7 разлога да вас обавестимо о феномену старења гумених заптивки

Уобичајена је појава да гумени производи добију тврдоћу након што су остављени или коришћени неко време, посебно када су изложени ваздуху или подвргнути спољним променама притиска и температуре. Овај процес је углавном последица промена у физичким и хемијским својствима гуме, што се може приписати следећим аспектима: оксидација, повећано умрежавање, ограничено кретање сегмената, миграција адитива и утицај фактора средине. Затим ћу детаљно анализирати разлоге са ових аспеката.

Реакција оксидације

Гумене заптивке су подложне реакцијама оксидације када су изложене ваздуху, посебно оне које садрже кисеоник и озон. Оксидација је један од главних узрока старења гуме, током којег се мења молекуларна структура гуме, повећавајући тврдоћу. Главни механизми оксидационих реакција укључују следеће:

- Ланчана реакција слободних радикала: Гумене заптивке су склоне стварању слободних радикала под дејством кисеоника, а слободни радикали се комбинују са кисеоником и формирају пероксидне радикале, што заузврат доводи до кидања ланца и реакција умрежавања, што доводи до промена у структури гуме. Како се умрежавање повећава, кретање молекуларних ланаца је ограничено, а гума показује већу тврдоћу.

- Ефекат озона: Озон има јаче штетно дејство на гумене заптивке, узрокујући не само ломљење ланца, већ и производе оксидације директно у молекулима гуме. Ови производи оксидације повећавају ломљивост гуме, која показује већу тврдоћу.

Повећано унакрсно повезивање

Унакрсно повезивање се односи на формирање мрежне структуре између молекула гуме путем хемијских веза, које могу побољшати механичка својства гуме и учинити је већом тврдоћом. Гумени производи су обично умрежени током процеса производње кроз процесе као што је вулканизација, али ће се степен умрежавања додатно повећати током употребе. Ово је углавном због следећих фактора:

- Фотоакција: УВ светло подстиче стварање слободних радикала у молекулима гуме, који заузврат промовишу умрежавање између молекула гуме. Гумени производи који су дуго били изложени сунчевој светлости имаће повећану тврдоћу због повећаног умрежавања.

- Термичко старење: Растуће температуре убрзавају кретање молекула гуме, повећавајући учесталост судара између молекула и олакшавајући формирање нових хемијских веза. Термичко дејство не само да убрзава реакцију оксидације, већ и промовише реакцију унакрсног повезивања, што на крају доводи до повећања тврдоће гуме.

- Оксидативно умрежавање: Као што је раније поменуто, реакције оксидације такође могу довести до повећаног умрежавања молекула гуме, посебно у присуству кисеоника и високих температура, где је већа вероватноћа да се унакрсне везе формирају између молекула гуме.

Повећање умрежавања значајно повећава тврдоћу гуме, јер умрежавање ограничава кретање молекула гуме, чинећи гумени материјал мање флексибилним. Због тога сматрамо да гумени производи постају тврди и ломљиви након периода употребе.

Ограничено кретање сегмента

Мекоћа гумених материјала углавном произилази из слободног кретања његових молекуларних ланаца, али након периода употребе, кретање овог сегмента може бити ограничено из следећих разлога:

- Ограничења унакрсног повезивања: Повећање умрежавања директно ограничава слободно кретање молекулских ланаца гуме, а структура умрежене гуме је ближа чврстој структури, а степен слободе сегмената ланца се смањује, што резултира повећањем тврдоће.

- Хигроскопност и сушење: Неки гумени материјали могу апсорбовати влагу у влажном окружењу и изгубити је у сувом окружењу. Промена влаге изазива промену кретања сегмената ланца унутар гуменог материјала, што утиче на његову мекоћу. На пример, када се влага смањи, сегменти гуменог материјала су ближе поравнати, што се манифестује повећањем тврдоће.

- Смрзавање: На ниским температурама слаби кретање молекулских ланаца гуме, што се манифестује очвршћавањем материјала. У неким специјалним применама, промене температуре могу више пута довести до промене тврдоће гуме.

Миграција адитива

Адитиви као што су пластификатори и антиоксиданси се често додају током процеса производње гумених производа како би се побољшале њихове перформансе. Међутим, током употребе, ови адитиви могу постепено да мигрирају или испаре, повећавајући тврдоћу гуме.

- Миграција или испаравање пластификатора: Улога пластификатора је да побољшају мекоћу гуме, чинећи је еластичнијом. Међутим, пластификатори могу постепено мигрирати на површине или испарити у ваздух током употребе, посебно на високим температурама, где ће ова миграција или испаравање бити бржа. Када се пластификатор смањи, флексибилност гуме се смањује, што се манифестује повећањем тврдоће.

- Потрошња антиоксиданата: Улога антиоксиданата је да инхибирају процес старења гуме, али антиоксиданси ће се постепено разградити и пропасти под високим температурама, светлошћу и другим условима. Када се антиоксиданс исцрпи, способност гуме да се одупре старењу се смањује, а оксидација и умрежавање се интензивирају, повећавајући тврдоћу.

Утицај фактора средине

На тврдоћу гуме утичу и фактори околине, укључујући температуру, влажност, светлост, хемикалије итд., који могу имати значајан утицај на физичка и хемијска својства гуме.

- Температура: Високе температуре убрзавају оксидацију и умрежавање гумених заптивки, док ниске температуре успоравају кретање молекуларних ланаца гуме, чинећи гуму чвршћом. У стварном процесу употребе, гумени производи су често изложени великим променама температуре у окружењу, што ће утицати на тврдоћу гуме.

- Влажност: Влажност може утицати на мекоћу гумених заптивки, посебно неких хидрофилнијих гумених материјала који ће апсорбовати влагу у влажном окружењу и изгубити влагу у сувом окружењу. Ова промена влаге утиче на тврдоћу гуме.

- Хемикалије: Гумене заптивке могу бити изложене хемикалијама као што су уља, киселине и алкалије током употребе, што може изазвати реакцију деградације у гуми, узрокујући промену њене тврдоће. На пример, неки гумени производи ће набубрити под дејством уља, што се манифестује повећаном мекоћом; У кисело-алкалном окружењу, гума се може хемијски разградити или очврснути.

Кристализација

Неки гумени материјали ће кристалисати под дуготрајним стајањем или ниским температурама, посебно природна гума и бутадиенска гума. Ова кристализација узрокује повећање тврдоће гуменог материјала, чинећи га крхким и тврђим.

- Кристализација изазвана стајањем: Када се гумена заптивка остави да мирује, између молекулских ланаца постепено се формира уредна структура и долази до делимичне кристализације, што доводи до стврдњавања материјала. Ово је посебно евидентно код природног каучука, где гумени производи који се дуго нису користили могу да стврдну и чак изгледају крхки.

- Кристализација на ниским температурама: Неки гумени материјали кристалишу на ниским температурама, а молекуларни ланци су распоређени на уређенији начин на ниским температурама, повећавајући тврдоћу материјала. Ова кристализација се постепено опоравља како температура расте, али ако се остави на ниској температури дуже време, феномен кристализације може постати неповратан.

Ефекти умора

Гума ће имати ефекат замора под сталним стресом, а унутрашња структура ће се постепено погоршавати, што ће резултирати променом тврдоће. Ефекат замора је углавном због ломљења или преуређења унутрашњих молекуларних ланаца гуменог материјала при поновљеном истезању и компресији, што се манифестује повећањем тврдоће.

- Формирање микропукотина: Понављано напрезање може створити микроскопске пукотине унутар гуме, а ширење пукотина ће утицати на укупну структуру материјала, узрокујући да се постепено стврдне.

- Унакрсно повезивање изазвано стресом: Под стресом долази до хемијске реакције између молекула гуме, стварајући нове тачке умрежавања, што резултира повећањем тврдоће материјала.

Постоји много разлога за повећање тврдоће гумених производа након неког времена употребе, главни фактори су реакције оксидације, повећано умрежавање, ограничено кретање сегмената, миграција адитива, фактори животне средине, кристализација и ефекти замора. Комбинација ових фактора доводи до промене молекуларне структуре гуме, што ограничава кретање молекуларних ланаца, што се на крају манифестује повећањем тврдоће. Да би се успорило ово повећање тврдоће, гуменим производима се могу додати ефикаснији антиоксиданси, антиоксиданти, који могу бити изложени високим температурама, ултраљубичастим зрацима и јаким оксидирајућим срединама.