Polimēru materiālu novecošanas kļūme un dzīves prognoze

Polimēru materiālu novecošanas kļūme un dzīves prognoze
Uzglabāšanas un lietošanas laikā polimēru materiālus ietekmēs dažādi vides faktori (piemēram, ultravioletā gaisma, karstums, mitrums, ozons, mikroorganismi utt.) un darba apstākļi (piemēram, stress, elektriskais lauks, magnētiskais lauks, vide utt.) Fotoskābekļa noārdīšanās, termiskā noārdīšanās, ķīmiskā noārdīšanās, bioloģiskā noārdīšanās utt. izraisa dažādu īpašību pakāpenisku samazināšanos līdz iznīcināšanai. Tāpēc ir ļoti svarīgi izpētīt polimēru materiālu novecošanās atteices mehānismu un dzīves prognozi. Kā piemēru ņemot gumijas blīvējuma materiālus, no tiem izgatavotie izstrādājumi, piemēram, blīves, O-gredzeni, krūzes, eļļas blīvslēgi, vārsti utt., bieži atrodas mehānisko iekārtu galvenajās pozīcijās un tajā pašā laikā bieži vien ir vāji. komponentu vai mezglu saites. Ja tas zaudē blīvēšanas spēju, tas ir jāizjauc un jānomaina, pretējā gadījumā viss izstrādājums var tikt nodots metāllūžņos.
Gumijas novecošanas būtība ir gumijas molekulāro ķēžu šķērssavienošanās jeb pārraušana, kas lielākoties ir autokatalītisks oksidācijas mehānisms. Gumijas neapstrādātas gumijas veids un sastāvs lielā mērā nosaka produkta novecošanās stabilitāti. Piemēram, silikona gumijas un fluora gumijas karstumizturība ir labāka nekā nitrilbutadiēna gumijai (NBR); hidrogenētās nitrilbutadiēnkaučuka (HNBR) karstumizturība Jo augstāks piesātinājums, jo labāka ir termiskā stabilitāte; palielinoties akrilnitrila (AN) saturam, palielinās NBR eļļas izturība un izturība pret novecošanos, bet tajā pašā laikā samazinās tā blīvējuma veiktspēja un zemas temperatūras izturība. Gumijas vulkanizācijas sistēma, stabilizēšanas sistēma, pildvielas un plastifikatori ietekmēs matricas novecošanas īpašības. Silikona gumijai vai poliuretāna gumijai, kas ir viegli hidrolizējama vai kurai ir noteikta hidrofilitāte, mitrums paātrinās tās novecošanos. Lietošanas laikā gumijas blīvējuma materiāliem bieži ir jāiztur noteikta deformācija un jānonāk saskarē ar eļļas materiāliem. Tas padara materiāla novecošanās procesu ne tikai par termooksidatīvo noārdīšanās procesu, bet arī par eļļas vides un stresa ietekmi.
Gumijas kalpošanas laiku parasti novērtē ar paātrinātas termiskās skābekļa novecošanas testu, tas ir, paātrinātās novecošanas testu veic augstākā temperatūrā, un kalpošanas laiks tiek prognozēts, ekstrapolējot mērījumu rezultātus uz lietošanas (kalpošanas) temperatūru, izmantojot Arrhenius formulu. . Tas prasa, lai mehānisms, kas izraisa degradāciju, nemainās pētāmajā temperatūras diapazonā. Vairumā gadījumu ir pierādīts, ka Arrhenius metode ir piemērojama, taču daudzi pētnieki ir ziņojuši, ka gumijas novecošanas uzvedība, kas nav Arrhenius, nav pilnībā piemērojama. Piemēram, kad Bernstein et al. izpētot fluorsilikona paātrināto novecošanos, viņi atklāja, ka tā saspiešanas spriedzes relaksācijas uzvedības Arrhenius līkne novirzās par 80 grādiem, izraisot augstas un zemas temperatūras segmentiem divas aktivācijas enerģijas (73kJ·mol-1 un 29kJ ·mol-1). Aprēķinot no zemas temperatūras sekcijas aktivizēšanas enerģijas, kalpošanas laiks, kas atbilst 50% veiktspējas zudumam, ir 17 gadi, savukārt mūža ilgums, kas tieši ekstrapolēts no augstas temperatūras sekcijas aktivizācijas enerģijas, ir pat 900 gadi. Rediģējot, rediģējot un atkārtoti drukājot, ko veic Jiayu Testing Network, jānorāda avots. Šāda milzīga atšķirība norāda, ka faktiskie novecošanas apstākļi atšķiras no paātrinātas novecošanas, kā rezultātā notiek izmaiņas novecošanas mehānismā vai izmaiņas novecošanas mehānismā dažādos temperatūras diapazonos, kas padarīs vienkāršus ekstrapolācijas rezultātus neuzticamus. Tomēr pašreizējais pētnieciskais darbs lielākoties sākas no inženiertehnisko pielietojumu faktiskajām vajadzībām, pievēršoties mehāniskajām īpašībām (piemēram, izturībai, cietībai, kompresijas paliekošajai deformācijai, sprieguma relaksācijai, elastības atjaunošanās ātrumam utt.), attiecībā uz gumijas novecošanas mehānismu dažādos apstākļos. . Pētījumi tiek reti iesaistīti, kas nozīmē, ka dzīves prognozēšanai joprojām tiek izmantota paātrināta termiskā skābekļa novecošanas metode. Ir ievērojamas izpētes nepilnības attiecībā uz sarežģītu temperatūras un mitruma apstākļu ietekmi, stresa ietekmi, vidēju ietekmi uc gumijas vidē.
Termiskās oksidācijas procesā gumija veidos dažādus oksidācijas produktus, kas acīmredzami izkliedējas izstrādājuma biezuma virzienā, un mainīsies arī tās šķērssavienojuma blīvums. Pēc padziļinātas izpētes par NBR termisko skābekļa novecošanos un mehānismu gaisā un smēreļļā, autore atklāja, ka NBR novecošanās procesu gaisā var iedalīt trīs posmos. Pirmais posms galvenokārt ir piedevu (plastifikatoru, antioksidantu utt.) migrācija. Otrajā posmā dominē oksidācijas reakcija un šķērssaistīšanas reakcija, kas izpaužas kā šķērssavienojuma pakāpes un cietības palielināšanās, bet elastības atgūšanas ātrums samazinās. Trešajā vēlīnā termiskās oksidācijas novecošanas posmā spēcīga oksidēšanās var izraisīt pat molekulāro ķēžu pārrāvumu. Tomēr šobrīd NBR elastība ir gandrīz pilnībā zudusi un to nevar izmantot kā blīvējuma materiālu. Šajā procesā ļoti svarīgs rādītājs ir antioksidantu satura izmaiņas. Kad tā saturs samazinās līdz kritiskajai vērtībai, elastības atgūšanas ātrums strauji samazināsies, un cietība strauji palielināsies, izraisot tā veiktspējas zudumu. Ja NBR termiski noveco smēreļļā, pirmkārt, pateicoties smēreļļas difūzijai gumijā, gumija var ilgstoši saglabāt labas elastības īpašības. Otrkārt, lai gan smēreļļa zināmā mērā kavē skābekļa difūziju, oksidācijas pakāpe eļļā ir augstāka gumijas molekulāro ķēžu palielinātās mobilitātes dēļ. Ja viena veida eļļai ir dažādas viskozitātes, zemas viskozitātes eļļā oksidācijas pakāpe būs augstāka nekā augstas viskozitātes eļļā. Treškārt, smēreļļas ekstrakcijas efekts uz piedevām izraisa ātrāku piedevu migrācijas ātrumu gumijā.
Lietojot kā blīvējuma materiālu, gumija ir pakļauta spriedzei un laika gaitā atslābinās. Gilens et al. no Sandia National Laboratory pētīja butilkaučuka stresa relaksācijas uzvedību ar noteiktu deformāciju dažādās temperatūrās un atklāja, ka stresa relaksācijas ātrums ir ievērojami paātrināts saspringtos apstākļos.
Ja gumijas blīvējuma materiālus izmanto dinamiskās blīvēšanas un eļļošanas situācijās, jāņem vērā gumijas berzes un nodiluma īpašības. Gumijas berzes koeficients ir šķidruma, adhēzijas un deformācijas kopīgais ieguldījums. Adhēzija ir savienošanās un iznīcināšana molekulārā līmenī un samazinās līdz ar elastības moduli, kas ir viskoelastības funkcija. Gumijas histerētiskā berze ir enerģiju patērējošs process, ko pavada iekšēja amortizācija, bet tā palielinās, samazinoties elastības modulim. Nodilums ir lokāls bojājums, kas rodas šķērssaistītā tīkla sadalīšanās mazākās molekulās. Ja tā ir asa virsma, nodilums novedīs pie stiepes atteices; ja tā ir neasa virsma, tas novedīs pie noguruma kļūmes. Dažādiem eļļas materiāliem ir atšķirīga ietekme uz gumijas berzes un nodiluma īpašībām. Piemēram, estera bāzes eļļa pasliktina NBR mehāniskās īpašības daudz nopietnāk nekā minerāleļļa un poliolefīna sintētiskā eļļa (PAO).