra de mekaniska egenskaperna hos gummi och göra det har högre hårdhet. Gummiprodukter tvärbinds vanligtvis under tillverkningsprocessen genom processer som vulkanisering, men graden av tvärbindning kommer att öka ytterligare under användning. Detta beror främst på följande faktorer:
- Fotoaction: UV-ljus främjar bildandet av fria radikaler i gummimolekyler, vilket i sin tur främjar tvärbindning mellan gummimolekyler. Gummiprodukter som har utsatts för solljus under lång tid kommer att få ökad hårdhet på grund av ökad tvärbindning.
- Termisk åldring: Stigande temperaturer påskyndar rörelsen av gummimolekyler, ökar frekvensen av kollisioner mellan molekyler och gör det lättare att bilda nya kemiska bindningar. Termisk verkan accelererar inte bara oxidationsreaktionen utan främjar också tvärbindningsreaktionen, vilket i slutändan leder till en ökning av gummits hårdhet.
- Oxidativ tvärbindning: Som nämnts tidigare kan oxidationsreaktioner också leda till ökad tvärbindning av gummimolekyler, särskilt i närvaro av syre och höga temperaturer, där tvärbindningsbindningar är mer benägna att bildas mellan gummimolekyler.
Ökningen av tvärbindning ökar gummits hårdhet avsevärt, eftersom tvärbindning begränsar rörelsen av gummimolekyler, vilket gör gummimaterialet mindre flexibelt. Det är därför vi upplever att gummiprodukter blir hårda och spröda efter en tids användning.
Begränsad segmentrörelse
Mjukheten hos gummimaterial härrör huvudsakligen från den fria rörelsen av dess molekylkedjor, men efter en tids användning kan denna segmentrörelse begränsas av följande skäl:
- Tvärbindande begränsningar: Ökningen av tvärbindning begränsar direkt den fria rörelsen av gummimolekylkedjorna, och den tvärbundna gummistrukturen är närmare en fast struktur, och kedjesegmentens frihetsgrad minskar, vilket resulterar i en ökning av hårdheten.
- Hygroskopisk och torkande: Vissa gummimaterial kan absorbera fukt i en fuktig miljö och förlora den i en torr miljö. Fuktförändringen orsakar en förändring av kedjesegmentens rörelse inuti gummimaterialet, vilket påverkar dess mjukhet. Till exempel, när fukten minskar, är segmenten av gummimaterialet mer inriktade, vilket visar sig som en ökning av hårdheten.
- Fryser: Vid låga temperaturer försvagas gummimolekylkedjornas rörelse, vilket visar sig som en härdning av materialet. I vissa speciella tillämpningar kan temperaturförändringar upprepade gånger leda till förändringar i gummihårdheten.
Migration av tillsatser
Tillsatser som mjukgörare och antioxidanter tillsätts ofta under tillverkningsprocessen av gummiprodukter för att förbättra deras prestanda. Men under användning kan dessa tillsatser gradvis migrera eller avdunsta, vilket ökar gummits hårdhet.
- Migration eller förångning av mjukgörare: Mjukgörarens roll är att förbättra gummits mjukhet, vilket gör det mer elastiskt. Mjukgörare kan dock gradvis migrera till ytor eller förångas i luften under användning, särskilt vid höga temperaturer, där denna migration eller avdunstning kommer att gå snabbare. När mjukningsmedlet reduceras minskar gummits flexibilitet, vilket visar sig som en ökning av hårdheten.
- Konsumtion av antioxidanter: Antioxidanternas roll är att hämma åldrandet av gummi, men antioxidanter kommer gradvis att sönderdelas och misslyckas under höga temperaturer, ljus och andra förhållanden. När antioxidanten är utarmad minskar gummits förmåga att motstå åldrande, och oxidation och tvärbindning intensifieras, vilket ökar hårdheten.
Påverkan av miljöfaktorer
Gummits hårdhet påverkas också av miljöfaktorer, inklusive temperatur, luftfuktighet, ljus, kemikalier etc., vilket kan ha en betydande inverkan på gummis fysikaliska och kemiska egenskaper.
- Temperatur: Höga temperaturer påskyndar oxidationen och tvärbindningen av gummitätningar, medan låga temperaturer bromsar rörelsen hos gummimolekylkedjorna, vilket gör gummit styvare. I själva användningsprocessen utsätts gummiprodukter ofta för en stor temperaturförändringsmiljö, vilket kommer att påverka gummits hårdhet.
- Fuktighet: Fuktighet kan påverka mjukheten hos gummitätningar, särskilt vissa mer hydrofila gummimaterial som absorberar fukt i en fuktig miljö och förlorar fukt i en torr miljö. Denna fuktförändring påverkar gummits hårdhet.
- Kemikalier: Gummitätningar kan utsättas för kemikalier som oljor, syror och alkalier under användning, vilket kan utlösa en nedbrytningsreaktion i gummit, vilket gör att dess hårdhet ändras. Till exempel kommer vissa gummiprodukter att svälla under inverkan av olja, vilket manifesteras av ökad mjukhet; I sura-alkaliska miljöer kan gummi brytas kemiskt ned eller härdas.
Kristallisation
Vissa gummimaterial kommer att kristallisera under långvarig stående eller låga temperaturer, särskilt naturgummi och butadiengummi. Denna kristallisation gör att hårdheten hos gummimaterialet ökar, vilket gör det sprödare och hårdare.
- Kristallisering orsakad av stående: När en gummitätning lämnas stilla bildas gradvis en ordnad struktur mellan molekylkedjorna, och partiell kristallisering sker, vilket gör att materialet hårdnar. Detta är särskilt tydligt i naturgummi, där gummiprodukter som inte har använts på länge kan stelna och till och med se spröda ut.
- Lågtemperaturkristallisation: Vissa gummimaterial kristalliserar vid låga temperaturer, och molekylkedjorna är ordnade på ett mer ordnat sätt vid låga temperaturer, vilket ökar materialets hårdhet. Denna kristallisation återhämtar sig gradvis när temperaturen ökar, men om den lämnas vid en låg temperatur under lång tid kan kristallisationsfenomenet bli irreversibelt.
Trötthetseffekter
Gummi kommer att ha en utmattningseffekt vid upprepad påfrestning, och den inre strukturen kommer gradvis att försämras, vilket resulterar i en förändring i hårdheten. Utmattningseffekten beror främst på att gummimaterialets inre molekylkedjor bryts eller omarrangeras vid upprepad sträckning och kompression, vilket manifesteras som en ökning av hårdheten.
- Mikrosprickbildning: Upprepad påfrestning kan skapa mikroskopiska sprickor inuti gummit, och spridningen av sprickorna kommer att påverka materialets övergripande struktur, vilket gör att det härdar gradvis.
- Stressinducerad tvärbindning: Under stress sker en kemisk reaktion mellan gummimolekyler, vilket skapar nya tvärbindningspunkter, vilket resulterar i en ökning av materialets hårdhet.
Det finns många anledningar till den ökade hårdheten hos gummiprodukter efter en tid av användning, de viktigaste faktorerna inkluderar oxidationsreaktioner, ökad tvärbindning, begränsad segmentrörelse, migration av tillsatser, miljöfaktorer, kristallisering och utmattningseffekter. Kombinationen av dessa faktorer leder till en förändring av gummits molekylära struktur, vilket begränsar molekylkedjornas rörelse, vilket i slutändan visar sig som en ökning av hårdheten. För att bromsa denna ökning av hårdhet, kan effektivare antioxidanter, antioxidanter tillsättas gummiprodukter, och de kan utsättas för höga temperaturer, ultravioletta strålar och starkt oxiderande miljöer.