Изберете език 1. Въведение
Поради своята висока еластичност, отлична въздухонепроницаемост , и устойчивост на различни среди, гума се използва широко в уплътнителни системи за нефт и газ за космическото пространство, авиация , и военноморско въоръжение.
С бързото развитие на Националната отбранителна индустрия на Китай, компоненти от вулканизиран каучук стават все по-важни в аерокосмическо оборудване, морски съдове , и дълбоководно инженерство.
По-специално, под комплекса морска среда, гумени уплътнителни материали трябва да издържат висока влажност, солен спрей , и механично напрежение същевременно поставяйки по-високи изисквания към материала дългосрочна стабилност и експлоатационен живот.
В момента повечето проучвания по стареене на каучук съсредоточете се върху поведение при термично-окислително стареене на вулканизиран каучук , като основно изследва влиянието на температурата и кислорода върху неговите свойства.
Въпреки това, в морска среда , фактори като маслена среда, корозивни газове , и солен спрей съжителстват, които значително влияят на производителност на запечатване и експлоатационен живот на компоненти от вулканизиран каучук.
За разлика от това, части от невулканизирана гума (като напр частично омрежени защитни подложки, гумени покрития , и временни пломби, използвани на място ) показват по-слаба устойчивост на стареене поради липсата на стабилна омрежена мрежа.
Тези материали са склонни към повърхностно омекотяване, деформация , и влошаване на производителността под морска експозиция.
2. Причини и последици от стареенето на каучука
Причините за стареене на каучук могат да бъдат разделени на присъща и външен фактори:
Вътрешни фактори включват химически състав на полимерна структура, молекулярна конформация, кристалност, заплитане на веригата , и прекъсване на веригата или окисление, въведени по време на обработката.
Външни фактори включват кислород, озон, температура, влажност, солена мъгла, мухъл , и ултравиолетова радиация в околната среда.
За компоненти от вулканизиран каучук , а триизмерна омрежена структура осигурява добро устойчивост на стрес-релаксация и химическа стабилност.
Въпреки това, продължителното излагане на морска среда все още може да причини скъсване на кръстосана връзка, повърхностно напукване , или закаляване.
Части от невулканизирана гума , от друга страна, липсва вулканизираща обработка. Тяхната разхлабени молекулни вериги и голям свободен обем ги правят по-податливи на морски йони, окислители , и UV радиация , което води до ускорено стареене.
Промените в ефективността, предизвикани от стареенето, включват:
Промени във външния вид : повърхностно втвърдяване, напукване, лепкавост и обезцветяване.
Физическо и химическо разграждане : намаляване на плътност, твърдост, якост на опън, комплект за компресия, вискоеластичност , и електрически свойства.
Следователно, в практически приложения като напр аерокосмически маслени уплътнения, морски защитни подложки , и дълбоководни уплътнителни пръстени , важно е да се установят различни стандарти за оценка на стареенето за вулканизиран и изделия от невулканизиран каучук.
3. Тестове за ускорено стареене и прогнозиране на експлоатационния живот
В инженерната практика, изделия от каучук —особено компоненти от вулканизиран каучук —често имат експлоатационен живот над десет години.
За да симулирате дългосрочна употреба, тестове за ускорено стареене при висока температура са често използвани.
Използвани ранни проучвания абсорбция на кислород като индикатор за степента на стареене, по-късно еволюирайки в методи като напр стареене във фурната, кислородна бомба, въздушна бомба , и изкуствено изветряне тестове.
Най-широко използваният подход днес се основава на Емпирична връзка на Арениус и на принцип на суперпозиция време-температура , което предполага, че за всеки 10 °C повишаване на температурата, скорост на реакция двойки.
Въпреки това, в морска среда , традиционен модели за прогнозиране на ускорено стареене показват отклонения поради:
различни реакционни механизми в различни температурни зони,
антиоксидантна миграция или утаяване,
еволюция на морфологията на полимера , и
ограничения на дифузията на кислород свързани с дебелината на образеца.
Следователно, за компоненти от вулканизиран каучук работещ в условия на морска служба , препоръчително е да се намали температурата на ускорено стареене, да се удължи продължителността на теста или да се развие модели на многофакторно свързване включващ влажност, солен спрей , и микробна активност да се подобри точност на прогнозиране за цял живот.
За части от невулканизирана гума , поради липсата на стабилна омрежена мрежа, омекване или повреда настъпва бързо по време на ускорено стареене.
По този начин, традиционен Базиран на Арениус екстраполациите са ненадеждни и само краткосрочни оценки на стабилността обикновено се провеждат.
4. Симулация на морска среда за ускорено тестване
Предвид сложността на морска среда , еднофакторни тестове като напр влажност – топлина, солен спрей , или излагане на мухъл не може да възпроизведе напълно действителните условия на експлоатация.
В това проучване подобрено апарат за влажност-топлинно стареене беше нает, като замени дестилирана вода с изкуствена морска вода , и провеждане на тестове при 90 °C и 98% влажност за симулиране на многофакторно ускорено стареене.
Този метод увеличава скорост на стареене с приблизително осемкратно , което позволява бърза оценка на компоненти от вулканизиран каучук под морска експозиция.
Експерименталните резултати предоставят ценни насоки за избор уплътнителни материали в военноморски съдове, оборудване за гмуркане , и подводни кабели , като същевременно помага за оптимизиране на краткосрочна стабилност на компоненти от невулканизиран каучук в защитни структурни приложения.
Поради своята висока еластичност, отлична въздухонепроницаемост , и устойчивост на различни среди, гума се използва широко в уплътнителни системи за нефт и газ за космическото пространство, авиация , и военноморско въоръжение.
