Gumijai un smērvielām daudzos gadījumos ir jābūt saskarē. Bet bieži rodas problēmas ar tā dēvēto gumijas "novecošanos": gumijas īpašību pasliktināšanās, pateicoties mijiedarbībai starp gumiju un iesaistītajām smērvielām / bāzes eļļām.
Šī ir daudz pētīta parādība, taču parasti pētījumos nav pietiekami dziļi izpētīts, kāpēc abi komponenti nav savietojami. Jauns Nynas pētījums izpētīja iespēju izmērīt gumijas saraušanos un pietūkumu eļļas migrācijas dēļ starp otru kā samērā vienkāršu gumijas un smērvielas savietojamības pārbaudi. Pētījumā galvenā uzmanība tika pievērsta gumijas mehāniskās un zemas temperatūras īpašību izmaiņām tās saskares laikā ar vairākām smērvielām un to bāzes eļļām. Tomēr šajā procesā mēs izdarījām interesantu un svarīgu atklājumu: migrē ne tikai eļļa, bet arī citas sastāvdaļas. Tās ietekmē dažādas mehāniskās īpašības, un tāpēc atklājumam ir būtiska ietekme, mēģinot optimizēt gumijas / tauku mijiedarbību.
Kāds var lieliski pagatavot smērvielu. Tad kāds cits varētu lieliski sagatavot gumiju. Tomēr, kad šī lieliskā smērviela nonāk saskarē ar šo lielisko gumiju, pārāk bieži gumija tiek iznīcināta. Daudzi pētījumi ir risinājuši šo jautājumu, taču mēs esam noskaidrojuši, ka tie nav pietiekami tālu nonākuši pie izpratnes par tauku un gumijas nesaderības pamatcēloņiem.
Mijiedarbību, par kuru mēs runājam, parasti sauc par gumijas "novecošanos". Novecošana nozīmē to īpašību pasliktināšanos, kas gumijai ir vajadzīgas, lai sasniegtu savu mērķi. Lai izpētītu šo procesu, jāņem vērā daudzi parametri, piemēram, polimēra maksātspējas īpašības, gumijā izmantotie plastifikatori un bāzes eļļas īpašības. Tas būtu samērā vienkārši, ja jums būtu jāveic tikai viens vai divi testi, lai noteiktu novecošanās ietekmi uz dažādiem paraugiem. Teorētiski pietiek ar gumijas pietūkuma un saraušanās mērīšanu. Pieņemot, ka notiek tā, ka bāzes eļļa migrē starp gumiju un smērvielu, laba saderība būtu jāuzrāda ar nelielu saraušanos vai pietūkumu vai bez tā. Bet dzīve ne vienmēr ir tik vienkārša ...
Pārbaužu apraksts
Tika veikta virkne testu, lai salīdzinātu bāzes eļļu un smērvielu saderību ar gumiju novecošanas laikā. Šim nolūkam tika izmantotas četras dažādas bāzes eļļas, kuru viskozitāte 40 ° C temperatūrā bija 150 mm2 / s. Tika salīdzinātas trīs dažāda maksātspējas naftenīna eļļas un viena parafīna eļļa.
Gan smērvielu, gan bāzes eļļu izmantošanas iemesls bija noteikt, vai gumijas saderības pārbaudēs ir nepieciešams lietot smērvielu vai ir pietiekami, lai veiktu testus tikai ar eļļu, lai iegūtu pārliecinošus rezultātus.
Lai pārbaudītu mijiedarbību, gumijas paraugi tika pilnībā iegremdēti bāzes eļļās un smērvielās. Novecošana tika veikta trīs dažādās temperatūrās - 80 ° C, 100 ° C un 120 ° C, un testa ilgums bija viena nedēļa. Pētījuma laikā tika izmērītas katra gumijas parauga cietības un svara izmaiņas.
Cietības mērījumi tika veikti, izmantojot IRHD metodi, un rezultāti tika reģistrēti, izmantojot IRHD skalu no 0 līdz 100, kur 0 atbilst īpaši mīkstajai gumijai. Parasto gumijas veidu IRHD vērtības ir no 30 līdz 85 grādiem.
Tika izmērīta arī stiepes izturība un pagarinājums. Stiepes izturība ir spēks, kas vajadzīgs, lai gumija izstieptu līdz plīsumam, dalīta ar testa parauga šķērsgriezuma laukumu. Rezultāti ir izteikti MPa. Paildzinājums ir gumijas spēju izstiepties, nesadaloties, mēra procentos no sākotnējā garuma.
Gumijas paraugiem, kas izturēti bāzes eļļās 100 ° C temperatūrā, tika veikti arī stikla pārejas temperatūras Tg mērījumi. Visi temperatūras pazemināšanās līdz līmenim, kas pazīstams kā polimēra stikla pārejas temperatūra, visi polimēri galu galā nostiprinās līdz stingram (un trauslam) amorfā stikla stāvoklim. Gumijai šī temperatūra norāda zemas temperatūras ierobežojumu.
Rezultāti
Rezultāti parādīja, ka identiskos apstākļos hloroprēna gumija (CR) uzbriest vairāk nekā nitrilbutadiēna kaučuks (NBR) kaučuks (1. un 2. attēls). Faktiski NBR gumija vairumā gadījumu demonstrēja saraušanos. Eļļas ar lielāku šķīdinātāja jaudu, piemēram, naftenīna eļļas ar augstu aromātisko saturu, CR gumijai rada lielāku pietūkumu, bet NBR gumijai mazāk saraujas nekā eļļas, kurām ir mazāka šķīdinātāja jauda, piemēram, ar zemu aromātisko parafīnu eļļu. Tādējādi parafīna eļļa izraisīja minimālu pietūkumu CR gumijas gadījumā, bet maksimālu saraušanos NBR gumijas gadījumā.
Tas ir diezgan loģiski, ņemot vērā eļļu un kaučuka maksātspējas īpašību līdzību. Kopumā, jo tuvāk eļļas maksātspējai ir gumijai, jo lielāks ir eļļas daudzums, ko gumija var ieslodzīt. Ja maksātspēju izsaka ar Hildebranda šķīdības parametru vērtībām, tiek konstatēts, ka hloroprēna gumijas un naftenīna eļļas ir daudz tuvāk viena otrai nekā nitrila-butadiēna gumijas un naftenīna eļļas, un maksātspējas neatbilstība vēl vairāk palielinās, pārejot no naftēnu un parafīnu eļļām.
Apskatot cietības un stiepes izturības mērījumus, kļūst acīmredzama šāda tendence: pietūkums vienmēr ir saistīts ar noteiktiem cietības un stiepes izturības zaudējumiem (3. un 4. attēls).
Turklāt mūsu eksperimenti parādīja, ka ilgstošs kontakts ar smērvielām un bāzes eļļām arī būtiski ietekmē gumijas stikla pārejas temperatūru (Tg). No lietotāja viedokļa gumijas Tg ir svarīgs parametrs, kas nosaka zemāko temperatūru, zem kuras gumiju nevar izmantot, jo tā zaudē savu elastību. Ir zināms, ka plastifikatora klātbūtne pazemina stikla pārejas temperatūru Tg (tāpat kā izšķīdušas vielas klātbūtne parasti pazemina šķīdumu sasalšanas temperatūru). Tāpēc gumijas Tg palielināšanās pamata eļļā un smērvielās norāda uz plastifikatoru pārdalīšanos starp gumijas un eļļas fāzēm: eļļa migrē gumijā un sākotnēji gumijā esošie plastifikatori migrē.
Tātad, kā to var novērst? Viens no ieteiktajiem veidiem, kā to novērst, bija izlīdzināt koncentrācijas atšķirības, smērvielu sastāvam pievienojot atbilstošus gumijas plastifikatorus, piemēram, dioktilaladātu. Citas alternatīvas bija izmantot polārāku plastifikatoru, piemēram, alkilētu arilfosfātu, vai daļēju dioktilatidāta aizvietošanu ar naftenīna eļļu gumijas izstrādājumos. Šīs iespējas tika pārbaudītas, taču neviena no tām nebija pilnībā veiksmīga. Aizvietojot daļu polārā plastifikatora (DOA) gumijā ar naftenīna eļļu, sākotnēji nedaudz palielinās stikla pārejas temperatūra (Tg), taču tam ir maza ietekme uz gumijas novecošanās testu rezultātiem; un gumijas, kas plastificētas ar naftēnu eļļām un ar esteriem, sadalās līdzīgi. Un pretēji, ir pierādīts, ka DOA pievienošana bāzes eļļas vai smērvielu sastāvam uzlabo gumijas zemas temperatūras īpašības (nospiežot Tg), bet nelabvēlīgi ietekmē mehāniskās īpašības, piemēram, cietību, stiprību un blīvējuma saderības indeksu. Atbilstošie eksperimentālie dati ir redzami 5. – 8. Attēlā.
Pārbaužu rezultāti pārliecinoši liecina, ka smērvielu un gumijas mijiedarbību lielā mērā nosaka taukvielu pagatavošanā izmantotās bāzes eļļas īpašības. Bāzes eļļu laba gumijas savietojamība garantē no tām ražoto smērvielu labu gumijas savietojamību.
Secinājumi
Mūsu rezultāti rāda, ka, mēģinot optimizēt gumijas un bāzes eļļas / smērvielas mijiedarbību, nav vienkāršas atbildes, un gumijas tips, plastifikants un bāzes eļļas / smērvielas sastāvs ir visi mainīgie lielumi, kas jāņem vērā. Plastifikatoru migrācija ir svarīgs atradums, un tas vienmēr jāņem vērā.
Lielākajā daļā testu labi attīrītas naftenīna eļļas un no tām iegūtās smērvielas parādīja labu gumijas savietojamību, kas ir salīdzināma vai pat lielāka par citu tirgū pieejamo analogo produktu kvalitāti.