Анализ причин затвердевания резины

Существует множество причин, по которым каучук затвердевает, включая физические, химические, экологические и технологические факторы. Ниже представлен подробный анализ с учётом множества аспектов, таких как изменения в структуре поперечных связей, механизм старения, влияние рецептуры, факторы окружающей среды и технология обработки.

Основные причины повышения твердости резины в основном включают:

1. Повышенная степень сшивания — по мере вулканизации плотность сшивания увеличивается, что ограничивает активность резиновых сегментов и затвердевает материал.

2. Потеря пластичности — низкомолекулярные вещества, такие как пластификаторы и смягчители, мигрируют или испаряются, из-за чего резина теряет гибкость.

3. Разрушение молекулярной цепи — основная цепь молекулы каучука разрывается, что приводит к повреждению эластичной сетчатой структуры, что проявляется в изменении твёрдости.

4. Агрегация наполнителя или фазовое разделение — наполнители (такие как технический углерод и белый технический углерод) агрегируют или оседают в резиновой матрице, что приводит к увеличению локальной твёрдости.

 

Основные факторы, влияющие на отверждение резины

1. Изменения в структуре поперечных связей

Степень поперечного сшивания при вулканизации каучука существенно влияет на его твёрдость:

• Перегружающий

Время вулканизации или температура слишком высоки, что приводит к превышению оптимальной плотности поперечных связей, из-за чего резина становится твёрдой, хрупкой и теряет гибкость.

• Последующее отверждение

При высоких температурах резина продолжает вступать в реакции сшивания, что повышает её твёрдость. Например, некоторые силиконовые и фторкаучуковые резины при длительном воздействии высоких температур становятся твёрдыми.

• Чрезмерное количество вулканизирующего агента

Избыток вулканизирующих агентов (таких как сера, пероксиды и смолы) в системе вулканизации приводит к образованию слишком большого количества поперечных связей, что делает резину слишком твёрдой.

• Изменения в типах сшивающих связей

Различные системы вулканизации (например, моносиндиновые, дисинденовые и полисинденовые связи) по-разному влияют на твёрдость резины. Д

исинденовые и моносиндиновые связи твёрже, чем полисинденовые.

2. Механизм старения

Старение — одна из основных причин затвердевания резины. К распространённым факторам старения относятся:

(1) Термоокислительное старение

Высокая температура способствует окислительной реакции между кислородом и молекулами каучука, в результате чего молекулярные цепочки разрываются или увеличивается плотность поперечных связей, что приводит к затвердеванию каучука. Типичная реакция термического окислительного старения:

R−H+O2→R−O−O−H (перекись)R-H + O_2 → R-O-O-H (перекись) Перекись разлагается дальше, способствуя окислительному сшиванию и затвердеванию резины.

(2) Старение озоном

Озон может разрушать ненасыщенные двойные связи в резине, вызывая образование окислительных поперечных связей и повышая твёрдость. Например, резины с двойными связями, такие как NR, SBR и BR, легко подвергаются воздействию озона.

(3) Ультрафиолетовое старение

УФ-излучение может вызывать реакции со свободными радикалами, ускорять окислительное сшивание и затвердевание резины. Особенно для резиновых изделий, используемых на открытом воздухе, таких как уплотнители и шины, длительное воздействие солнечного света приводит к затвердеванию и хрупкому растрескиванию.

(4) Гидролизное старение

Каучуки, содержащие сложные эфирные группы (-COO-) или амидные группы (-CONH-), такие как полиуретановый каучук (PU) и хлоропреновый каучук (CR), подвержены гидролизу в жаркой и влажной среде, что приводит к затвердеванию или измельчению каучука.

(5) Радиационное старение

Высокоэнергетическое излучение, такое как ядерное излучение и рентгеновские лучи, может привести к разрыву или сшиванию молекулярной цепи каучука, тем самым изменив его твёрдость. Например, при производстве резиновых изделий для аэрокосмической и атомной промышленности необходимо учитывать формулы радиационной защиты.

Формульные коэффициенты

Различные компоненты резиновой смеси оказывают важное влияние на изменение твердости:

1. Влияние наполнителей

• Технический углерод с высоким

Технический углерод (например, N220, N330) может повысить твёрдость, в то время как технический углерод с низкой структурой (например, N550, N660) практически не влияет на твёрдость.

 

• Белая сажа

Наполнители SiO₂ обладают сильным армирующим эффектом и могут привести к затвердеванию резины, особенно при сшивании силанолом во влажных условиях.

• Неорганические наполнители

Например, карбонат кальция, тальк, глина и т. д. Если добавить слишком много, это увеличит жёсткость резины и повысит твёрдость.

2. Воздействие пластификаторов/смягчителей

• Улетучивание или миграция пластификатора

Как и в случае с парафиновым маслом, нафтеновым маслом, DOP (диоктилфталатом) и т. д., при длительном использовании они могут мигрировать или испаряться, из-за чего резина теряет эластичность и становится жёсткой.

• Деградация умягчителя

Некоторые сложные эфирные пластификаторы разлагаются при высокой температуре или в условиях гидролиза, что приводит к затвердеванию резины.

3. Действие антиоксидантов

• Типы антиоксидантов

Такие вещества, как TMQ, 6PPD и т. д., могут эффективно замедлять термическое окисление и предотвращать затвердевание резины.

• Потребление антиоксидантов

При длительном использовании антиоксиданты постепенно расходуются, скорость старения ускоряется, а твёрдость увеличивается.

4. Влияние системы сшивания

• Выбор системы вулканизации

Система вулканизации перекисью обладает более высокой твёрдостью, чем система вулканизации серой;

Система вулканизации смолы легко приводит к затвердеванию резины;

Использование системы вулканизации с высокой плотностью поперечных связей ускорит затвердевание.

• Количество ускорителя

Слишком большое количество ускорителя может привести к чрезмерной вулканизации и затвердеванию резины;

Недостаточное количество ускорителя приведёт к недостаточной вулканизации и низкой твёрдости, но поперечное сшивание может продолжаться и после затвердевания.

Факторы окружающей среды

• Температурный эффект

При низких температурах температура стеклования (Tg) резины повышается, из-за чего материал становится твёрдым или даже хрупким. Например, жёсткость NR и SBR увеличивается при низких температурах.

• Влияние влажности

Некоторые каучуки, такие как PU, CR, EVA и т. д. гидролизуются или сшиваются во влажной среде, что повышает их твёрдость.

• Химический контакт

Контакт с химическими веществами, такими как кислоты, щёлочи, масла и растворители, приводит к изменениям в химической структуре резины, повышая её твёрдость.

Факторы обработки

• Неравномерное перемешивание

Неравномерное распределение наполнителей и вулканизаторов может привести к неравномерной плотности сшивки в локальных областях, что проявляется в виде аномальной твёрдости.

• Контроль времени вулканизации

Чрезмерное время вулканизации может привести к перевулканизации, которая повышает твёрдость резины.

• Неправильное хранение

При длительном воздействии высокой температуры, кислорода и озона резина может сцепиться или состариться, что приведёт к её затвердеванию.

Итог

Отверждение резины — сложный процесс, на который влияет множество факторов. Только оптимизировав его с разных точек зрения, таких как материалы, рецептуры, окружающая среда и процессы, можно эффективно продлить срок службы резиновых изделий.

ВСЕГДА С ВАМИ РТИ 100! Производитель РТИ на заказ, по техническому заданию от проектирования до исследований и разработок, от производства до тестирования. Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь напрямую с компанией РТИ 100. Электронная почта: tdpoligran@mail.ru

Услуги — Дробеструйная обработка, очистка металла