1. LITERÁRNY PREHĽAD.
1.1. ÚVOD
1.2. STARNUTIE GUMY.
1.2.1. Typy starnutia.
1.2.2. Tepelné starnutie.
1.2.3. Ozónové starnutie.
1.3. ANTI-STARNUTIE A ANTIOZONANTY.
1.4. POLYVINYL CHLORID.
1.4.1. PVC plastizoly.
2. VOĽBA SMERU VÝSKUMU.
3. TECHNICKÉ PODMIENKY PRE PRODUKT.
3.1. TECHNICKÉ POŽIADAVKY.
3.2. BEZPEČNOSTNÉ POŽIADAVKY.
3.3. SKÚŠOBNÉ METÓDY.
3.4. ZÁRUKA VÝROBCU.
4. EXPERIMENTÁLNA
5. VÝSLEDKY A DISKUSIA.
ZÁVERY.
ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY:
Anotácia.
Antioxidanty používané vo forme vysokomolekulárnych pást sú široko používané v domácom i zahraničnom priemysle na výrobu pneumatík a gumárenského tovaru.
V tejto práci študujeme možnosť získania pasty proti starnutiu založenej na kombináciách dvoch činidiel proti starnutiu, diafénu FP a diafénu FF, s polyvinylchloridom ako disperzným médiom.
Zmenou obsahu PVC a antioxidantov je možné získať pasty vhodné na ochranu gumy pred tepelno-oxidačným a ozónovým starnutím.
Práca sa vykonáva na stránkach.
Bolo použitých 20 literárnych zdrojov.
V práci je 6 tabuliek.
Úvod.
Najpoužívanejšie v priemysle Fatherland boli dva antioxidanty diafen FP a acetanyl R.
Malý sortiment, ktorý predstavujú dva antioxidanty, sa vysvetľuje viacerými dôvodmi. Výroba niektorých antioxidantov prestala existovať, napríklad neozón D, zatiaľ čo iné nespĺňajú moderné požiadavky aplikovaný na ne napríklad diafen FF, vybledne na povrchu kaučukových zmesí.
Kvôli nedostatku domácich antioxidantov a vysokým nákladom zahraničné analógy V predloženej práci študujeme možnosť využitia zloženia antioxidantov diafénu FP a diafénu FF vo forme vysoko koncentrovanej pasty, ktorej disperzným médiom je PVC.
1. Literárna revue.
1.1. Úvod.
Ochrana gumy pred tepelným a ozónovým starnutím je hlavným cieľom tejto práce. Ako zložky, ktoré chránia gumu pred starnutím, sa používa kompozícia diafénu FP s diafénom FF a polyvinyl poridu (disperzné médium). Výrobný proces pasty proti starnutiu je popísaný v experimentálnej časti.
Pasta proti starnutiu sa používa v gumách na báze izoprénového kaučuku SKI-3. Gumy na báze tejto gumy sú odolné voči pôsobeniu vody, acetónu, etylalkoholu a nie sú odolné voči pôsobeniu benzínu, minerálnych a živočíšnych olejov a pod.
Pri skladovaní gumy a prevádzke gumené výrobky dochádza k nevyhnutnému procesu starnutia, ktorý vedie k zhoršeniu ich vlastností. Na zlepšenie vlastností kaučukov sa používa diafen FF v kombinácii s diafenom FP a polyvinylchloridom, čo tiež umožňuje do určitej miery vyriešiť problém blednutia gumy.
1.2. Starnutie gumy.
Pri skladovaní kaučukov, ako aj pri skladovaní a prevádzke gumárenských výrobkov dochádza k nevyhnutnému procesu starnutia, ktorý vedie k zhoršeniu ich vlastností. V dôsledku starnutia sa znižuje pevnosť v ťahu, elasticita a relatívne predĺženie, zvyšujú sa hysterézne straty a tvrdosť, znižuje sa oteruvzdornosť, mení sa plasticita, viskozita a rozpustnosť nevulkanizovaného kaučuku. Okrem toho sa v dôsledku starnutia výrazne znižuje životnosť gumených výrobkov. Zvýšenie odolnosti gumy proti starnutiu má preto veľký význam pre zvýšenie spoľahlivosti a výkonu gumených výrobkov.
Starnutie je výsledkom vystavenia gumy kyslíku, teplu, svetlu a najmä ozónu.
Okrem toho sa starnutie kaučukov a kaučukov urýchľuje v prítomnosti zlúčenín viacmocných kovov a pri opakovaných deformáciách.
Odolnosť vulkanizátov voči starnutiu závisí od množstva faktorov, z ktorých najdôležitejšie sú:
- povaha gumy;
- vlastnosti antioxidantov, plnív a zmäkčovadiel (olejov) obsiahnutých v kaučuku;
- charakter vulkanizačných činidiel a urýchľovačov vulkanizácie (od nich závisí štruktúra a stabilita sulfidových väzieb vznikajúcich pri vulkanizácii);
- stupeň vulkanizácie;
- rozpustnosť a rýchlosť difúzie kyslíka v gume;
- pomer medzi objemom a povrchom gumového výrobku (so zväčšením povrchu sa zvyšuje množstvo kyslíka prenikajúceho do gumy).
Najväčšiu odolnosť proti starnutiu a oxidácii charakterizujú polárne kaučuky - butadién-nitril, chloroprén atď. Nepolárne kaučuky sú menej odolné voči starnutiu. Ich odolnosť voči starnutiu je určená najmä vlastnosťami molekulárna štruktúra, poloha dvojitých väzieb a ich počet v hlavnom reťazci. Na zvýšenie odolnosti kaučukov proti starnutiu sa do nich zavádzajú antioxidanty, ktoré spomaľujú oxidáciu a starnutie.
1.2.1. Typy starnutia.
Vzhľadom na to, že úloha faktorov aktivujúcich oxidáciu sa mení v závislosti od povahy a zloženia polymérneho materiálu, rozlišujú sa tieto typy starnutia v súlade s prevládajúcim vplyvom jedného z faktorov:
1) tepelné (tepelné, tepelno-oxidačné) starnutie v dôsledku tepelne aktivovanej oxidácie;
2) únava - starnutie v dôsledku únavy spôsobenej pôsobením mechanických namáhaní a oxidačných procesov aktivovaných mechanickým pôsobením;
3) oxidácia aktivovaná kovmi rôznej mocnosti;
4) starnutie svetlom - v dôsledku oxidácie aktivovanej ultrafialovým žiarením;
5) starnutie ozónom;
6) radiačné starnutie pôsobením ionizujúceho žiarenia.
V tomto článku študujeme vplyv anti-aging disperzie PVC na tepelno-oxidačnú a ozónovú odolnosť kaučukov na báze nepolárnych kaučukov. Tepelno-oxidačné a ozónové starnutie sú preto podrobnejšie zvážené nižšie.
1.2.2. Tepelné starnutie.
Tepelné starnutie je výsledkom súčasného vystavenia teplu a kyslíku. Oxidačné procesy sú hlavný dôvod tepelné starnutie na vzduchu.
Väčšina zložiek tak či onak ovplyvňuje tieto procesy. Sadze a iné plnivá adsorbujú antioxidanty na svojom povrchu, znižujú ich koncentráciu v gume a tým urýchľujú starnutie. Vysoko oxidované sadze môžu byť katalyzátormi oxidácie kaučukov. Mierne oxidované (pecné, tepelné) sadze spravidla spomaľujú oxidáciu kaučukov.
Počas tepelného starnutia gumy, ku ktorému dochádza pri zvýšené teploty, takmer všetky základné fyzikálne a mechanické vlastnosti sa nenávratne menia. Zmena týchto vlastností závisí od pomeru procesov štruktúrovania a deštrukcie. Pri tepelnom starnutí väčšiny kaučukov na báze syntetických kaučukov dochádza prevažne k štruktúrovaniu, ktoré je sprevádzané poklesom elasticity a zvýšením tuhosti. Pri tepelnom starnutí kaučukov z prírodného a syntetického izopropénového kaučuku a butylkaučuku sa vo väčšej miere rozvíjajú deštruktívne procesy vedúce k zníženiu podmienených napätí pri daných predĺženiach a zvýšeniu zvyškových deformácií.
Pomer plniva k oxidácii bude závisieť od jeho povahy, od typu inhibítorov zavedených do kaučuku a od povahy vulkanizačných väzieb.
Na oxidačných procesoch sa môžu podieľať urýchľovače vulkanizácie, ako aj produkty, ktorých premeny zostávajúce v kaučukoch (merkaptány, uhličitany atď.). Môžu spôsobiť degradáciu hydroperoxidov molekulárnym mechanizmom a tým prispieť k ochrane kaučukov pred starnutím.
Charakter vulkanizačnej siete má významný vplyv na tepelné starnutie. Pri miernych teplotách (do 70o) voľná síra a polysulfidové priečne väzby spomaľujú oxidáciu. So zvýšením teploty však preskupenie polysulfidových väzieb, na ktorom sa môže podieľať aj voľná síra, vedie k zrýchlenej oxidácii vulkanizátov, ktoré sa za týchto podmienok ukazujú ako nestabilné. Preto je potrebné vybrať vulkanizačnú skupinu, ktorá poskytuje tvorbu odolných voči preskupeniu a oxidácii priečnych väzieb.
Na ochranu gumy pred tepelným starnutím sa používajú antioxidanty, ktoré zvyšujú odolnosť gumy a gumy voči kyslíku, t.j. látky s antioxidačnými vlastnosťami – primárne sekundárne aromatické amíny, fenoly, bisfinoly atď.
1.2.3. Ozónové starnutie.
Ozón má silný vplyv na starnutie gumy aj v nízkych koncentráciách. Toto sa niekedy vyskytuje už v procese skladovania a prepravy gumových výrobkov. Ak je guma súčasne v napnutom stave, potom sa na jej povrchu objavia trhliny, ktorých rast môže viesť k pretrhnutiu materiálu.
Ozón sa zrejme pridáva do kaučuku cez dvojité väzby za vzniku ozonidov, ktorých rozklad vedie k prasknutiu makromolekúl a je sprevádzaný tvorbou trhlín na povrchu natiahnutých gúm. Okrem toho ozonizácia súčasne rozvíja oxidačné procesy, ktoré podporujú rast trhlín. Rýchlosť starnutia ozónu sa zvyšuje so zvyšujúcou sa koncentráciou ozónu, hodnotou napätia, zvyšovaním teploty a vystavením svetlu.
Zníženie teploty vedie k prudkému spomaleniu tohto starnutia. V skúšobných podmienkach pri konštantnej hodnote deformácií; pri teplotách presahujúcich teplotu skleného prechodu polyméru o 15-20 stupňov Celzia sa starnutie takmer úplne zastaví.
Odolnosť gumy voči ozónu závisí najmä od chemickej povahy gumy.
Gumy na báze rôznych kaučukov možno rozdeliť do 4 skupín podľa odolnosti voči ozónu:
1) najmä odolná guma(fluorokaučuky, SKEP, KhSPE);
2) odolná guma (butylkaučuk, pearit);
3) stredne odolné kaučuky, ktoré pôsobením atmosférických koncentrácií ozónu nepraskajú niekoľko mesiacov a sú odolné voči koncentrácii ozónu okolo 0,001 % viac ako 1 hodinu, na báze chloroprénového kaučuku bez ochranných prísad a kaučukov na báze nenasýtených kaučukov ( NK, SKS, SKN, SKI -3) s ochrannými prísadami;
4) nestabilná guma.
Najúčinnejšie pri ochrane pred starnutím ozónom je kombinované použitie antiozontík a voskových látok.
Chemické antiozonanty zahŕňajú N-substituované aromatické amíny a dihydrochinolínové deriváty. Antiozonanty reagujú s ozónom na gumených povrchoch vysokou rýchlosťou, oveľa rýchlejšou ako rýchlosť, ktorou ozón interaguje s gumou. V dôsledku toho sa proces starnutia ozónu spomaľuje.
Sekundárne aromatické diamíny sú najúčinnejšie prostriedky proti starnutiu a antiozontiká na ochranu gumy pred tepelným a ozónovým starnutím.
1.3. Antioxidanty a antiozonanty.
Najúčinnejšími antioxidantmi a antiozonantmi sú sekundárne aromatické amíny.
Nie sú oxidované molekulárnym kyslíkom ani v suchej forme, ani v roztokoch, ale sú oxidované peroxidmi kaučuku počas tepelného starnutia a počas dynamickej prevádzky, čo spôsobuje oddelenie reťazcov. Takže difenylamín; N,N^-difenyl-n-fenyléndiamín sa pri dynamickej únave alebo tepelnom starnutí gumy spotrebuje takmer z 90 %. V tomto prípade sa mení iba obsah NH skupín, pričom obsah dusíka v kaučuku zostáva nezmenený, čo naznačuje pridanie antioxidantu do kaučukového uhľovodíka.
Antioxidanty tejto triedy majú veľmi vysoký ochranný účinok proti tepelnému a ozónovému starnutiu.
Jedným zo široko používaných zástupcov tejto skupiny antioxidantov je N,N^-difenyl-n-fenyléndialín (diafen FF).
Je účinným antioxidantom, ktorý zvyšuje odolnosť kaučukov na báze SDK, SKI-3 a prírodného kaučuku proti pôsobeniu opakovaných deformácií. Diafen FF farby gumy.
Najlepším antioxidantom na ochranu gumy pred tepelným a ozónovým starnutím, ako aj pred únavou je diafen FP, je však relatívne vysoko prchavý a ľahko sa extrahuje z gumy vodou.
N-Fenyl-N^-izopropyl-n-fenyléndiamín (diaphen FP, 4010 NA, Santoflex IP) má nasledujúci vzorec:
So zvyšovaním veľkosti alkylovej skupiny substituenta sa zvyšuje rozpustnosť sekundárnych aromatických diamínov v polyméroch; zvýšená odolnosť proti vymývaniu vodou, znížená prchavosť a toxicita.
Porovnávacie charakteristiky diafénu FF a diafénu FP sú uvedené, pretože v tejto práci sa vykonávajú štúdie, ktoré sú spôsobené tým, že použitie diafénu FF ako samostatného produktu vedie k jeho „vyblednutiu“ na povrchu kaučukových zmesí a vulkanizátov. . Okrem toho je o niečo horší ako diafén FP, pokiaľ ide o ochranný účinok; má vyššiu teplotu topenia v porovnaní s kaučukom, čo nepriaznivo ovplyvňuje jeho distribúciu v kaučukoch.
PVC sa používa ako spojivo (disperzné médium) na získanie pasty na báze kombinácií antioxidantov diaphene FF a diaphene FP.
1.4. Polyvinylchlorid.
Polyvinylchlorid je produkt polymerizácie vinylchloridu (CH2=CHCl).
PVC sa vyrába vo forme prášku s veľkosťou častíc 100-200 mikrónov. PVC je amorfný polymér s hustotou 1380-1400 kg/m3 a teplotou skleného prechodu 70-80°C. Je to jeden z najpolárnejších polymérov s vysokou intermolekulárnou interakciou. Dobre sa kombinuje s väčšinou komerčne dostupných zmäkčovadiel.
Vysoký obsah chlóru v PVC z neho robí samozhášavý materiál. PVC je polymér na všeobecné použitie. V praxi sa zaoberajú plastizolmi.
1.4.1. PVC plastizoly.
Plastizoly sú disperzie PVC v tekutých zmäkčovadlách. Množstvo zmäkčovadiel (dibutylftaláty, dialkylftaláty a pod.) sa pohybuje od 30 do 80%.
Pri bežných teplotách častice PVC v týchto zmäkčovadlách prakticky nenapúčajú, vďaka čomu sú plastizoly stabilné. Pri zahriatí na 35-40°C sa plastizoly v dôsledku zrýchlenia procesu napučiavania (želatinizácie) menia na vysoko viazané hmoty, ktoré sa po ochladení menia na elastické materiály.
1.4.2. Mechanizmus želatinizácie plastizolov.
Mechanizmus želatinizácie je nasledujúci. Keď teplota stúpa, zmäkčovadlo pomaly preniká do častíc polyméru, ktoré sa zväčšujú. Aglomeráty sa rozpadajú na primárne častice. V závislosti od sily aglomerátov môže rozklad začať pri teplote miestnosti. Keď teplota stúpne na 80-100 °C, viskozita plastosólu sa silne zvýši, voľné zmäkčovadlo zmizne a napučané zrná polyméru sa dostanú do kontaktu. V tomto štádiu, nazývanom predželatinizácia, materiál vyzerá úplne homogénne, ale výrobky z neho nemajú dostatočné fyzikálne a mechanické vlastnosti. Želatinizácia je dokončená až vtedy, keď sú zmäkčovadlá rovnomerne rozložené v polyvinylchloride a plastisol sa zmení na homogénne telo. V tomto prípade sa povrch napučaných častíc primárneho polyméru spojí a vytvorí sa plastifikovaný polyvinylchlorid.
2. Výber smeru výskumu.
V súčasnosti sú v domácom priemysle hlavnými zložkami, ktoré chránia gumu pred starnutím, diafén FP a acetyl R.
Príliš malý sortiment prezentovaný dvoma antioxidantmi sa vysvetľuje tým, že po prvé prestala existovať určitá produkcia antioxidantov (neozón D) a po druhé, iné antioxidanty nespĺňajú moderné požiadavky (diafen FF).
Väčšina antioxidantov vybledne na povrchu gumy. Na zníženie vyblednutia antioxidantov sa môžu použiť zmesi antioxidantov, ktoré majú buď synergické alebo aditívne vlastnosti. To zase umožňuje zachrániť vzácny antioxidant. Použitie kombinácie antioxidantov sa navrhuje uskutočniť individuálnym dávkovaním každého antioxidantu, ale najvhodnejšie je použiť antioxidanty vo forme zmesi alebo vo forme pastotvorných kompozícií.
Disperzným médiom v pastách sú nízkomolekulové látky, ako sú oleje ropného pôvodu, ale aj polyméry – kaučuky, živice, termoplasty.
V tejto práci študujeme možnosť použitia polyvinylchloridu ako spojiva (disperzného média) na získanie pasty na báze kombinácií antioxidantov diafénu FF a diafénu FP.
Vedenie výskumu je spôsobené tým, že použitie diafenu FF ako samostatného produktu vedie k jeho „vyblednutiu“ na povrchu kaučukových zmesí a vulkanizátov. Okrem toho ochranný účinok diafenu FF je o niečo nižší ako účinok diafenu FP; má vyššiu teplotu topenia v porovnaní s kaučukom, čo nepriaznivo ovplyvňuje distribúciu diafénu FF v kaučukoch.
3. Špecifikácie produktu.
Táto technická podmienka platí pre disperziu PD-9, čo je kompozícia polyvinylchloridu s antioxidantom amínového typu.
Disperzia PD-9 je určená na použitie ako prísada do kaučukových zmesí na zlepšenie ozónovej odolnosti vulkanizátov.
3.1. Technické požiadavky.
3.1.1. Disperzia PD-9 musí byť vyrobená v súlade s požiadavkami týchto technických špecifikácií podľa technologických predpisov predpísaným spôsobom.
3.1.2. Z hľadiska fyzikálnych ukazovateľov musí rozptyl PD-9 zodpovedať normám uvedeným v tabuľke.
Tabuľka.
Názov indikátora Norm* Testovacia metóda
1. Vzhľad. Disperzia strúhanky od šedej po tmavosivú Podľa článku 3.3.2.
2. Lineárna veľkosť strúhanky, mm, nie viac. 40 Podľa bodu 3.3.3.
3. Hmotnosť disperzie v plastovom vrecku, kg, nie viac. 20 Podľa článku 3.3.4.
4. Mooneyho viskozita, jednotky Mooney 9-25 Podľa odseku 3.3.5.
*) normy sú špecifikované po uvoľnení experimentálnej dávky a štatistickom spracovaní výsledkov.
3.2. Bezpečnostné požiadavky.
3.2.1. Disperzia PD-9 je horľavá látka. Bod vzplanutia nie je nižší ako 150°C. Teplota samovznietenia 500oC.
Hasiacim prostriedkom v prípade požiaru je vodná hmla a chemická pena.
Osobné ochranné prostriedky - plynová maska mak "M".
3.2.2. Disperzia PD-9 je nízko toxická látka. V prípade kontaktu s očami ich vypláchnite vodou. Odstráňte produkt z pokožky umytím mydlom a vodou.
3.2.3. Všetky pracovne, v ktorých sa pracuje s disperziou PD-9, musia byť vybavené prívodným a odsávacím vetraním.
Rozptýlenie PD-9 si nevyžaduje zavedenie hygienického predpisu (maximálny koncentračný limit a SHEE).
3.3. Testovacie metódy.
3.3.1. Odoberú sa najmenej tri bodové vzorky, potom sa spoja, dôkladne premiešajú a kvartovaním sa odoberie priemerná vzorka.
3.3.2. Definícia vzhľadu. Vzhľad sa určuje vizuálne počas odberu vzoriek.
3.3.3. Stanovenie veľkosti omrviniek. Na určenie veľkosti disperznej drviny PD-9 sa používa metrické pravítko.
3.3.4. Stanovenie hmotnosti disperzie PD-9 v plastovom vrecku. Na stanovenie hmotnosti disperzie PD-9 v plastovom vrecku sa používa stupnica typu RN-10Ts 13M.
3.3.5. Stanovenie viskozity Mooney. Stanovenie viskozity Mooney je založené na prítomnosti určitého množstva polymérnej zložky v disperzii PD-9.
3.4. Záruka výrobcu.
3.4.1. Výrobca garantuje súlad disperzie PD-9 s požiadavkami týchto špecifikácií.
3.4.2. Garantovaná trvanlivosť disperzie PD-9 je 6 mesiacov od dátumu výroby.
4. Experimentálna časť.
V tejto práci študujeme možnosť použitia polyvinylchloridu (PVC) ako spojiva (disperzného média) na získanie pasty na báze kombinácií antioxidantov diafénu FF a diafénu FP. Skúma sa aj vplyv tejto disperzie proti starnutiu na tepelno-oxidačnú a ozónovú odolnosť kaučukov na báze kaučuku SKI-3.
Príprava pasty proti starnutiu.
Na obr. 1. Je znázornené zariadenie na prípravu pasty proti starnutiu.
Príprava bola uskutočnená v sklenenej banke (6) s objemom 500 cm3. Banka s prísadami sa zahrievala na elektrickom sporáku (1). Banka sa umiestni do kúpeľa (2). Teplota v banke bola kontrolovaná pomocou kontaktného teplomera (13). Miešanie sa uskutočňuje pri teplote 70 ± 5 °C s použitím lopatkového mixéra (5).
Obr.1. Inštalácia na prípravu pasty proti starnutiu.
1 - elektrický sporák s uzavretou špirálou (220 V);
2 - kúpeľ;
3 - kontaktný teplomer;
4 – kontaktné relé teplomeru;
5 - lopatkový mixér;
6 - sklenená banka.
Poradie nakladania ingrediencií.
Do banky sa vložilo vypočítané množstvo diafénu FF, diafénu FP, stearínu a časť (10 % hmotn.) dibutylftalánu (DBP). Potom sa miešalo 10 až 15 minút, kým sa nezískala homogénna hmota.
Zmes sa potom ochladila na teplotu miestnosti.
Potom sa do zmesi pridal polyvinylchlorid a zvyšok DBP (9 % hmotn.). Výsledný produkt sa vylial do porcelánového skla. Potom bol produkt termostatovaný pri teplotách 100, 110, 120, 130, 140 °C.
Zloženie výslednej kompozície je uvedené v tabuľke 1.
stôl 1
Zloženie pasty proti starnutiu P-9.
Zloženie % hm. Zavedenie do reaktora, g
PVC 50,00 500,00
Diafen FF 15,00 150,00
Diafen FP (4010 NA) 15,00 150,00
DBF 19,00 190,00
Stearín 1,00 10,00
Spolu 100,00 1000,00
Na štúdium vplyvu pasty proti starnutiu na vlastnosti vulkanizátov bola použitá kaučuková zmes na báze SKI-3.
Výsledná pasta proti starnutiu sa zaviedla do gumová zmes na základe SKI-3.
Zloženie kaučukových zmesí s pastou proti starnutiu je uvedené v tabuľke 2.
Fyzikálne a mechanické vlastnosti vulkanizátov boli stanovené v súlade s GOST a TU, ktoré sú uvedené v tabuľke 3.
tabuľka 2
Zloženie kaučukovej zmesi.
Ingrediencie Čísla záložiek
I II
Mix kódov
1-9 2-9 3-9 4-9 1-25 2-25 3-25 4-25
Guma SKI-3 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
Síra 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Altax 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60
Guanid F 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00
Zinková beloba 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00
Stearín 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Sadze P-324 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 hod.
Diafen FP 1,00 - - - 1,00 - - -
Pasta proti starnutiu (P-9) - 2,3 3,3 4,3 - - - -
Pasta proti starnutiu P-9 (100оС*) - - - - - 2,00 - -
P-9 (120оС*) - - - - - - 2,00 -
P-9 (140оС*) - - - - - - - 2.00
Poznámka: (оС*) – teplota predželatinizácie pasty (P-9) je uvedená v zátvorkách.
Tabuľka 3
č. p.p. Názov indikátora GOST
1 Podmienená pevnosť v ťahu, % GOST 270-75
2 Nominálne napätie pri 300 %, % GOST 270-75
3 Predĺženie pri pretrhnutí, % GOST 270-75
4 Trvalé predĺženie, % GOST 270-75
5 Zmena vyššie uvedených ukazovateľov po starnutí, vzduch, 100 ° C * 72 h, % GOST 9.024-75
6 Dynamická pevnosť v ťahu, tisíc cyklov, Е?=100% GOST 10952-64
7 Tvrdosť Shore, konvenčná jednotka GOST 263-75
Stanovenie reologických vlastností pasty proti starnutiu.
1. Stanovenie Mooneyho viskozity.
Stanovenie viskozity Mooney sa uskutočnilo na Mooney viskozimetri (GDR).
Výroba vzoriek na skúšanie a priame skúšanie sa vykonáva podľa metodiky uvedenej v technických špecifikáciách.
2. Stanovenie kohéznej pevnosti pastovitých kompozícií.
Vzorky pasty po želatinizácii a ochladení na teplotu miestnosti prešli cez medzeru valcov s hrúbkou 2,5 mm. Potom sa z týchto plechov vo vulkanizačnom lise vyrobili dosky s rozmermi 13,6 x 11,6 mm a hrúbkou 2 ± 0,3 mm.
Po jednodňovom vytvrdzovaní platní sa špachtle vyrezali dierovacím nožom v súlade s GOST 265-72 a ďalej sa na ťahacom stroji RMI-60 pri rýchlosti 500 mm/min stanovilo medzné zaťaženie.
Špecifické zaťaženie bolo brané ako kohézna pevnosť.
5. Získané výsledky a ich diskusia.
Pri štúdiu možnosti využitia PVC, ako aj zloženia polárnych zmäkčovadiel ako spojiva (disperzného média) na získanie pást na báze kombinácií antioxidantov diafénu FF a diafénu FP sa zistilo, že zliatina diafénu FF s diafénom FP v r. hmotnostný pomer 1:1 sa vyznačuje nízkou rýchlosťou kryštalizácie a teplotou topenia približne 90 °C.
Nízka rýchlosť kryštalizácie hrá pozitívnu úlohu vo výrobnom procese PVC plastizolu plneného zmesou antioxidantov. V tomto prípade je spotreba energie na získanie homogénnej kompozície, ktorá sa v čase nedelaminuje, výrazne znížená.
Viskozita taveniny diafénu FF a diafénu FP je blízka viskozite PVC plastizolu. To umožňuje miešať taveninu a plastizol v reaktoroch s kotvovými miešadlami. Na obr. 1 je znázornená schéma zariadenia na výrobu pást. Pasty uspokojivo odtekajú z reaktora pred ich predželatinizáciou.
Je známe, že proces želatinizácie prebieha pri teplote 150 °C a vyššej. Za týchto podmienok je však možná eliminácia chlorovodíka, ktorý je zase schopný blokovať mobilný atóm vodíka v molekulách sekundárnych amínov, ktoré sú v tomto prípade antioxidanty. Tento proces prebieha podľa nasledujúcej schémy.
1. Tvorba polymérneho hydroperoxidu počas oxidácie izoprénového kaučuku.
RH+O2 ROOH,
2. Jeden zo smerov rozkladu polymérneho hydroperoxidu.
ROOH RO°+O°H
3. Po vytvorení oxidačných stupňov vďaka molekule antioxidantu.
AnH+RO° ROH+An°,
Kde je An antioxidačný radikál, napr.
4.
5. Vlastnosti amínov vrátane sekundárnych (diafén FF) na tvorbu alkylsubstituovaných amínov s minerálnymi kyselinami podľa schémy:
H
R-°N°-R+HCl + Cl-
H
Tým sa znižuje reaktivita atómu vodíka.
Uskutočnenie procesu želatinizácie (predželatinizácie) s relatívne žiadnym vysoké teploty ah (100-140°C), javom uvedeným vyššie sa dá vyhnúť, t.j. znížiť možnosť odštiepenia chlorovodíka.
Výsledkom konečného gélovacieho procesu sú pasty s viskozitou Mooney nižšou ako je viskozita plnenej gumovej zmesi a nízkou kohéznou silou (pozri obrázok 2.3).
Pasty s nízkou viskozitou Mooney sú po prvé dobre rozložené v zmesi a po druhé, nepodstatné časti zložiek tvoriacich pastu sú schopné pomerne ľahko migrovať do povrchových vrstiev vulkanizátov, čím chránia gumu pred starnutím.
Najmä v problematike "drvenia" pastotvorných kompozícií sa veľký význam prikladá vysvetleniu príčin zhoršovania vlastností niektorých kompozícií pôsobením ozónu.
V tomto prípade počiatočná nízka viskozita pást, ktorá sa navyše počas skladovania nemení (tabuľka 4), umožňuje rovnomernejšie rozloženie pasty a umožňuje jej zložkám migrovať na povrch pasty. vulkanizovať.
Tabuľka 4
Indikátory viskozity podľa pasty Mooney (P-9)
Počiatočné indikátory Indikátory po skladovaní pasty po dobu 2 mesiacov
10 8
13 14
14 18
14 15
17 25
Zmenou obsahu PVC a antioxidantov je možné získať pasty vhodné na ochranu gumy pred tepelno-oxidačným a ozónovým starnutím, a to na báze nepolárnych aj polárnych kaučukov. V prvom prípade je obsah PVC 40-50% hm. (pasta P-9), v druhom - 80-90 % hmotn.
V tejto práci študujeme vulkanizáty na báze izoprénového kaučuku SKI-3. Fyzikálne a mechanické vlastnosti vulkanizátov s použitím pasty (P-9) sú uvedené v tabuľkách 5 a 6.
Odolnosť študovaných vulkanizátov voči tepelno-oxidačnému starnutiu sa zvyšuje so zvyšovaním obsahu pasty proti starnutiu v zmesi, ako je zrejmé z tabuľky 5.
Ukazovatele zmeny podmienenej sily bežného zloženia (1-9) sú (-22%), zatiaľ čo pre zloženie (4-9) - (-18%).
Treba tiež poznamenať, že zavedením pasty, ktorá podporuje zvýšenie odolnosti vulkanizátov voči tepelno-oxidačnému starnutiu, sa dodáva výraznejšia dynamická odolnosť. Okrem toho, vysvetľujúc zvýšenie dynamickej odolnosti, zjavne nie je možné obmedziť sa iba na faktor zvýšenia dávky antioxidantu v gumovej matrici. Nie poslednú úlohu zrejme zohráva PVC. V tomto prípade sa dá predpokladať, že prítomnosť PVC môže spôsobiť efekt tvorby súvislých reťazových štruktúr, ktoré sú v gume rovnomerne rozložené a zabraňujú rastu mikrotrhlín, ktoré vznikajú pri praskaní.
Znížením obsahu pasty proti starnutiu a tým aj podielu PVC (tab. 6) sa efekt zvýšenia dynamickej odolnosti prakticky ruší. V tomto prípade pozitívny vplyv pasta sa objavuje len v podmienkach tepelno-oxidačného a ozónového starnutia.
Je potrebné poznamenať, že najlepšie fyzikálne a mechanické vlastnosti sa dosiahnu pri použití pasty proti starnutiu získanej za miernejších podmienok (teplota predželatinácie 100 °C).
Tieto podmienky na výrobu pasty poskytujú vyššiu úroveň stability ako pasta získaná hodinovou inkubáciou pri 140 °C.
K zachovaniu dynamickej odolnosti vulkanizátov neprispieva ani zvýšenie viskozity PVC v paste získanej pri danej teplote. A ako vyplýva z tabuľky 6, dynamická odolnosť je značne znížená v pastách termostatovaných na 140 °C.
Použitie diafénu FF v zložení s diafénom FP a PVC umožňuje do určitej miery vyriešiť problém vyblednutia.
Tabuľka 5
1-9 2-9 3-9 4-9
1 2 3 4 5
Podmienená pevnosť v ťahu, MPa 19,8 19,7 18,7 19,6
Menovité napätie pri 300 %, MPa 2,8 2,8 2,3 2,7
1 2 3 4 5
Predĺženie pri pretrhnutí, % 660 670 680 650
Trvalé predĺženie, % 12 12 16 16
Tvrdosť, Shore A, arb. 40 43 40 40
Podmienená pevnosť v ťahu, MPa -22 -26 -41 -18
Menovité napätie pri 300 %, MPa 6 -5 8 28
Relatívne predĺženie pri pretrhnutí, % -2 -4 -8 -4
Trvalé predĺženie, % 13 33 -15 25
Dynamická výdrž, Eg=100%, tisíc cyklov. 121 132 137 145
Tabuľka 6
Fyzikálne a mechanické vlastnosti vulkanizátov obsahujúcich pastu proti starnutiu (P-9).
Názov indexu Kód zmesi
1-25 2-25 3-25 4-25
1 2 3 4 5
Podmienená pevnosť v ťahu, MPa 22 23 23 23
Menovité napätie pri 300 %, MPa 3,5 3,5 3,3 3,5
1 2 3 4 5
Predĺženie pri pretrhnutí, % 650 654 640 670
Trvalé predĺženie, % 12 16 18 17
Tvrdosť, Shore A, arb. 37 36 37 38
Zmena indexu po starnutí, vzduch, 100°C*72 h
Podmienená pevnosť v ťahu, MPa -10,5 -7 -13 -23
Menovité napätie pri 300 %, MPa 30 -2 21 14
Predĺženie pri pretrhnutí, % -8 -5 -7 -8
Zvyškové predĺženie, % -25 -6 -22 -4
Odolnosť voči ozónu, E=10%, hodina 8 8 8 8
Dynamická výdrž, Eg=100%, tisíc cyklov. 140 116 130 110
Zoznam symbolov.
PVC - polyvinylchlorid
Diaphen FF – N,N^ – Difenyl – n – fenyléndiamín
Diaphen FP - N - Fenyl - N^ - izopropyl - n - fenyléndiamín
DBP - dibutylftalát
SKI-3 - izoprénová guma
P-9 - pasta proti starnutiu
1. Výskum zloženia diaphene FP a diaphene FF plastizolu na báze PVC umožňuje získať pasty, ktoré sa nedelaminujú v čase, so stabilnými reologickými vlastnosťami a Mooney viskozitou vyššou ako je viskozita použitej kaučukovej zmesi.
2. Keď je obsah kombinácie diafénu FP a diafénu FF v paste 30 % a PVC plastizolu 50 %, optimálnou dávkou na ochranu gumy pred tepelno-oxidačným a ozónovým starnutím môže byť dávka rovnajúca sa 2,00 hmotnostným dielom na , 100 hmotnostných dielov kaučukových kaučukových zmesí.
3. Zvýšenie dávkovania antioxidantov nad 100 hmotnostných dielov gumy vedie k zvýšeniu dynamickej odolnosti gumy.
4. Pre kaučuky na báze izoprénového kaučuku, pracujúce v statickom režime, je možné nahradiť diafen FP pastou proti starnutiu P-9 v množstve 2,00 hm h na 100 hm h kaučuku.
5. Pre kaučuky pracujúce v dynamických podmienkach je možná náhrada diafénu FP s obsahom antioxidantov 8-9 hm. h na 100 hm. h. kaučuku.
6.
Zoznam použitej literatúry:
– Tarasov Z.N. Starnutie a stabilizácia syntetických kaučukov. - M.: Chémia, 1980. - 264 s.
– Garmonov I.V. Syntetická guma. - L.: Chémia, 1976. - 450 s.
– Starnutie a stabilizácia polymérov. / Ed. Kozminský A.S. - M.: Chémia, 1966. - 212 s.
– Sobolev V.M., Borodina I.V. Priemyselné syntetické kaučuky. – M.: Chémia, 1977. – 520 s.
- Belozerov N.V. Technológia gumy: 3. vydanie. Revidované. a dodatočné - M.: Chémia, 1979. - 472 s.
– Koshelev F.F., Kornev A.E., Klimov N.S. Všeobecná technológia gumy: 3. vydanie. Revidované. a dodatočné - M.: Chémia, 1968. - 560 s.
- Technológia plastov. / Ed. Korshak V.V. Ed. 2., revidované. a dodatočné - M.: Chémia, 1976. - 608 s.
– Kirpichnikov P.A., Averko-Antonovič L.A. Chémia a technológia syntetického kaučuku. - L .: Chémia, 1970. - 527 s.
– Dogadkin B.A., Dontsov A.A., Shertnov V.A. Chémia elastomérov. - M.: Chémia, 1981. - 372 s.
– Zuev Yu.S. Deštrukcia polymérov pôsobením agresívnych médií: 2. vyd. a dodatočné - M.: Chémia, 1972. - 232 s.
– Zuev Yu.S., Degtyareva T.G. Trvanlivosť elastomérov v prevádzkových podmienkach. - M.: Chémia, 1980. - 264 s.
– Ognevskaja T.E., Boguslavskaja K.V. Zvýšenie odolnosti gumy voči poveternostným vplyvom zavedením polymérov odolných voči ozónu. - M.: Chémia, 1969. - 72 s.
– Kudinova G.D., Prokopchuk N.R., Prokopovič V.P., Klimovtsova I.A. // Suroviny pre gumárenský priemysel: súčasnosť a budúcnosť: Abstrakty z piateho výročia ruskej vedeckej a praktickej konferencie gumárenských pracovníkov. - M.: Chémia, 1998. - 482 s.
– Khrulev M.V. Polyvinylchlorid. - M.: Chémia, 1964. - 325 s.
- Získavanie a vlastnosti PVC / Ed. Zilberman E.N. - M.: Chémia, 1968. - 440 s.
– Rakhman M.Z., Izkovsky N.N., Antonova M.A. //Guma a guma. - M., 1967, č.6. - S. 17-19
– Abram S.W. // Rubb. Vek. 1962. V. 91. Číslo 2. S. 255-262
- Encyklopédia polymérov / Ed. Kabanová V.A. a iné: V 3 zväzkoch, zväzok 2. - M.: Sovietska encyklopédia, 1972. - 1032 s.
- Príručná guma. Materiály na výrobu gumy / Ed. Zacharčenko P.I. a iné - M.: Chémia, 1971. - 430 s.
– Tager A.A. Fyzichémia polymérov. Ed. 3., revidované. a dodatočné - M.: Chémia, 1978. - 544 s.
Moskovský letecký inštitút
(Technická univerzita)
Katedra náuky o materiáloch
Práca na kurze
v materiálovej vede
na tému:
"Guma odolná voči starnutiu"
Skontroloval: Vishnevsky G.E.
Doplnil: Pavlyuk D.V.
Úvod
Atmosférické starnutie gumy
Ochrana gumy pred starnutím v atmosfére
Zmeny mechanických vlastností gumy počas tepelného starnutia
Tepelné starnutie gumy pod tlakom
Ochrana gumy pred starnutím žiarením
Bibliografia
ÚVOD
Guma je produktom špeciálneho spracovania (vulkanizácie) kaučuku a síry s rôznymi prísadami.
Guma sa líši od iných materiálov vysokými elastickými vlastnosťami, ktoré sú vlastné gume - hlavnej surovine gumy. Gumové materiály sa vyznačujú vysokou odolnosťou proti oderu, odolnosťou voči plynom a vode, chemickou odolnosťou, elektroizolačnými vlastnosťami a nízkou hustotou.
Na gumu sú kladené rôzne požiadavky z hľadiska prevádzkových podmienok. Gumové obloženie dopravných pásov prepravujúcich rudu alebo uhlie musí byť mrazuvzdorné pri nízkych teplotách a dobre odolávať oderu;
gumová komora v rukávoch pre ropné produkty musí byť odolná proti napučaniu; gumové obloženie železničných cisterien na prepravu kyseliny chlorovodíkovej, odolné proti jej chemickému pôsobeniu atď.
Špeciálne požiadavky sú kladené na gumené výrobky používané v lietadlách, ktoré obsahujú stovky rôznych gumených častí. Takéto výrobky spolu s kompaktnosťou a nízkou hmotnosťou musia byť elastické a odolné. Je veľmi dôležité, aby si diely zachovali svoje vlastnosti v širokom rozsahu teplôt a v niektorých prípadoch aj pri vystavení rôznym kvapalným a plynným médiám. Pri lete rýchlosťou 3600 km / h, dokonca aj vo výške 5000 m, teplota zahrievania pokožky dosahuje +400 ° C; diely umiestnené v motorových zostavách si musia zachovať svoje vlastnosti pri teplotách do +500 ˚С. Zároveň je množstvo dielov vystavených teplotám rádovo mínus 60 °C a nižším. Vzhľadom na to, že rozmery dielov lietadiel zostávajú počas celej životnosti prakticky konštantné, nevyhnutnou kvalitou takýchto gúm sú malé zvyškové deformácie v tlaku. Ešte väčšie nároky sú kladené na gumy pre raketovú vedu.
Spolu s univerzálnymi kaučukami široko používanými pri výrobe kaučuku - prírodným (NK) a butadiénstyrénom (SKS-ZOA, SKS-30, SKMS-30 atď.) sa používajú aj špeciálne:
chloroprénové kaučuky (A, B, C, NT), nitrilbutadiénové kaučuky (SKN-18, SKN-26, SKN-40, SKN-40T), butylkaučuk, chemicky odolné fluórkaučuky (SKF-32-12, SKF-62- 13), tepelne odolné organokremičité polyméry (SKT). Stereoregulárne gumy sú zvládnuté: polybutadién (SKD) a izoprén (SKI). Hľadajú sa nové kaučuky na báze zlúčenín obsahujúcich bór, fosfor, dusík a ďalšie prvky.
Guma ako konštrukčný materiál sa v mnohých svojich vlastnostiach výrazne líši od kovov a iných materiálov. Jeho najdôležitejšou vlastnosťou je schopnosť prenášať významné deformácie pri pôsobení vonkajšieho zaťaženia bez zničenia. Medzi hlavné vlastnosti gumy tiež patria: malé moduly v šmyku, ťahu a tlaku; veľký vplyv trvanie aplikovaného zaťaženia a teplotný faktor v závislosti od napätia a deformácie; takmer konštantný objem počas deformácie; takmer úplná reverzibilita deformácie; výrazné mechanické straty pri cyklických deformáciách.
Mäkké kaučukové vulkanizáty vplyvom množstva skladovacích či prevádzkových faktorov, pôsobiacich izolovane alebo častejšie v kombinácii, menia svoje technicky hodnotné vlastnosti. Zmena sa redukuje na zníženie pružnosti a pevnosti, na výskyt stvrdnutia, krehkosti, prasklín, zmeny farby, zvýšenie priepustnosti pre plyny, t.j. na väčšiu alebo menšiu stratu ich technickej hodnoty výrobkami. Vplyv vzdušného kyslíka a najmä ozónu vedie k starnutiu a únave gumy. Tomu napomáhajú: teplo a svetlo, napätia vznikajúce pri dynamickom alebo statickom zaťažení vrátane iracionálneho skladovania, vplyv agresívneho prostredia alebo katalytický účinok solí kovov.
Nízke teploty viesť k zníženiu elasticity gumy, k zvýšeniu jej krehkosti. Tieto zmeny sa prehlbujú s trvaním ochladzovania. S návratom k normálnym teplotám sa však obnovia pôvodné vlastnosti. Vplyv rozmerov a vlastností tvaru výrobku v gume je oveľa väčší ako v iných konštrukčných materiáloch. Stabilizácia jeho technicky cenných vlastností v gume, boj proti javom starnutia, únavy a mrazu sú v súčasnosti jednou z dôležitých úloh modernej gumárenskej technológie.
ATMOSFÉRICKÉ STARNUTIE A GUMA OCHRANA
Problém zvyšovania trvanlivosti gumových výrobkov priamo súvisí so zvyšovaním odolnosti voči krviprelievaniu. rôzne druhy starnutie. Jedným z najbežnejších a najničivejších typov starnutia je starnutie gumy v atmosfére, ktoré postihuje takmer všetky výrobky, ktoré počas prevádzky alebo skladovania prichádzajú do styku so vzduchom.
Atmosférické starnutie je komplex fyzikálnych a chemických premien krviprelievania, ktoré sa vyskytujú pod vplyvom atmosférického ozónu a kyslíka, slnečného žiarenia a tepla.
Zmeny fyzikálnych a mechanických vlastností gumy
V atmosférických podmienkach, ako aj pri tepelnom starnutí gumy postupne strácajú svoje elastické vlastnosti, bez ohľadu na to, či sú v namáhanom alebo nenamáhanom stave. Zvlášť intenzívne starnú kaučuky na báze NK so svetlými plnivami. Rýchlo (po 1-2 rokoch) nastáva badateľná zmena vlastností kaučukov z butadién-nitrilových, butadién-styrénových kaučukov a z nairitu. Najodolnejšie sú gumy na báze SKF-26, SKEP, SKTV a butylkaučuku.
Slnečné žiarenie výrazne ovplyvňuje rýchlosť zmeny vlastností gumy za atmosférických podmienok, pričom proces urýchľuje v niektorých prípadoch až päťkrát alebo viackrát.
V kaučukoch plnených sadzami je tento rozdiel v rýchlosti starnutia primárne výsledkom silného zahrievania povrchu gumy pod priamym slnečným žiarením. Keďže teplota sa ukazuje ako najdôležitejší parameter ovplyvňujúci všetky prebiehajúce procesy, zdalo sa nevyhnutné vytvoriť spoľahlivú metódu na jej experimentálne stanovenie.
Štúdium teploty kaučuku pod holým nebom ukázalo, že jeho denná zmena, ako aj zmena teploty vzduchu (pri absencii oblačnosti) je približne popísaná sínusovými krivkami. Prehriatie oproti vzduchu (pri teplote vzduchu 26°C) dosahuje 22°C u čiernej a 13 ° S bielou gumou.
Priebeh zmeny teploty gumy počas dňa sleduje priebeh zmeny veľkosti slnečného žiarenia a prehrievanie gumy je jeho funkciou. Spolu s tým prehriatie závisí od výmeny tepla medzi gumou a vzduchom. To umožňuje na základe toku slnečného žiarenia a pomocou rovnice prenosu tepla pre systém plochá doska - plyn určiť výpočtom teplotu povrchu gumy. Najmä pri znalosti absolútnych teplotných maxím v rôznych geografických bodoch je možné vypočítať maximálnu teplotu, na ktorú sa gumový povrch v týchto miestach zahreje. Pre Moskvu je táto teplota 60 °C (absolútne maximum 37 °C), pre Taškent 81 °C (absolútne maximum 45 °C).
Zvýšenie povrchovej teploty gumy aj o 20-25°C môže spôsobiť prudkú zmenu rýchlosti starnutia. Tento parameter sa teda musí brať do úvahy pri posudzovaní doby starnutia gumy v atmosférických podmienkach.
Stanovenie teploty kaučukov vo vzduchu pod rôznymi svetelnými filtrami ukázalo, že k zahrievaniu kaučuku dochádza takmer výlučne v dôsledku infračervenej časti slnečného žiarenia, ktoré má rozhodujúci vplyv na rýchlosť starnutia kaučukov plnených sadzami. Takže za 140 dní expozície gumy z NK v Batumi sa odolnosť proti roztrhnutiu zníži v priemere (v %): na čerstvom vzduchu - o 34, pod filtrom, ktorý prepúšťa 70 % infračerveného žiarenia a neprepúšťa ultrafialové lúče, o 32, pod filtrom, ktorý prepúšťa 40% infračervených lúčov, ako aj malé množstvo ultrafialového žiarenia, - 24, pod fóliou - 20.
Na základe vyššie uvedeného možno konštatovať, že zmena fyzikálnych a mechanických vlastností gumy za podmienok starnutia v atmosfére je spôsobená najmä procesom tepelného starnutia, ku ktorému dochádza pôsobením tepla a vzdušného kyslíka. V súlade s tým možno pomocou antioxidantov, hlavne pri kaučukoch na báze NR, dosiahnuť účinné zníženie rýchlosti zmeny fyzikálnych a mechanických vlastností gumy pri atmosférickom starnutí, ako aj pri tepelnom starnutí.
Zmeny fyzikálnych a mechanických vlastností gumy za atmosférických podmienok môžu ovplyvniť trvanlivosť gumených výrobkov v prípade ich dlhodobého vystavenia vzduchu v nenapnutom stave alebo pri dostatočne nízkych napätiach. Tento proces je nevyhnutný aj pre deformované gumy, ktoré sú dobre chránené pred pôsobením ozónu alebo sú vyrobené z gumy odolné voči ozónu, ktoré sú dlhodobo vystavené vzduchu.
Zmena povrchu gumy
V atmosférických podmienkach dochádza k výrazným zmenám na povrchu gúm a v prvom rade na povrchu svetlých gúm od NC. Okrem pomerne rýchlej zmeny farby povrchová vrstva najskôr zmäkne a potom postupne stvrdne a nadobudne vzhľad reliéfnej kože. Zároveň je povrch pokrytý sieťou trhlín.
Proces deštrukcie povrchu prebieha najmä pod vplyvom fotochemických reakcií spôsobených pôsobením ultrafialových lúčov. Dokazuje to najmä porovnanie zmeny povrchu gumy za atmosférických podmienok pri rôznych svetelných filtroch: v neprítomnosti UV lúčov (lúče s λ< < 0,39 mk) zmena povrchu je neporovnateľne menšia ako pri pôsobení lúčov s vlnovou dĺžkou do 0,32 mk.
Tento jav je typický pre kaučuky so svetlými plnivami, pretože tieto (zinok, titán, oxidy horčíka, litopón atď.) sú na rozdiel od sadzí schopné pohlcovať UV žiarenie a v dôsledku toho sú senzibilizátormi chemických reakcií. v gume.
Praskanie a degradácia gumy
Praskanie gumy v atmosférických podmienkach prebieha pomerne vysokou rýchlosťou a v dôsledku toho je najnebezpečnejším typom starnutia.
Hlavnou podmienkou pre vznik trhlín v gume je súčasné pôsobenie ozónu a ťahových síl na ňu. V praxi sa takéto podmienky do určitej miery vytvárajú pri prevádzke takmer všetkých výrobkov z gumy. Podľa moderných koncepcií je vznik nukleačných ozónových trhlín na povrchu gumy spojený buď so súčasným prasknutím niekoľkých makromolekúl orientovaných rovnakým smerom pôsobením ozónu, alebo s prasknutím štruktúrovaného krehkého ozonidového filmu pod vplyvom zdôrazňuje. Prenikanie ozónu do hĺbky mikrotrhlín vedie k ich ďalšiemu rastu a pretrhnutiu gumy.
Štúdia kinetiky praskania kaučuku vo voľnom priestranstve pri konštantnom ťahovom napätí (intenzita praskania bola odhadnutá v ľubovoľných jednotkách na deväťbodovom systéme) ukazuje, že rôzne kaučuky sa líšia nielen časom vzniku viditeľných trhlín τ y a doba pretrhnutia τ p, ale aj v pomere rýchlostí procesy vzniku a rastu trhlín.
Najdôležitejšie faktory určujúce odolnosť gumy voči poveternostným vplyvom, ako aj celý priebeh procesu praskania, sú:
reaktivita kaučukov vo vzťahu k ozónu;
veľkosť ťahových napätí;
vystavenie slnečnému žiareniu.
Ochrana gumy pred prasknutím
Na ochranu gumy pred praskaním sa používajú dva typy ochranných prostriedkov: antiozonanty a vosky.
Na rozdiel od antioxidantov, ktoré majú mierny ochranný účinok na tepelné starnutie gumy, je účinnosť účinku antiozonantov a voskov na starnutie ozónom veľmi vysoká.
Antiozonanty.
Medzi typické a najúčinnejšie antiozonanty patria zlúčeniny triedy N,N"-substituovaný-n-fenyléndiamín a deriváty dihydrochinolín. Ochranu pred pôsobením ozónu zabezpečujú aj niektoré ditiokarbamáty, deriváty močoviny a tiomočoviny, n-alkoxy-N -alkylanilín atď.
Mechanizmus účinku antiozonantov priťahuje v posledných rokoch pozornosť mnohých vedcov. Výsledkom štúdia vplyvu antiozonantov na kinetické vzorce ozonizácie a praskania kaučukov a kaučukov. Na túto problematiku existuje viacero rôznych pohľadov.
Široko diskutovaná je tvorba súvislej ochrannej vrstvy na povrchu gumy v dôsledku migrujúceho antiozonantu, jeho reakčných produktov s ozónom a reakčných produktov ozónu s gumou, na ktorých sa antiozonant podieľa.
Predpokladá sa, že posledný typ reakcií vedie buď k eliminácii rozpadu makromolekúl alebo k zosieťovaniu ich fragmentov.
Vytvorenie povrchovej vrstvy antiozonantu alebo produktov jeho interakcie s ozónom, ktoré poskytujú účinnú ochranu kaučuku, možno očakávať len vtedy, ak sú v živicovom stave a môžu pri migrácii vytvárať súvislú rovnomernú vrstvu. Podľa experimentov sa totiž ozónová odolnosť kaučuku NR obsahujúceho kryštalický antiozonant N-fenyl-N"-izopropyl-p-fenyléndiamín (FPPD) v niektorých prípadoch ukazuje byť dokonca o niečo vyššia pred migráciou antiozonantu na povrch ako po tvorba vyblednutej vrstvy FPPD. Je to zrejme spôsobené tým, že aj keď jednotlivé kryštalické útvary antiozonantu môžu mať určitý ochranný účinok na gumu, v intervaloch medzi takýmito formáciami by sa na gume mali objaviť „slabé“ miesta v dôsledku ochudobnenie povrchovej vrstvy kaučuku o antiozonant v dôsledku jeho vyblednutia.a absencia čistého mechanická ochrana s antiozonantovými kryštálmi.
O rozhodujúcom význame migrácie antiozonantov kryštálovej štruktúry na povrch z hľadiska účinnosti ich ochranného pôsobenia možno pochybovať, keďže ochranný účinok antiozonantov sa zvyčajne prejaví už pri dávkach nepresahujúcich hranicu ich rozpustnosti v kaučuku. N-fenyl-.N"-izopropyl-n-fenyléndiamín je teda účinný v kaučukoch z NK a iných nepolárnych kaučukoch v koncentrácii 1 až 2 hmotnostné diely na kaučuk. Pravdepodobne antiozonant rozpustený v povrchovej vrstve kaučuku .
Mechanizmus ochranného účinku založený na zosieťovaní fragmentov makromolekúl alebo na eliminácii ich rozpadu sa zdá byť pravdepodobný, ale vyžaduje si ďalšie experimentálne potvrdenie.
Veľmi bežnou koncepciou je, že antiozonanty na povrchu kaučuku viažu ozón a bránia mu v interakcii s kaučukom.
Naše štúdie vplyvu antiozonantov na reakciu gumy s ozónom (v roztoku CCl4) ukázali, že antiozonanty neovplyvňujú charakter kinetickej krivky ozonizácie gumy a prakticky nemenia aktivačnú energiu procesu. V prítomnosti antiozonantu sa zvyšuje len celkové množstvo absorbovaného ozónu. Ako však vyplýva z údajov o akumulácii skupín obsahujúcich kyslík, rýchlosť reakcie samotnej gumy s ozónom v tomto prípade klesá. Zároveň sa znižuje aj rýchlosť deštrukcie makromolekúl. Za týchto podmienok dochádza k súčasnej ozonizácii kaučuku a antiozonantu.
Štúdie kinetiky ozonizácie samotného antiozonantu (v roztoku) ukázali, že aktivačná energia tejto reakcie pre FPPD je o niečo vyššia ako pre kaučuk (1,4 kcal/mol), a rýchlosť interakcie tohto antiozonantu s ozónom v celom záujmovom teplotnom rozsahu prevyšuje rýchlosť ozonizácie kaučuku (keď hmotnostný pomer kaučuku a antiozonantu je 100:5).
To všetko naznačuje, že reakcia antiozonantu s ozónom na povrchu gumy zohráva určitú úlohu pri ochrane gumy pred starnutím ozónom. Rýchlosť reakcie pre rôzne antiozonanty však nekoreluje s ich účinnosťou pri praskaní gumy, takže proces nie je rozhodujúci pre ochranný účinok rôznych zlúčenín.
Uvedené nám umožňuje konštatovať, že v súčasnosti neexistuje všeobecne akceptovaný a dostatočne podložený názor na mechanizmus účinku antiozonantov. Tento problém si vyžaduje seriózne štúdium. Zdá sa však, že tento mechanizmus je iný odlišné typy zlúčeniny a pravdepodobne jeden typ antiozonantov nepôsobí podľa jedného, ale podľa rôznych mechanizmov.
Ochranný účinok antiozonantov sa zvyšuje so zvyšovaním ich koncentrácie. V praxi však použitie antiozonantov v koncentráciách výrazne prekračujúcich ich limit rozpustnosti nie je možné, preto kombinácie pozostávajúce z dva antiozonanty s prevažne odlišnou chemickou štruktúrou. Najúčinnejšie systémy antiozonantov, ktoré tvoria FPFD, paraoxyneozón (PON), acetonanil a množstvo ďalších produktov, zvyšujú τ u za atmosférických podmienok niekoľkonásobne.
Vosky.
Niektoré zmesi uhľovodíkov parafínového, izoparafínového a nafténového radu, čo sú produkty podobné vlastnosťami ako vosky, poskytujú fyzikálnu ochranu gumy pred atmosférickým starnutím. Vosky s dĺžkou molekulového reťazca 20-50 atómov uhlíka majú optimálne ochranné vlastnosti. Vosky sú účinné hlavne len v staticky namáhaných gumách. Ochranný účinok voskov je založený na ich schopnosti vytvárať na povrchu gumy súvislý film, ktorý zabraňuje interakcii gumy s ozónom. Podstata fenoménu tvorby filmu je nasledovná: pri ochladení kaučuku po procese vulkanizácie vosk zavedený do kaučukovej zmesi vytvorí v kaučuku presýtený roztok, z ktorého následne kryštalizuje. Kryštalizácia látky z presýteného roztoku v polyméri môže prebiehať ako vo veľkom, tak aj na jeho povrchu („blednutie“). Ten vedie k vytvoreniu ochranného filmu.
Účinnosť ochranného pôsobenia voskov súvisí predovšetkým s ozónovou priepustnosťou tohto filmu, ktorá je určená hrúbkou filmu a základnými fyzikálno-chemickými vlastnosťami vosku. Spolu s tým účinnosť vosku závisí vo veľkej miere od prevádzkovej teploty gumy; zvyčajne so zvyšujúcou sa prevádzkovou teplotou sa ochranný účinok vosku zhoršuje. Čím vyšší je bod topenia vosku (v rámci určitých limitov), tým väčší je teplotný rozsah, pričom všetky ostatné veci sú rovnaké, môže fungovať. Pri zvýšení prevádzkovej teploty gumy je potrebné použiť vosky s vyšším bodom topenia. Existujú údaje, ktoré to dokazujú účinnú ochranu vykonávané za podmienky, že prevádzková teplota kaučuku je 15-20 °C pod bodom topenia vosku. Táto hodnota klesá so zvyšujúcim sa dávkovaním vosku a používaním zmiešaných voskov.
Vzhľadom na skutočnosť, že teplota topenia nemôže slúžiť ako jednoznačná charakteristika špecifického voskového stavu látky so širokým rozsahom teplôt mäknutia, boli navrhnuté nové charakteristiky voskov - teplota nábehu a teplota úplného mäknutia, ktoré sa určujú štúdiom termomechanických vlastností voskov. Použitie týchto parametrov umožnilo zistiť, že na rozdiel od vyššie uvedeného sa podľa údajov zrýchlených laboratórnych testov ochranný účinok radu voskov zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou (od 25 do 57 °C).
Závislosť účinnosti ochranného pôsobenia množstva voskov od ich dávkovania pri atmosférickom starnutí staticky namáhanej gumy je popísaná buď krivkou nasýtenia alebo extrémnou krivkou.
Hranica účinnej koncentrácie vosku je zrejme spojená s vysokým stupňom presýtenia voskového roztoku v kaučuku, čo prispieva k intenzívnej kryštalizácii vosku v objeme, čo môže mať len negatívny vplyv na rovnomernosť a následne , o odolnosti gumy voči atmosférickému praskaniu. Vzhľadom na údaje o účinnosti ochranných voskov, ako aj ich negatívny vplyv na celý rad technologických vlastností gumy, sa odporúča používať vosky v množstvách nepresahujúcich tri hmotnostné diely. Najväčší účinok ochrany kaučuku sa dosiahne kombinovaným použitím antiozonantov a voskov, pričom účinok takýchto kompozícií je väčší ako aditívny účinok oboch zložiek. To možno vysvetliť skutočnosťou, že v prítomnosti voskového filmu na povrchu gumy antiozonant difunduje do neho pri akomkoľvek jeho obsahu v gume. Množstvo antiozonantu preneseného do fólie bude určené distribučným zákonom. Výpočet ukazuje, že pri zavedení do kaučuku 2 hm. h) FPPD (menej ako medza rozpustnosti), jeho obsah v monomolekulárnej povrchovej vrstve kaučuku bude o dva rády menší ako vo voskovom filme vytvorenom na kaučuku s hrúbkou 10 mk(rozpustnosť tohto antiozonantu v parafíne je asi 0,1 %). Vosk teda prispieva k prudkému zvýšeniu obsahu antiozonantu na povrchu gumy, rovnomerne rozloženého v súvislom filme.
Zvláštnosti starnutia gumy v trópoch
Hlavné znaky tropického podnebia, charakteristické pre nízke zemepisné šírky (od 0 do 30 °), sú:
vysoká celková úroveň slnečného žiarenia, ktorá sa v priebehu roka mení len málo. Veľké množstvo priameho slnečného žiarenia a vysoký obsah ultrafialových lúčov v slnečnom spektre; vyššia priemerná ročná teplota v porovnaní s inými klimatickými pásmami. Charakteristické je najmä veľké kolísanie denných teplôt. V tomto smere je v suchých trópoch aj vyššia priemerná maximálna ročná teplota (priemer maximálnych teplôt v každom mesiaci); vysoká hodnota relatívnej vlhkosti (vo vlhkých trópoch), ktorá zohráva úlohu hlavne pri kaučukoch vyrobených z polárnych kaučukov. Dôsledkom vysokej vlhkosti je prítomnosť rôznych mikroorganizmov, ktoré v niektorých prípadoch spôsobujú výskyt plesní na gume.
Hoci je koncentrácia ozónu v trópoch nižšia ako v iných klimatických pásmach, v dôsledku jeho kombinácie s intenzívnym slnečným žiarením a vysokou teplotou vzduchu prebieha starnutie kaučuku v trópoch oveľa rýchlejšie ako v miernom podnebí. Gumy vyrobené z nestabilných kaučukov, ktoré neobsahujú špeciálne ochranné prostriedky, praskajú v tropickom podnebí v priebehu 2-3 mesiacov, niekedy aj po niekoľkých dňoch.Tie isté kaučuky chránené účinnými antiozonantmi a voskami neprechádzajú zmenami niekoľko rokov. Porovnanie rýchlosti starnutia gumy v niektorých klimatických zónach ukazuje, že rýchlosť starnutia sa neustále zvyšuje s vystavením nasledujúcim bodom: Moskva, Batumi, Taškent, Indonézia. Zrýchlenie procesu závisí od typu gumy a značne sa líši, napríklad v Indonézii sa starnutie v porovnaní s Batumi zrýchľuje 2,7-8 krát av porovnaní s Moskvou 25-krát.
ZMENY MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ GUMY POČAS TEPELNÉHO STARNUTIA
Tepelná odolnosť - schopnosť gumy zachovať vlastnosti pri vystavení zvýšeným teplotám. Zvyčajne sa týmto pojmom rozumie odolnosť proti tepelnému starnutiu, počas ktorého sa mení chemická štruktúra elastoméru. Zmena vlastností gumy počas tepelného starnutia je nevratná.
Teplotná závislosť rýchlosti starnutia sa často formálne riadi Arrheniovou rovnicou, ktorá umožňuje predpovedať mieru zmeny ukazovateľov vlastností. Maximálna prípustná teplota pre dlhodobé (viac ako 1000 h) a krátkodobé (168 h) použitie kaučukov na báze rôznych kaučukov na vzduchu (zníženie pevnosti v ťahu do 3,5 MPa alebo relatívne predĺženie pri pretrhnutí do 70 %) je (°C): AC - viac ako 149 a 177, FC (amínová vulkanizácia) -177 a viac ako 177, BNK (peroxidová vulkanizácia) - viac ako 107 a 149, BNK ("cadmat" vulkanizácia) -135 a 149, EHGK-121 a 149, BBK-121 a 149, BK (vulkanizácia živicou) -135 a 149, EPT (peroxidová vulkanizácia) -149 a viac ako 149, v tomto poradí.
Znaky tepelného starnutia a vplyv zloženia kaučukovej zmesi na zmenu mechanických vlastností kaučukov na báze rôznych kaučukov pri statickom zaťažení sú uvedené nižšie. Na charakterizáciu odolnosti voči tepelnému starnutiu môžete použiť pomery (v %):
,
,
kde f 0 ε a f ε podmienené napätie pri danom predĺžení v procese naťahovania vzorky pri danej rýchlosti; f 0 p a f p – pevnosť v ťahu; ε 0 r a ε r relatívne predĺženie pri pretrhnutí pred a po starnutí.
Guma na báze izoprénovej gumy. (PI)
Pri rovnakom vulkanizačnom systéme majú gumy na báze PI minimálnu odolnosť voči tepelnému starnutiu. Pri 80–140 °C zvyčajne prebiehajú reakcie deštrukcie priestorovej siete vulkanizátu a pri 160 °C reakcie zosieťovania kaučukových makromolekúl. Zmena mechanických vlastností je z veľkej časti spôsobená deštrukciou makromolekúl, ktorých intenzita sa vo vzduchu zvyšuje. Zároveň hodnota f p a AT klesá viac ako ε p. Aktivačná energia vypočítaná z rýchlosti klesania f p , ε p a AT tiuramový vulkanizát NC obsahujúci sadze je 98-103 kJ/mol.
Okolo veku alebo „starnutia“ pneumatík sa vždy viedli spory a kontroverzie. V niektorých krajinách dokonca existovali požiadavky, aby výrobcovia vytlačili dátum ukončenia používania na gumu, napríklad na potraviny. V niektorých štátoch Ameriky sa pri kúpe dáva brožúra s popisom možných problémov, ak sa pneumatiky dlho nevymieňajú.
Chemický proces, ktorý spôsobuje starnutie gumy, sa nazýva oxidácia. Pri neustálom kontakte s kyslíkom guma začína schnúť a stáva sa tuhšou, čo sa prejavuje prasklinami na povrchu. Čo je najzaujímavejšie, pneumatika začína starnúť z vnútorných vrstiev kostry a nie z vonkajšej strany. V dôsledku vytvrdzovania prvkov kompozície začína proces delaminácie, keď sa úlomky gumy odlupujú z vrstiev kordu.
Rýchlosť starnutia je určená štyrmi hlavnými faktormi.
Kvalita izolačnej vrstvy. Tenká vrstva na vnútornej strane pneumatiky vyrobená z butylkaučuku je navrhnutá tak, aby zabránila úniku vzduchu čerpaného do kolies. Napriek tomu cez túto vrstvu prenikne určité percento kyslíka, čo spôsobí chemickú reakciu s vnútornými vrstvami.
Tlak vzduchu. Účinok oxidácie sa zvyšuje úmerne s tlakom vzduchu, čím viac, tým rýchlejšie. To znamená, že nahustené pneumatiky starnú oveľa rýchlejšie ako pneumatiky podhustené.
Teplota. Vysoká teplota zvyšuje reaktivitu kyslíka, čím ľahšie preniká cez tesniacu vrstvu gumy a ľahšie interaguje s vnútornými vrstvami behúňa.
Frekvencia používania. Počas jazdy, pod tlakom odstredivá sila, mazivo vo vnútri pneumatiky cirkuluje cez systém mikropórov, to znamená, že sa uvádza do pohybu. Teda "olejovanie" gumy. Pri nečinnosti kolies sa to nestane a začnú rýchlejšie schnúť.
Nemecký ADAC odporúča meniť pneumatiky každých 6 rokov bez ohľadu na vzhľad. V roku 1990 skupina Výrobcovia BMW, Volkswagen, Mercedes-Benz, General Motors vydali spoločné vyhlásenie, že pneumatiky staršie ako 6 rokov sa neodporúčajú používať. V roku 2005 Daimler/Chrysler uviedol, že odporúča, aby boli pneumatiky starostlivo kontrolované po 5 rokoch a vymenené po 10. Neskôr odporúčanie podporili aj Michelin a Continental.
Američania študovali poistné udalosti týkajúce sa problémov s kolesami a prišli na zaujímavý vzor. 77 % všetkých poistných udalostí bolo uskutočnených v piatich najjužnejších štátoch a v 87 % všetkých týchto prípadov boli pneumatiky staršie ako 6 rokov. To nepriamo potvrdzuje negatívny vplyv vysokých teplôt počas dlhého časového obdobia.
Sledoval sa aj trend, že pneumatiky s vysoký index rýchlosti strácajú svoju kondíciu pomalšie. Za zmienku tiež stojí, že staré pneumatiky sú náchylnejšie na nerovnomerné opotrebovanie, najmä letné pneumatiky pre osobné autá.
Závery:
Ak sú pneumatiky na vašom aute staršie ako 6 rokov, neznamená to, že by sa mali meniť. Len ich dôkladne skontrolujte, či nemajú praskliny na bočniciach, ak sa nejaké objavia, je to signál, že je čas poobzerať sa po nových alebo ojazdených pneumatikách. Podľa webu Shinkomplekt v poslednom čase predaj ojazdených kolies vo svete rastie kvôli zlej ekonomickej situácii.
Náhradné kolesá pre džípy, ktoré v letnom veku visia na zadných dverách v nafúknutom stave a na priamom slnku a obzvlášť rýchlo vysychajú. Ak sú pneumatiky skladované naplocho a chránené pred slnkom, vydržia dlhšie.
Starnutie gumy- proces oxidácie pri dlhodobom skladovaní alebo počas prevádzky, vedúci k zmene jeho fyzikálnych a mechanických vlastností (obr. 8.4).
Hlavnou príčinou starnutia je oxidácia kaučuku, teda pridávanie kyslíka v mieste dvojitých väzieb v kaučuku, v dôsledku čoho sa jeho molekuly trhajú a skracujú.
To vedie k strate pružnosti, lámavosti a nakoniec k vzniku siete trhlín na povrchu zostarnutej gumy.
Vystavenie teplu, svetlu, žiareniu, mechanickým deformáciám a prítomnosti oxidačných katalyzátorov (soli kovov s premenlivou mocnosťou) aktivujú a urýchľujú oxidáciu gumy a gumy.
Vzhľadom na to, že úloha faktorov aktivujúcich oxidáciu sa mení v závislosti od povahy a zloženia gumy, rozlišujú sa nasledujúce typy starnutia.
Tepelné starnutie
Tabuľka 8.3.
Fyzikálne a mechanické vlastnosti najdôležitejších leteckých kaučukov a ich použitie
| Značka pneumatiky | Guma | σz, MPa | εz | θz | Tvrdosť Shore, MPa | t xp,°C | Vzťah k organickým rozpúšťadlám | Aplikácia |
| % | ||||||||
| NK NK | 1.6 | 45…60 0,4…0,6 | -50 -50 | Nestabilné To isté | Tesniace diely, olejové tesnenia, tlmiče Tesniace diely, tlmiče | |||
| 15RI10 | NK | 0,3…0,4 | -55 | » | Komory kolies lietadiel | |||
| 14RI324 | NK | 0,7…1,4 | -56 | » | Letecké pneumatiky | |||
| SKN | 1,0…1,4 | -28 | Vytrvalý | Vnútorná vrstva a armatúry pre flexibilné palivové nádrže | ||||
| NO-68-1 | Nairnt* SKN | 0,7…1,2 | -55 | To isté | Tesniace diely pre pohyblivé spoje | |||
| B-14-1 | SKN | 1,6…1,9 | -50 | » | Tesniace diely pre pevné spoje | |||
| IRP-1354 | SKTFV* | 0,6…1,0 | -70 | nestabilná | Tesnenia, uzávery, rúrky, | |||
| IRP-1287 | GFR | 1,2…15 | -25 | Vytrvalý | Tesniace diely, gumo-kovové tesnenia | |||
| TRI-1401 | SKTV | 1,0…1,8 | -50 | nestabilná | Kontajnmentové hadice | |||
| IRP-1338 | SKTV | 5,0 | 0,7…1,2 | -70 | Vytrvalý | Tesnenia, uzávery, rúrky |
* Syntetická tepelne odolná guma s fenylovými a vinylovými radikálmi
Tepelné starnutie(tepelný, termooxidačný) vzniká pri zvýšených teplotách 4 v dôsledku tepelne aktivovanej oxidácie kaučuku. Rýchlosť tepelného starnutia sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Pri vystavení teplu dochádza k starnutiu v celej hmote gumy.
Ryža. 8.4. Vplyv trvania starnutia na pevnosť v ťahu ( a) a predĺženie ( b) kaučuk na báze prírodného ( 1 ), butadién styrén ( 2 ) a chloroprén ( 3 ) gumy
Svetlé starnutie je výsledkom svetlom aktivovanej oxidácie kaučuku. V praxi sa pri prevádzke gumových výrobkov (pneumatiky, balóny atď.) vždy pozoruje kombinovaný účinok kyslíka a svetla. Najefektívnejšie je žiarenie fialového a ultrafialového svetla. Počas ľahkého starnutia sa vlastnosti gumy menia, začínajúc od povrchových vrstiev. Odolnosť gumy voči starnutiu svetlom je určená vlastnosťami gumy a iných zložiek gumy, ktoré môžu pôsobiť ako svetelné filtre, svetelné stabilizátory, ako je oxid zinočnatý alebo oxid titaničitý.
Ozónové starnutie- zničenie gumy vplyvom ozónu je jedným z najaktívnejších typov starnutia. Na rozdiel od starnutia kyslíkom, ku ktorému dochádza v celej hmote, ozón pôsobí na gumový povrch. Povahou prebiehajúcich reakcií sa starnutie gumy ozónom líši od starnutia pôsobením atmosférického kyslíka. Ozón interaguje s gumou v mieste dvojitých väzieb za vzniku ozonidov:
ktoré sa menia na izozonidy
rozkladajú sa za vzniku produktov oxidácie kaučuku. V prítomnosti deformácie na povrchu gumy pôsobením ozónu sa objavujú trhliny smerujúce kolmo na ťahové napätia. Rastú rýchlo a vedú k zničeniu gumy.
Pôsobením ozónu na nenatiahnutú gumu sa na jej povrchu objaví krehký film, ale nevznikajú trhliny. Prítomnosť mnohých antioxidantov, ako je vosk, znižuje starnutie ozónu.
Starnutie v dôsledku mechanického namáhania a oxidačné procesy, aktivované mechanickým pôsobením, vedie k strate pevnosti a plasticity gumy. Niektoré typy gumových výrobkov (pneumatiky, rukávy, pásy atď.) Počas prevádzky podliehajú rôznym typom deformácií, v dôsledku čoho sa so zvyšujúcou sa amplitúdou mechanických deformácií zvyšujú oxidačné procesy. Do gumy je potrebné zaviesť vhodné aditíva, aby sa znížil vplyv dynamického zaťaženia na vlastnosti gumy.
radiačné starnutie pod vplyvom ionizujúceho žiarenia vedie k prudkému zhoršeniu fyzikálnych a mechanických vlastností gumy. Pri ožiarení vznikajú v kaučuku voľné polymérne radikály, ktoré interagujú s kyslíkom. Okrem toho vo vzdušnej atmosfére môže byť proces starnutia gumy pôsobením žiarenia superponovaný pôsobením ozónu, ktorý vzniká v dôsledku ionizácie vzduchu. Rýchlosť starnutia závisí od dávkového príkonu žiarenia.
atmosférické starnutie kaučuk tečie za skutočných atmosférických prevádzkových podmienok, kedy dochádza ku kombinovanému pôsobeniu kyslíka, ozónu, svetla, tepla, vlhkosti a mechanického namáhania. Pôsobenie všetkých týchto faktorov vytvára početné simultánne chemické reakcie, ktoré prispievajú k starnutiu gumy.
Boj proti starnutiu spočíva v zavedení antioxidantov do gumovej zmesi, ako aj slnečných reflektorov, ako je hliníkový prášok. Počas prevádzky, aby sa zvýšil zdroj leteckých kolies, sú naplnené dusíkom, čo výrazne spomaľuje starnutie gumy. Starnutie je možné spomaliť dodržiavaním stanovených pravidiel pre prevádzku a skladovanie výrobkov z gumy.
Prevádzkové vlastnosti kaučuky sú určené konkurenčnými účinkami degradácie a zosieťovania. Najstabilnejšie kaučuky sú na báze polysiloxánov, fluórkaučukov a chlórsulfónovaného polyetylénu. Pevnosť a plasticita takýchto kaučukov sa po 10 rokoch otvoreného vystavenia vonkajšiemu prostrediu zmení najviac o 10 ... 15% . Odolnosť gumy voči poveternostným vplyvom je výrazne ovplyvnená prítomnosťou plnív, modifikátorov a vulkanizačných prísad.
Zhrnutie. Napriek existujúcej rozmanitosti plastov, gúm, tesniacich a tesniacich materiálov existuje veľká potreba vyvinúť nové, perspektívne materiály zamerané na potreby kozmonautiky. Vznikla v súvislosti so sprísňovaním požiadaviek na zníženie počtu technologických procesov pri výrobe produktov, rozšírenie teplotný interval, výkon a podmienky aktívnej existencie kozmických lodí a nosných rakiet. Úlohy sú stanovené na vytvorenie nových tried plastov a gúm, tmelov a zmesí (vrátane vodivých gúm a tesniacich hmôt; tepelných, mrazových a agresívnych kaučukov; termálnych a agresívnych anaeróbnych tmelov; teplovodivých zmesí, ktoré absorbujú mikrovlnnú energiu). Takéto materiály vám umožnia vytvárať konštrukčné prvky, ktoré určia technický pokrok 21. storočie
