Starzenie się materiałów gumowych w środowiskach morskich

1. Wprowadzenie

Ze względu na wysoka elastyczność, doskonała szczelność , I odporność na różne media, guma jest szeroko stosowany w systemy uszczelniania ropy i gazu Do lotniczy, lotnictwo , I broń morska.
Wraz z szybkim rozwojem Chiński przemysł obronny, wulkanizowane elementy gumowe stają się coraz ważniejsze w sprzęt lotniczy, statki morskie , I inżynieria głębinowa.
W szczególności pod kompleksem środowisko morskie, gumowe materiały uszczelniające musi wytrzymać wysoka wilgotność, spray solny , I obciążenie mechaniczne jednocześnie stawiając wyższe wymagania materiałowi długoterminowa stabilność I żywotność.

Obecnie większość badań dot starzenie się gumy skoncentruj się na starzenie termooksydacyjne z wulkanizowana guma , badając głównie wpływ temperatury i tlenu na jego właściwości.
Jednakże w środowisko morskie , czynniki takie jak media naftowe, gazy korozyjne , I spray solny współistnieją, co znacząco wpływa na wydajność uszczelniania I żywotność usługi z wulkanizowane elementy gumowe.

Dla kontrastu, niewulkanizowane części gumowe (jak na przykład częściowo usieciowane podkładki ochronne, powłoki gumowe , I tymczasowe uszczelnienia stosowane na miejscu ) wykazują gorszą odporność na starzenie ze względu na brak stabilnej sieci usieciowanej.
Materiały te są podatne na zmiękczanie powierzchni, odkształcenie , I pogorszenie wydajności pod wpływem morza.

2. Przyczyny i skutki starzenia się gumy

Przyczyny starzenie się gumy można podzielić na wewnętrzny I zewnętrzny czynniki:

Czynniki wewnętrzne zawierać skład chemiczny z struktura polimerowa, konformacja molekularna, krystaliczność, splątanie łańcucha oraz rozerwanie łańcucha lub utlenienie wprowadzone podczas przetwarzania.

Czynniki zewnętrzne włączać tlen, ozon, temperatura, wilgotność, mgła solna, pleśń , I promieniowanie ultrafioletowe w środowisku.

Dla wulkanizowane elementy gumowe , A trójwymiarowa usieciowana struktura zapewnia dobro odporność na stres i relaksację I stabilność chemiczna.
Jednak długotrwałe narażenie na środowiska morskie może nadal powodować przerwanie wiązania sieciującego, pękanie powierzchni , Lub hartowanie.

Niewulkanizowane części gumowe natomiast nie posiadają obróbki wulkanizacyjnej. Ich luźne łańcuchy molekularne I duża wolna objętość uczynić je bardziej podatnymi na jony morskie, środki utleniające , I Promieniowanie UV , co prowadzi do przyspieszonego starzenia.

Zmiany wydajności wywołane wiekiem obejmują:

Zmiany wyglądu : twardnienie powierzchni, pękanie, lepkość i odbarwienie.

Degradacja fizyczna i chemiczna : redukcja w gęstość, twardość, wytrzymałość na rozciąganie, zestaw kompresyjny, lepkosprężystość , I właściwości elektryczne.

Dlatego w praktycznych zastosowaniach, takich jak uszczelnienia olejowe lotnicze, morskie podkładki ochronne , I głębinowe pierścienie uszczelniające , konieczne jest ustalenie odrębnych standardy oceny starzenia się Do wulkanizowane I niewulkanizowane wyroby gumowe.

3. Przyspieszone testy starzenia i przewidywanie żywotności

W praktyce inżynierskiej wyroby gumowe —zwłaszcza wulkanizowane elementy gumowe —często mają żywotność ponad dziesięciu lat.
Aby symulować długotrwałe użytkowanie, testy przyspieszonego starzenia w wysokiej temperaturze są powszechnie zatrudnieni.

Wykorzystano wczesne badania absorpcja tlenu jako wskaźnik tempa starzenia się, później ewoluując w kierunku metod takich jak starzenie się piekarnika, bomba tlenowa, bomba powietrzna , I sztuczne wietrzenie testy.
Obecnie najczęściej stosowana metoda opiera się na tzw Zależność empiryczna Arrheniusa i zasada superpozycji czasu i temperatury , co zakłada, że ​​na każde 10°C wzrostu temperatury szybkość reakcji debel.

Jednak w środowiska morskie , tradycyjny modele przewidywania przyspieszonego starzenia pokaż odchylenia z powodu:

różny mechanizmy reakcji w różnych strefach temperaturowych,

migracja lub wytrącanie przeciwutleniaczy,

ewolucja morfologii polimerów , I

ograniczenia dyfuzji tlenu związane z grubością próbki.

Dlatego za wulkanizowane elementy gumowe działający w warunki służby morskiej zaleca się obniżenie temperatury przyspieszonego starzenia, wydłużenie czasu badania lub rozwinięcie modele sprzężenia wieloczynnikowego angażujące wilgotność, spray solny , I aktywność mikrobiologiczna poprawić dokładność przewidywania czasu życia.

Dla niewulkanizowane części gumowe , ze względu na brak stabilnej sieci usieciowanej, zmiękczenie lub awaria zachodzi szybko podczas przyspieszonego starzenia.
Zatem tradycyjne z siedzibą w Arrhenius ekstrapolacje są niewiarygodne i jedyne krótkoterminowe oceny stabilności są na ogół prowadzone.

4. Symulacja środowiska morskiego do celów przyspieszonych testów

Biorąc pod uwagę złożoność środowisko morskie testy jednoczynnikowe, np wilgotność – ciepło, spray solny , Lub ekspozycja na pleśń nie może w pełni odtworzyć rzeczywistych warunków świadczenia usług.

W tym badaniu udoskonalono aparatura do starzenia wilgociowo-cieplnego zastosowano, zastępując wodę destylowaną sztuczna woda morska i przeprowadzenie testów o godz 90°C I Wilgotność 98%. do symulacji wieloczynnikowego przyspieszonego starzenia.
Ta metoda zwiększa tempo starzenia o około ośmiokrotnie , co pozwala na szybką ocenę wulkanizowane elementy gumowe pod ekspozycja na morze.

Wyniki eksperymentów dostarczają cennych wskazówek przy wyborze materiały uszczelniające W statki morskie, sprzęt do nurkowania , I kable podmorskie , pomagając jednocześnie zoptymalizować stabilność krótkoterminowa z niewulkanizowane elementy gumowe W ochronne zastosowania konstrukcyjne.

Ze względu na wysoka elastyczność, doskonała szczelność , I odporność na różne media, guma jest szeroko stosowany w systemy uszczelniania ropy i gazu Do lotniczy, lotnictwo , I broń morska.