อะไรทำให้แมวน้ำยางแข็ง?

ในฐานะที่เป็นวัสดุที่ยืดหยุ่นของพอลิเมอร์ยางอาจแข็งตัวในระหว่างการใช้งานส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลงและส่งผลต่ออายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ มีสาเหตุหลายประการที่ทำให้ยางซีลแข็งตัวรวมถึงปัจจัยทางกายภาพเคมีสิ่งแวดล้อมและเทคโนโลยี ต่อไปนี้จะเป็นการวิเคราะห์เชิงลึกของหลาย ๆ ด้านเช่นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างการเชื่อมโยงข้ามกลไกการชราภาพอิทธิพลของสูตรปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมและเทคโนโลยีการประมวลผล

กลไกการชุบแข็งของแมวน้ำยาง

เหตุผลสำคัญสำหรับการเพิ่มความแข็งของแมวน้ำยางส่วนใหญ่ ได้แก่ :

1. ระดับการเชื่อมโยงข้ามที่เพิ่มขึ้น-การวัลคาไนเซชั่นยังคงดำเนินต่อไปและความหนาแน่นของการเชื่อมโยงข้ามเพิ่มขึ้นซึ่ง จำกัด การเคลื่อนไหวของส่วนโซ่ยางและทำให้วัสดุแข็งตัว

2. การสูญเสียพลาสติก - การย้ายถิ่นหรือการระเหยของสารโมเลกุลต่ำเช่นพลาสติกและน้ำยาปรับสภาพทำให้ยางสูญเสียความยืดหยุ่น

3. การย่อยสลายของห่วงโซ่โมเลกุล - ห่วงโซ่หลักของโมเลกุลยางแตกส่งผลให้เกิดความเสียหายต่อโครงสร้างเครือข่ายยืดหยุ่นซึ่งปรากฏเป็นการเปลี่ยนแปลงของความแข็ง

4. การรวมตัวของฟิลเลอร์หรือการแยกเฟส - ฟิลเลอร์ (เช่นคาร์บอนแบล็กซิลิกา) รวมหรือชำระในเมทริกซ์ยางเพิ่มความแข็งในท้องถิ่น

ปัจจัยที่มีอิทธิพลหลักของการทำให้ซีลยางแข็งทื่อ

การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างการเชื่อมโยงข้าม

ระดับของการเชื่อมขวางของการหลอมรวมของยางมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความแข็ง:

·การทำให้เกินความจริง: เวลาหรืออุณหภูมิของการหลอมรวมสูงเกินไปส่งผลให้เกิดความหนาแน่นของการเชื่อมขวางเกินกว่าค่าที่เหมาะสมทำให้ยางแข็งเปราะและสูญเสียความยืดหยุ่น

·วัลคาไนซ์ทุติยภูมิ (หลังการบ่ม) ในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูงยางยังคงได้รับปฏิกิริยาข้ามการเชื่อมโยงเพื่อเพิ่มความแข็งเช่นยางซิลิโคนและยางฟลูออรีนบางตัวจะแสดงปรากฏการณ์การแข็งตัวที่อุณหภูมิสูงในระยะยาว

·ตัวแทนวัลคาไนซ์มากเกินไปในระบบวัลคาไนซ์ตัวแทนวัลคาไนซ์มากเกินไป (เช่นซัลเฟอร์เปอร์ออกไซด์และเรซิ่น) จะก่อตัวเป็นพันธะข้ามที่เชื่อมโยงกันมากเกินไปส่งผลให้เกิดยางแข็ง

·ระบบวัลคาไนเซชั่น (เช่นพันธบัตร monosulfide พันธบัตรซัลไฟด์และพันธบัตรโพลีซัลไฟด์) ที่มีพันธบัตรเชื่อมโยงข้ามชนิดต่าง ๆ มีผลกระทบที่แตกต่างกันต่อความแข็งของยางและพันธบัตรซัลไฟด์และพันธะโมโนซัลไฟด์นั้นยาก

กลไกความชรา

อายุเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักของการชุบแข็งของแมวน้ำยางและปัจจัยอายุทั่วไป ได้แก่ :

(1) อายุความร้อนออกซิเดชั่น

·อุณหภูมิสูงจะส่งเสริมปฏิกิริยาออกซิเดชันระหว่างออกซิเจนและโมเลกุลยางทำให้ห่วงโซ่โมเลกุลแตกหรือเพิ่มความหนาแน่นของการเชื่อมขวางทำให้เกิดความแข็งของซีลยาง

·ปฏิกิริยาการชราภาพความร้อน-ออกซิเดชั่นทั่วไป: R-H + O2 → R-O-O-H (เปอร์ออกไซด์) Rh + O _2 → Rooh (เปอร์ออกไซด์) เปอร์ออกไซด์สลายตัวต่อไป

(2) อายุโอโซน

·โอโซนสามารถทำลายพันธะคู่ที่ไม่อิ่มตัวของยางทำให้เกิดการเชื่อมโยงข้ามออกซิเดชั่นและปรับปรุงความแข็ง ตัวอย่างเช่นยางที่มีพันธะคู่เช่น NR, SBR, BR และอื่น ๆ มีความไวต่อโอโซน

(3) อายุอัลตราไวโอเลต

รังสี UV ทำให้เกิดปฏิกิริยาอนุมูลอิสระที่เร่งการเชื่อมโยงข้ามออกซิเดชันและซีลยางแข็ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งผลิตภัณฑ์ยางที่ใช้กลางแจ้งเช่นแมวน้ำและยางจะกลายเป็นเรื่องยากและเปราะเมื่อสัมผัสกับแสงแดดเป็นเวลานาน

(4) อายุไฮโดรไลติก

·ยางที่มีกลุ่มเอสเตอร์ (-COO-) หรือกลุ่มเอไมด์ (-conh-) เช่นยางโพลียูรีเทน (PU) และยางนีโอพรีน (CR) มีแนวโน้มที่จะไฮโดรไลซิสในสภาพแวดล้อมที่ชื้นและร้อนทำให้ยางแข็งหรือบด

(5) อายุรังสี

รังสีพลังงานสูงเช่นรังสีนิวเคลียร์และรังสีเอกซ์อาจทำให้เกิดการแตกหักหรือเชื่อมโยงข้ามของโซ่โมเลกุลยางซึ่งเปลี่ยนความแข็ง ตัวอย่างเช่นผลิตภัณฑ์ยางในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและนิวเคลียร์จำเป็นต้องได้รับการพิจารณาเป็นพิเศษสำหรับสูตรป้องกันรังสี

ปัจจัยการกำหนด

ส่วนประกอบที่แตกต่างกันของสูตรยางมีผลกระทบสำคัญต่อการเปลี่ยนแปลงความแข็ง:

ผลของฟิลเลอร์

·คาร์บอนโครงสร้างสูงคาร์บอนแบล็ก (เช่น N220, N330) สามารถเพิ่มความแข็งในขณะที่คาร์บอนแบล็กโครงสร้างต่ำ (เช่น N550, N660) มีผลต่อความแข็งน้อยลง

·ฟิลเลอร์Sio₂มีผลเสริมแรงที่แข็งแกร่งซึ่งอาจนำไปสู่ยางแข็งโดยเฉพาะอย่างยิ่งผลการเชื่อมโยงข้ามของกลุ่มซิลิคอนไฮดรอกซิลภายใต้สภาวะเปียก

·ฟิลเลอร์อนินทรีย์เช่นแคลเซียมคาร์บอเนตแป้งดินเหนียว ฯลฯ มากเกินไปจะเพิ่มความแข็งแกร่งของยางและเพิ่มความแข็ง

ผลของพลาสติก/น้ำยาปรับแต่ง

·พลาสติกระเหยหรืออพยพเช่นน้ำมันพาราฟิน, น้ำมันแนฟธีนิก, DOP (dioctyl phthalate) ฯลฯ ซึ่งอาจอพยพหรือระเหยหลังจากการใช้งานในระยะยาวทำให้ยางสูญเสียความนุ่มและแข็ง

·น้ำยาปรับสภาพลดลงพลาสติกเอสเตอร์บางตัวที่ย่อยสลายภายใต้อุณหภูมิสูงหรือสภาวะไฮโดรไลติกยางแข็ง

ผลของสารต้านอนุมูลอิสระ

·ชนิดสารต้านอนุมูลอิสระเช่น TMQ, 6PPD ฯลฯ สามารถชะลอการชราภาพความร้อนและออกซิเดชั่นและป้องกันไม่ให้ยางแข็งตัว

·การบริโภคสารต้านอนุมูลอิสระในการใช้งานในระยะยาวสารต้านอนุมูลอิสระจะค่อยๆหมดลงและอัตราการชราเพิ่มขึ้นเพิ่มความแข็ง

ผลกระทบของระบบเชื่อมโยงข้าม

·การเลือกระบบ Vulcanization

ระบบวัลคาไนเซชั่นเปอร์ออกไซด์นั้นยากกว่าระบบ Vulcanization ซัลเฟอร์

ระบบวัลคาไนเซชั่นเรซินนั้นง่ายที่จะทำให้ยางแข็ง

การใช้ระบบวัลคาไนที่มีความหนาแน่นข้ามการเชื่อมโยงสูงจะช่วยเร่งการแข็งตัว

·ปริมาณเร่งความเร็ว

ตัวเร่งความเร็วมากเกินไปอาจนำไปสู่การวัลคาไนซ์การแข็งตัวของยาง

ตัวเร่งความเร็วที่ไม่เพียงพอจะนำไปสู่การวัลคาไนซ์ไม่เพียงพอและความแข็งต่ำ แต่อาจยังคงเชื่อมโยงข้ามและแข็งตัวในระยะต่อมา

ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม

·อุณหภูมิมีผลต่ออุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของแก้ว (TG) ของยางในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิต่ำส่งผลให้วัสดุแตกหักอย่างแข็งและเปราะเช่นการเพิ่มความแข็งแกร่งของ NR และ SBR ที่อุณหภูมิต่ำ

·ความชื้นมีผลต่อการไฮโดรไลซิสหรือการเชื่อมโยงข้ามของยางบางชนิดเช่น PU, CR, EVA ฯลฯ ในสภาพแวดล้อมที่ชื้นดังนั้นความแข็งจึงเพิ่มขึ้น

·การสัมผัสทางเคมีกับสารเคมีเช่นกรดอัลคาลิสน้ำมันตัวทำละลาย ฯลฯ จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างทางเคมีของยางเพิ่มความแข็ง

ปัจจัยทางเทคโนโลยี

·การผสมที่ไม่สม่ำเสมอของฟิลเลอร์และตัวแทนวัลคาไนซ์อาจนำไปสู่ความหนาแน่นของการเชื่อมโยงข้ามที่ไม่สม่ำเสมอในพื้นที่ท้องถิ่นซึ่งปรากฏเป็นความแข็งผิดปกติ

·การควบคุมเวลาวัลคาไนเซชั่นเวลาวัลคาไนเซชั่นนานเกินไปอาจนำไปสู่การ overvulcanization ซึ่งเพิ่มความแข็งของยาง

· storageeExposure ที่ไม่เหมาะสมถึงอุณหภูมิสูงออกซิเจนและโอโซนเป็นเวลานานอาจทำให้เกิดการเชื่อมโยงข้ามหรืออายุของยางส่งผลให้เกิดความแข็ง