7 raons per informar-vos sobre el fenomen d'envelliment dels segells de goma
És un fenomen habitual que els productes de cautxú augmentin de duresa després d'haver estat deixats o utilitzats durant un temps, especialment quan estan exposats a l'aire o sotmesos a pressió externa i canvis de temperatura. Aquest procés es deu principalment a canvis en les propietats físiques i químiques del cautxú, que es poden atribuir als següents aspectes: oxidació, augment de la reticulació, moviment limitat del segment, migració d'additius i influència de factors ambientals. A continuació, analitzaré les raons en detall a partir d'aquests aspectes.
Reacció d'oxidació
Els segells de goma estan subjectes a reaccions d'oxidació quan s'exposen a l'aire, especialment aquells que contenen oxigen i ozó. L'oxidació és una de les principals causes de l'envelliment del cautxú, durant el qual l'estructura molecular del cautxú canvia, augmentant la duresa. Els principals mecanismes de les reaccions d'oxidació inclouen els següents:
- Reacció en cadena dels radicals lliures: els segells de cautxú són propensos a generar radicals lliures sota l'acció de l'oxigen, i els radicals lliures es combinen amb l'oxigen per formar radicals peròxids, que al seu torn condueixen a la ruptura de la cadena i reaccions de reticulació, donant lloc a canvis en l'estructura del cautxú. A mesura que augmenta la reticulació, el moviment de les cadenes moleculars es restringeix i el cautxú presenta una duresa més alta.
- Efecte de l'ozó: L'ozó té un efecte perjudicial més fort sobre els segells de cautxú, causant no només el trencament de la cadena, sinó també productes d'oxidació directament a les molècules de cautxú. Aquests productes d'oxidació augmenten la fragilitat del cautxú, que presenta una major duresa.
Augment de l'enllaç creuat
La reticulació fa referència a la formació d'una estructura de xarxa entre molècules de cautxú mitjançant enllaços químics, que poden millorar les propietats mecàniques del cautxú i fer que tingui una duresa més alta. Els productes de cautxú solen estar reticulats durant el procés de fabricació mitjançant processos com la vulcanització, però el grau de reticulació augmentarà encara més durant l'ús. Això es deu principalment als factors següents:
- Fotoacció: La llum UV afavoreix la formació de radicals lliures a les molècules de cautxú, que al seu torn afavoreixen la reticulació entre les molècules de cautxú. Els productes de cautxú que han estat exposats a la llum solar durant molt de temps tindran una duresa més gran a causa de l'augment de la reticulació.
- Envelliment tèrmic: L'augment de les temperatures acceleren el moviment de les molècules de cautxú, augmentant la freqüència de col·lisions entre molècules i facilitant la formació de nous enllaços químics. L'acció tèrmica no només accelera la reacció d'oxidació, sinó que també afavoreix la reacció de reticulació, que finalment condueix a un augment de la duresa del cautxú.
- Reticulació oxidativa: Com s'ha esmentat anteriorment, les reaccions d'oxidació també poden provocar un augment de la reticulació de molècules de cautxú, especialment en presència d'oxigen i altes temperatures, on és més probable que es formin enllaços de reticulació entre molècules de cautxú.
L'augment de la reticulació augmenta significativament la duresa del cautxú, ja que la reticulació restringeix el moviment de les molècules de cautxú, fent que el material de cautxú sigui menys flexible. És per això que trobem que els productes de cautxú es tornen durs i trencadissos després d'un període d'ús.
Moviment limitat del segment
La suavitat dels materials de cautxú es deriva principalment del lliure moviment de les seves cadenes moleculars, però després d'un període d'ús, aquest moviment de segments es pot limitar per les raons següents:
- Limitacions de l'enllaç creuat: L'augment de la reticulació limita directament el lliure moviment de les cadenes moleculars de cautxú, i l'estructura de cautxú reticulat s'acosta més a una estructura sòlida i el grau de llibertat dels segments de la cadena disminueix, donant lloc a un augment de la duresa.
- Higroscòpic i assecat: Alguns materials de cautxú poden absorbir la humitat en un ambient humit i perdre-la en un ambient sec. El canvi d'humitat provoca un canvi en el moviment dels segments de la cadena dins del material de cautxú, que afecta la seva suavitat. Per exemple, quan la humitat disminueix, els segments del material de cautxú estan més alineats, cosa que es manifesta com un augment de la duresa.
- Congelació: A baixes temperatures, el moviment de les cadenes moleculars de cautxú es debilita, la qual cosa es manifesta com un enduriment del material. En algunes aplicacions especials, els canvis de temperatura poden provocar canvis repetits en la duresa del cautxú.
Migració d'additius
Sovint s'afegeixen additius com plastificants i antioxidants durant el procés de fabricació de productes de cautxú per millorar-ne el rendiment. Tanmateix, durant l'ús, aquests additius poden migrar o evaporar gradualment, augmentant la duresa del cautxú.
- Migració o volatilització de plastificants: El paper dels plastificants és millorar la suavitat de la goma, fent-la més elàstica. Tanmateix, els plastificants poden migrar gradualment a les superfícies o volatilitzar-se a l'aire durant l'ús, especialment a altes temperatures, on aquesta migració o evaporació serà més ràpida. Quan el plastificant es redueix, la flexibilitat del cautxú disminueix, la qual cosa es manifesta com un augment de la duresa.
- Consum d'antioxidants: El paper dels antioxidants és inhibir el procés d'envelliment del cautxú, però els antioxidants es descompondran gradualment i fallaran a alta temperatura, llum i altres condicions. Un cop esgotat l'antioxidant, la capacitat del cautxú per resistir l'envelliment disminueix, i l'oxidació i la reticulació s'intensifiquen, augmentant la duresa.
Influència dels factors ambientals
La duresa del cautxú també es veu afectada per factors ambientals, com la temperatura, la humitat, la llum, els productes químics, etc., que poden tenir un impacte significatiu en les propietats físiques i químiques del cautxú.
- Temperatura: Les altes temperatures acceleren l'oxidació i la reticulació dels segells de cautxú, mentre que les baixes temperatures frenen el moviment de les cadenes moleculars de cautxú, fent que el cautxú sigui més rígid. En el procés d'ús real, els productes de cautxú sovint estan exposats a un entorn de gran canvi de temperatura, la qual cosa tindrà un impacte en la duresa del cautxú.
- Humitat: La humitat pot afectar la suavitat dels segells de cautxú, especialment alguns materials de cautxú més hidròfils que absorbiran la humitat en un ambient humit i perdran humitat en un ambient sec. Aquest canvi d'humitat afecta la duresa del cautxú.
- Substàncies químiques: Els segells de goma poden estar exposats a productes químics com olis, àcids i àlcalis durant l'ús, que poden desencadenar una reacció de degradació del cautxú, fent que la seva duresa canviï. Per exemple, alguns productes de cautxú s'inflaran sota l'acció de l'oli, que es manifesta per una major suavitat; En entorns àcid-alcalins, el cautxú es pot degradar químicament o endurir-se.
Cristal·lització
Alguns materials de cautxú cristal·litzaran a llarg termini o baixes temperatures, especialment el cautxú natural i el cautxú de butadiè. Aquesta cristal·lització fa que la duresa del material de cautxú augmenti, fent-se més fràgil i més dur.
- Cristal·lització provocada per estar dempeus: Quan un segell de goma es deixa parat, es forma gradualment una estructura ordenada entre les cadenes moleculars i es produeix una cristal·lització parcial, fent que el material s'endureixi. Això és especialment evident en el cautxú natural, on els productes de cautxú que no s'han utilitzat durant molt de temps poden endurir-se i fins i tot semblar trencadissos.
- Cristal·lització a baixa temperatura: Alguns materials de cautxú cristal·litzen a baixes temperatures i les cadenes moleculars es disposen d'una manera més ordenada a baixes temperatures, augmentant la duresa del material. Aquesta cristal·lització es recupera gradualment a mesura que augmenta la temperatura, però si es deixa a una temperatura baixa durant molt de temps, el fenomen de cristal·lització pot esdevenir irreversible.
Efectes de fatiga
El cautxú tindrà un efecte de fatiga sota tensions repetides i l'estructura interna es deteriorarà gradualment, donant lloc a un canvi de duresa. L'efecte de fatiga es deu principalment a la ruptura o reordenació de les cadenes moleculars internes del material de cautxú en estiraments i compressió repetits, que es manifesta com un augment de la duresa.
- Formació de microesquerdes: La tensió repetida pot crear esquerdes microscòpiques dins del cautxú, i la propagació de les esquerdes afectarà l'estructura general del material, fent que s'endureixi gradualment.
- Reticulació induïda per l'estrès: Sota estrès, es produeix una reacció química entre les molècules de cautxú, creant nous punts de reticulació, donant lloc a un augment de la duresa del material.
Hi ha moltes raons per a l'augment de la duresa dels productes de cautxú després d'un temps d'ús, els principals factors inclouen reaccions d'oxidació, augment de la reticulació, moviment limitat del segment, migració d'additius, factors ambientals, cristal·lització i efectes de fatiga. La combinació d'aquests factors comporta un canvi en l'estructura molecular del cautxú, que limita el moviment de les cadenes moleculars, que finalment es manifesta com un augment de la duresa. Per frenar aquest augment de la duresa, es poden afegir antioxidants i antioxidants més efectius als productes de cautxú, i poden estar exposats a altes temperatures, raigs ultraviolats i ambients oxidants forts.