Nuqqas ta 'Tixjiħ U Tbassir tal-Ħajja Ta' Materjali Polimeri

Falliment tat-tixjiħ u tbassir tal-ħajja tal-materjali polimeri
Waqt il-ħażna u l-użu, materjali tal-polimer se jiġu affettwati minn diversi fatturi ambjentali (bħal dawl ultravjola, sħana, umdità, ożonu, mikro-organiżmi, eċċ.) u kundizzjonijiet tax-xogħol (bħal stress, kamp elettriku, kamp manjetiku, midja, eċċ.) Id-degradazzjoni tal-fotoossiġenu, id-degradazzjoni termali, id-degradazzjoni kimika, id-degradazzjoni bijoloġika, eċċ., Iwasslu għat-tnaqqis gradwali ta 'diversi proprjetajiet sal-qerda. Għalhekk, huwa ta 'sinifikat kbir li jiġi studjat il-mekkaniżmu tal-falliment tat-tixjiħ u t-tbassir tal-ħajja tal-materjali tal-polimeru. Meta tieħu l-materjali tas-siġillar tal-gomma bħala eżempju, il-prodotti magħmula minnha, bħal gaskits, O-rings, tazzi, siġilli taż-żejt, valvi, eċċ., Ħafna drabi jkunu f'pożizzjonijiet ewlenin f'tagħmir mekkaniku, u fl-istess ħin huma ħafna drabi d-dgħajfa rabtiet ta' komponenti jew assemblaġġi. Jekk titlef il-kapaċità tas-siġillar tiegħu, għandu jiġi żarmat u sostitwit, inkella l-prodott kollu jista 'jiġi skrappjat.
L-essenza tat-tixjiħ tal-gomma hija l-cross-linking jew il-ksur tal-ktajjen molekulari tal-gomma, li huwa l-aktar mekkaniżmu ta 'ossidazzjoni awtokatalitika. It-tip u l-kompożizzjoni tal-gomma prima tal-gomma jiddeterminaw l-istabbiltà tat-tixjiħ tal-prodott fil-biċċa l-kbira. Pereżempju, ir-reżistenza tas-sħana tal-gomma tas-silikonju u tal-gomma tal-fluworin hija aħjar minn dik tal-gomma nitrile butadiene (NBR); ir-reżistenza tas-sħana tal-gomma nitril butadiene idroġenata (HNBR) Aktar ma tkun għolja s-saturazzjoni, aħjar tkun l-istabbiltà termali; hekk kif il-kontenut ta 'akrilonitrile (AN) jiżdied, ir-reżistenza taż-żejt u r-reżistenza għat-tixjiħ ta' NBR tiżdied, iżda fl-istess ħin il-prestazzjoni tas-siġillar tagħha u r-reżistenza għat-temperatura baxxa tonqos. Is-sistema tal-vulkanizzazzjoni tal-gomma, is-sistema ta 'stabbilizzazzjoni, il-fillers u l-plastiċizzanti kollha se jaffettwaw il-proprjetajiet tat-tixjiħ tal-matriċi. Għal gomma tas-silikonju jew gomma tal-polyurethane li hija faċilment idrolizzata jew għandha ċerta idrofiliċità, l-umdità tħaffef it-tixjiħ tagħha. Waqt l-użu, materjali tas-siġillar tal-gomma spiss ikollhom jifilħu ċertu ammont ta 'deformazzjoni u jiġu f'kuntatt mal-midja taż-żejt. Dan jagħmel il-proċess ta 'tixjiħ tal-materjal mhux biss proċess ta' degradazzjoni termo-ossidativa, iżda wkoll l-influwenza tal-midja taż-żejt u l-istress.
Il-ħajja tal-gomma hija ġeneralment evalwata permezz ta 'test aċċellerat ta' tixjiħ tal-ossiġnu termali, jiġifieri, test ta 'tixjiħ aċċellerat isir f'temperatura ogħla, u l-ħajja hija mbassra billi jiġu estrapolati r-riżultati tal-kejl għat-temperatura tal-użu (servizz) bl-użu tal-formula Arrhenius . Dan jeħtieġ li l-mekkaniżmu li jwassal għal degradazzjoni ma jinbidelx fil-medda tat-temperatura taħt investigazzjoni. F'ħafna każijiet, il-metodu Arrhenius ġie ppruvat li huwa applikabbli, iżda ħafna riċerkaturi rrappurtaw li l-imġieba Non-Arrhenius tat-tixjiħ tal-gomma mhix kompletament applikabbli. Per eżempju, meta Bernstein et al. studjaw it-tixjiħ aċċellerat tal-fluworosilicone, sabu li l-kurva ta 'Arrhenius ta' l-imġieba ta 'rilassament ta' stress kompressiv tagħha ddevjata fi 80 grad , u kkawża li s-segmenti ta 'temperatura għolja u ta' temperatura baxxa juru żewġ enerġiji ta 'attivazzjoni (73kJ·mol-1 u 29kJ ·mol-1). Ikkalkulat mill-enerġija tal-attivazzjoni tas-sezzjoni b'temperatura baxxa, il-ħajja li tikkorrispondi għal telf ta 'prestazzjoni ta' 50% hija ta '17-il sena, filwaqt li l-ħajja estrapolata direttament mill-enerġija tal-attivazzjoni tas-sezzjoni b'temperatura għolja hija twila sa 900 sena. Editjar, editjar u stampar mill-ġdid minn Jiayu Testing Network għandhom jindikaw is-sors. Differenza enormi bħal din tindika li l-kundizzjonijiet attwali tat-tixjiħ huma differenti mit-tixjiħ aċċellerat, li jirriżulta f'bidliet fil-mekkaniżmu tat-tixjiħ, jew bidliet fil-mekkaniżmu tat-tixjiħ f'meded ta 'temperatura differenti, li jagħmlu riżultati ta' estrapolazzjoni sempliċi mhux affidabbli. Madankollu, ix-xogħol ta 'riċerka attwali jibda l-aktar mill-ħtiġijiet attwali ta' applikazzjonijiet ta 'inġinerija, li jiffoka fuq proprjetajiet mekkaniċi (bħal saħħa, ebusija, deformazzjoni permanenti tal-kompressjoni, rilassament tal-istress, rata ta' rkupru elastiku, eċċ.), Rigward il-mekkaniżmu tat-tixjiħ tal-gomma taħt kundizzjonijiet differenti . Ir-riċerka rarament hija involuta, li jfisser li t-tbassir tal-ħajja għadu juża l-metodu aċċellerat tat-tixjiħ tal-ossiġnu termali. Hemm lakuni konsiderevoli fir-riċerka fl-impatt ta 'kundizzjonijiet kumplessi ta' temperatura u umdità, effetti ta 'tensjoni, effetti medji, eċċ fl-ambjent tal-gomma.
Matul il-proċess ta 'ossidazzjoni termali, il-gomma se tiġġenera diversi prodotti ta' ossidazzjoni, li ovvjament huma mqassma fid-direzzjoni tal-ħxuna tal-prodott, u d-densità ta 'cross-linking tagħha tinbidel ukoll. Wara li wettaq riċerka fil-fond dwar l-imġiba tat-tixjiħ tal-ossiġnu termali u l-mekkaniżmu tal-NBR fl-arja u ż-żejt lubrikanti, l-awtur sab li l-proċess tat-tixjiħ tal-NBR fl-arja jista 'jinqasam fi tliet stadji. L-ewwel stadju huwa prinċipalment il-migrazzjoni ta 'addittivi (plastiċizzanti, antiossidanti, eċċ.). Fit-tieni stadju, ir-reazzjoni ta 'ossidazzjoni u r-reazzjoni ta' cross-linking jiddominaw, manifestati miż-żieda fil-grad u l-ebusija ta 'cross-linking, filwaqt li r-rata ta' rkupru elastiku tonqos. Fit-tielet stadju tat-tixjiħ tal-ossidazzjoni termali tard, l-ossidazzjoni severa tista 'saħansitra tikkawża tkissir tal-ktajjen molekulari. Madankollu, f'dan iż-żmien, l-elastiċità ta 'NBR intilfet kważi kompletament u ma tistax tintuża bħala materjal tas-siġillar. F'dan il-proċess, il-bidla fil-kontenut ta 'antiossidanti hija indikatur importanti ħafna. Meta l-kontenut tiegħu jaqa 'għal valur kritiku, ir-rata ta' rkupru elastika tinżel drastikament, u l-ebusija titla 'f'daqqa, u tikkawżaha titlef il-prestazzjoni tagħha. Meta l-NBR tixjieħ termalment fiż-żejt lubrikanti, l-ewwelnett, minħabba t-tixrid taż-żejt lubrikanti fil-gomma, il-gomma tista 'żżomm proprjetajiet ta' reżiljenza tajba għal żmien twil. It-tieni, għalkemm iż-żejt lubrikanti jfixkel id-diffużjoni tal-ossiġnu sa ċertu punt, il-grad ta 'ossidazzjoni fiż-żejt huwa ogħla minħabba ż-żieda fil-mobilità tal-ktajjen molekulari tal-gomma. Jekk l-istess tip ta 'żejt huwa ta' viskożitajiet differenti, il-grad ta 'ossidazzjoni fiż-żejt ta' viskożità baxxa jkun ogħla milli fiż-żejt ta 'viskożità għolja. It-tielet, l-effett ta 'estrazzjoni taż-żejt lubrikanti fuq l-addittivi jikkawża li l-veloċità tal-migrazzjoni tal-addittivi fil-gomma tkun aktar mgħaġġla.
Meta tintuża bħala materjal tas-siġillar, il-gomma hija soġġetta għal stress u tirrilassa maż-żmien. Gillen et al. mil-Laboratorju Nazzjonali ta 'Sandia studja l-imġieba tar-rilassament tal-istress tal-gomma butyl b'ċerta razza f'temperaturi differenti u sabet li r-rata ta' rilassament tal-istress kienet aċċellerata b'mod sinifikanti taħt kundizzjonijiet ta 'tensjoni.
Meta l-materjali tas-siġillar tal-gomma jintużaw f'sitwazzjonijiet dinamiċi ta 'siġillar u lubrikazzjoni, il-proprjetajiet tal-frizzjoni u l-ilbies tal-gomma għandhom jiġu kkunsidrati. Il-koeffiċjent tal-frizzjoni tal-gomma huwa l-kontribut konġunt ta 'likwidu, adeżjoni u deformazzjoni. L-adeżjoni hija konnessjoni u qerda fil-livell molekulari u tonqos b'modulu elastiku, funzjoni ta 'viskoelastiċità. Il-frizzjoni isteretika tal-gomma hija proċess li jikkunsma l-enerġija, akkumpanjat minn damping intern, iżda tiżdied hekk kif il-modulu elastiku jonqos. Ilbes huwa ħsara lokalizzata, ir-riżultat tat-tqassim tan-netwerk cross-linked f'molekuli iżgħar. Jekk huwa wiċċ li jaqtgħu, xedd iwassal għal falliment tat-tensjoni; jekk ikun wiċċ ċatt, iwassal għal nuqqas ta 'għeja. Mezzi taż-żejt differenti għandhom effetti differenti fuq il-proprjetajiet tal-frizzjoni u l-ilbies tal-gomma. Pereżempju, iż-żejt tal-bażi ta 'l-ester jiddegrada l-proprjetajiet mekkaniċi ta' NBR b'mod aktar serju minn żejt minerali u żejt sintetiku polyolefin (PAO).