7 syytä kertoa sinulle kumitiivisteiden ikääntymisilmiöstä

On yleinen ilmiö, että kumituotteiden kovuus kohoaa sen jälkeen, kun niitä on jätetty tai käytetty jonkin aikaa, varsinkin kun ne ovat alttiina ilmalle tai ulkoisille paineille ja lämpötilan muutoksille. Tämä prosessi johtuu pääasiassa kumin fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien muutoksista, jotka voidaan johtua seuraavista seikoista: hapettuminen, lisääntynyt silloittuminen, rajoitettu segmenttien liike, lisäaineiden kulkeutuminen ja ympäristötekijöiden vaikutus. Seuraavaksi analysoin syitä yksityiskohtaisesti näistä näkökohdista.

Hapetusreaktio

Kumitiivisteet altistuvat hapettumisreaktioihin joutuessaan alttiiksi ilmalle, erityisesti happea ja otsonia sisältäville. Hapeutuminen on yksi tärkeimmistä kumin ikääntymisen syistä, jonka aikana kumin molekyylirakenne muuttuu, mikä lisää kovuutta. Hapettumisreaktioiden päämekanismit ovat seuraavat:

-Vapaiden radikaalien ketjureaktio: Kumitiivisteet ovat alttiita synnyttämään vapaita radikaaleja hapen vaikutuksesta, ja vapaat radikaalit yhdistyvät happeen muodostaen peroksidiradikaaleja, mikä puolestaan ​​​​johtaa ketjun katkeamiseen ja silloitusreaktioihin, mikä johtaa muutoksiin kumin rakenteessa. Kun silloittuminen lisääntyy, molekyyliketjujen liike on rajoitettua ja kumilla on korkeampi kovuus.

- Otsonin vaikutus: Otsonilla on voimakkaampi vaurioittava vaikutus kumitiivisteisiin, mikä aiheuttaa paitsi ketjun katkeamisen myös hapettumistuotteita suoraan kumimolekyyleihin. Nämä hapetustuotteet lisäävät kumin haurautta, jonka kovuus on korkeampi.

Lisääntynyt ristisilloitus

Silloituksella tarkoitetaan verkostorakenteen muodostumista kumimolekyylien välille kemiallisten sidosten kautta, mikä voi parantaa kumin mekaanisia ominaisuuksia ja tehdä siitä kovemman. Kumituotteet silloitetaan yleensä valmistusprosessin aikana prosesseilla, kuten vulkanoinnilla, mutta silloitusaste kasvaa edelleen käytön aikana. Tämä johtuu pääasiassa seuraavista tekijöistä:

- Valokuvatoiminta: UV-valo edistää vapaiden radikaalien muodostumista kumimolekyyleissä, mikä puolestaan ​​edistää kumimolekyylien välistä silloittamista. Pitkään auringonvalolle altistuneiden kumituotteiden kovuus kasvaa lisääntyneen silloittumisen vuoksi.

- Lämpö ikääntyminen: Lämpötilan nousu kiihdyttää kumimolekyylien liikettä, lisää molekyylien välisten törmäysten tiheyttä ja helpottaa uusien kemiallisten sidosten muodostumista. Lämpövaikutus paitsi kiihdyttää hapettumisreaktiota, myös edistää silloitusreaktiota, mikä lopulta johtaa kumin kovuuden kasvuun.

- Oksidatiivinen ristisilloitus: Kuten aiemmin mainittiin, hapetusreaktiot voivat myös johtaa kumimolekyylien lisääntyneeseen silloittumiseen, erityisesti hapen läsnäollessa ja korkeissa lämpötiloissa, jolloin kumimolekyylien välille muodostuu todennäköisemmin silloittavia sidoksia.

Silloittumisen lisääntyminen lisää merkittävästi kumin kovuutta, koska silloitus rajoittaa kumimolekyylien liikettä, mikä tekee kumimateriaalista vähemmän joustavaa. Tästä syystä huomaamme, että kumituotteista tulee kovia ja hauraita käytön jälkeen.

Rajoitettu segmentin liike

Kumimateriaalien pehmeys johtuu pääasiassa sen molekyyliketjujen vapaasta liikkeestä, mutta tietyn käyttöjakson jälkeen segmentin liike voi olla rajoitettua seuraavista syistä:

- Ristiinsidonnan rajoitukset: Silloittumisen lisääntyminen rajoittaa suoraan kumin molekyyliketjujen vapaata liikkuvuutta, ja silloitettu kumirakenne on lähempänä kiinteää rakennetta ja ketjusegmenttien vapausaste pienenee, mikä lisää kovuutta.

- Hygroskooppinen ja kuivuva: Jotkut kumimateriaalit voivat imeä kosteutta kosteassa ympäristössä ja menettää sitä kuivassa ympäristössä. Kosteuden muutos aiheuttaa muutoksen ketjusegmenttien liikkeessä kumimateriaalin sisällä, mikä vaikuttaa sen pehmeyteen. Esimerkiksi kun kosteus vähenee, kumimateriaalin segmentit ovat tiiviimmin kohdakkain, mikä ilmenee kovuuden lisääntymisenä.

- Jäätyminen: Alhaisissa lämpötiloissa kumin molekyyliketjujen liike heikkenee, mikä ilmenee materiaalin kovettumisena. Joissakin erikoissovelluksissa lämpötilan muutokset voivat toistuvasti johtaa muutoksiin kumin kovuudessa.

Lisäaineiden siirtyminen

Lisäaineita, kuten pehmittimiä ja antioksidantteja, lisätään usein kumituotteiden valmistusprosessin aikana niiden suorituskyvyn parantamiseksi. Käytön aikana nämä lisäaineet voivat kuitenkin vähitellen siirtyä tai haihtua, mikä lisää kumin kovuutta.

- Pehmittimien siirtyminen tai haihtuminen: Pehmittimien tehtävänä on parantaa kumin pehmeyttä ja tehdä siitä joustavampaa. Pehmittimet voivat kuitenkin vähitellen siirtyä pinnoille tai haihtua ilmaan käytön aikana, erityisesti korkeissa lämpötiloissa, jolloin tämä kulkeutuminen tai haihtuminen on nopeampaa. Kun pehmitintä vähennetään, kumin joustavuus heikkenee, mikä ilmenee kovuuden lisääntymisenä.

- Antioksidanttien kulutus: Antioksidanttien tehtävänä on estää kumin ikääntymistä, mutta antioksidantit hajoavat vähitellen ja epäonnistuvat korkeissa lämpötiloissa, valossa ja muissa olosuhteissa. Kun antioksidantti on loppunut, kumin kyky vastustaa ikääntymistä heikkenee ja hapettuminen ja silloittuminen voimistuvat, mikä lisää kovuutta.

Ympäristötekijöiden vaikutus

Kumin kovuuteen vaikuttavat myös ympäristötekijät, kuten lämpötila, kosteus, valo, kemikaalit jne., joilla voi olla merkittävä vaikutus kumin fysikaalisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin.

- Lämpötila: Korkeat lämpötilat kiihdyttävät kumitiivisteiden hapettumista ja silloittumista, kun taas alhaiset lämpötilat hidastavat kumin molekyyliketjujen liikettä tehden kumista jäykempää. Varsinaisessa käyttöprosessissa kumituotteet altistuvat usein suurelle lämpötilanmuutosympäristölle, mikä vaikuttaa kumin kovuuteen.

- Kosteus: Kosteus voi vaikuttaa kumitiivisteiden pehmeyteen, erityisesti joidenkin hydrofiilisempien kumimateriaalien pehmeyteen, jotka imevät kosteutta kosteassa ympäristössä ja menettävät kosteutta kuivassa ympäristössä. Tämä kosteuden muutos vaikuttaa kumin kovuuteen.

- Kemikaalit: Kumitiivisteet voivat altistua kemikaaleille, kuten öljyille, hapoille ja emäksille käytön aikana, mikä voi laukaista kumissa hajoamisreaktion, jolloin sen kovuus muuttuu. Esimerkiksi jotkut kumituotteet turpoavat öljyn vaikutuksesta, mikä ilmenee lisääntyneenä pehmeydenä; Happo-emäksisessä ympäristössä kumi voi hajota tai kovettua kemiallisesti.

Kiteytys

Jotkut kumimateriaalit, erityisesti luonnonkumi ja butadieenikumi, kiteytyvät pitkäaikaisessa seisoessa tai matalissa lämpötiloissa. Tämä kiteytys lisää kumimateriaalin kovuutta, mikä tekee hauraammaksi ja kovemmaksi.

- Seisomisen aiheuttama kiteytyminen: Kun kumitiiviste jätetään pysähdyksiin, molekyyliketjujen väliin muodostuu vähitellen säännöllinen rakenne ja tapahtuu osittainen kiteytyminen, mikä saa materiaalin kovettua. Tämä näkyy erityisesti luonnonkumissa, jossa pitkään käyttämättömät kumituotteet voivat kovettua ja jopa näyttää haurailta.

- Matalan lämpötilan kiteytyminen: Jotkut kumimateriaalit kiteytyvät alhaisissa lämpötiloissa, ja molekyyliketjut ovat järjestäytyneet paremmin matalissa lämpötiloissa, mikä lisää materiaalin kovuutta. Tämä kiteytyminen palautuu vähitellen lämpötilan noustessa, mutta jos se jätetään matalaan lämpötilaan pitkäksi aikaa, kiteytysilmiö voi muuttua peruuttamattomaksi.

Väsymysvaikutukset

Toistuvassa rasituksessa kumilla on väsymysvaikutus ja sisäinen rakenne heikkenee vähitellen, jolloin kovuus muuttuu. Väsymisvaikutus johtuu pääasiassa kumimateriaalin sisäisten molekyyliketjujen katkeamisesta tai uudelleenjärjestelystä toistuvassa venyttelyssä ja puristuksessa, mikä ilmenee kovuuden lisääntymisenä.

- Mikrohalkeamien muodostuminen: Toistuva jännitys voi aiheuttaa mikroskooppisia halkeamia kumin sisään, ja halkeamien leviäminen vaikuttaa materiaalin yleisrakenteeseen, jolloin se kovettuu vähitellen.

- Stressin aiheuttama ristisilloitus: Stressin alaisena kumimolekyylien välillä tapahtuu kemiallinen reaktio, joka luo uusia silloituspisteitä, mikä lisää materiaalin kovuutta.

Kumituotteiden kovuuden lisääntymiseen jonkin ajan kuluttua on monia syitä, tärkeimpiä tekijöitä ovat hapetusreaktiot, lisääntynyt silloittuminen, segmenttien rajoitettu liike, lisäaineiden kulkeutuminen, ympäristötekijät, kiteytys ja väsymisvaikutukset. Näiden tekijöiden yhdistelmä johtaa kumin molekyylirakenteen muutokseen, mikä rajoittaa molekyyliketjujen liikettä, mikä lopulta ilmenee kovuuden lisääntymisenä. Tämän kovuuden kasvun hidastamiseksi kumituotteisiin voidaan lisätä tehokkaampia antioksidantteja, antioksidantteja ja ne voidaan altistaa korkeille lämpötiloille, ultraviolettisäteille ja voimakkaalle hapettavalle ympäristölle.