Guma a mazivá sa musia pri mnohých aplikáciách vzájomne dotýkať. Často sa však vyskytujú problémy s tým, čo sa nazýva „starnutie gumy“: zhoršenie vlastností gumy v dôsledku interakcií medzi gumou a zúčastnenými mastnotami / základnými olejmi.
Toto je veľmi študovaný fenomén, ale štúdie sa vo všeobecnosti dostatočne nezaoberajú dôvodom, prečo sú tieto dve zložky nekompatibilné. Nová štúdia, ktorú vykonala spoločnosť Nynas, skúmala možnosť merania zmršťovania a napučiavania gumy v dôsledku migrácie oleja medzi jedným a druhým ako relatívne jednoduchý test kompatibility medzi gumou a mazivom. Štúdia bola zameraná na zmeny mechanických a nízkoteplotných vlastností gumy pri kontakte s mnohými tukmi a ich základnými olejmi. V tomto procese sme však urobili zaujímavý a dôležitý objav: migrujú nielen oleje, ale aj ďalšie zložky. Tieto vplyvy ovplyvňujú rôzne mechanické vlastnosti, a preto objav má dôležité dôsledky, keď sa snaží optimalizovať interakcie guma / tuk.
Niekto by mohol urobiť skvelú formuláciu pre mastnotu. Potom by niekto iný mohol urobiť skvelú formuláciu pre gumu. Keď však príde veľké mastivo do kontaktu s touto veľkou gumou, guma sa príliš často ničí. Mnoho štúdií sa zaoberalo touto otázkou, ale zistili sme, že nešli dostatočne ďaleko na to, aby pochopili základné príčiny neznášanlivosti mastnoty a gumy.
Interakcia, o ktorej hovoríme, sa zvyčajne označuje ako „starnutie“ gumy. Starnutie znamená zhoršenie vlastností, ktoré musí guma plniť svoj účel. Aby bolo možné tento proces študovať, je potrebné vziať do úvahy mnoho parametrov, ako sú solventnostné vlastnosti polyméru, plastifikátory používané v kaučuku a vlastnosti základného oleja. Bolo by relatívne jednoduché, keby ste museli vykonať iba jeden alebo dva testy na stanovenie účinkov starnutia na rôzne vzorky. Teoreticky by malo stačiť meranie opuchu a zmrštenia gumy. Za predpokladu, že sa stane, že základný olej migruje medzi gumou a tukom, by sa mala dobrá kompatibilita preukázať malými alebo žiadnymi zmenšením alebo opuchom. Ale život nie je vždy taký jednoduchý ...
Opis skúšok
Uskutočnila sa séria testov na porovnanie kompatibility základných olejov a tukov s gumou počas starnutia. Na tento účel sa použili štyri rôzne základné oleje, z ktorých všetky mali viskozitu 150 mm2 / s pri 40 ° C. Porovnali sa tri nafténové oleje rôznej solventnosti a jeden parafínový olej.
Dôvodom použitia mastnoty aj základných olejov bolo zistiť, či je potrebné použiť mazivo pri skúškach kompatibility gumy, alebo či je dostatočné vykonať testy iba s olejom, aby sa dosiahli presvedčivé výsledky.
Na testovanie interakcií boli vzorky gumy úplne ponorené do základných olejov a tukov. Starnutie sa uskutočňovalo pri troch rôznych teplotách, 80 ° C, 100 ° C a 120 ° C a trvanie testu bolo jeden týždeň. Počas štúdie sa merali zmeny tvrdosti a hmotnosti každej vzorky gumy.
Merania tvrdosti sa uskutočňovali s použitím metódy IRHD a výsledky sa zaznamenávali s použitím stupnice IRHD, ktorá prebieha od 0 do 100, pričom 0 zodpovedá extrémne mäkkej gume. Bežné typy gumy majú hodnoty IRHD 30 až 85 stupňov.
Merala sa tiež pevnosť v ťahu a predĺženie. Pevnosť v ťahu je sila potrebná na pretiahnutie gumy do pretrhnutia delená plochou prierezu skúšobnej vzorky. Výsledky sú vyjadrené v MPa. Predĺženie je miera schopnosti gumy natiahnuť sa bez pretrhnutia, meraná ako percento pôvodnej dĺžky.
Pre vzorky gumy, ktoré dozreli v základných olejoch pri 100 ° C, sa tiež uskutočnili merania teploty skleného prechodu, Tg. Všetky polyméry nakoniec stuhnú do tuhého (a krehkého) amorfného skleneného stavu, keď sa teplota zníži na úroveň známu ako teplota prechodu polymérneho skla. V prípade gumy táto teplota označuje prevádzkový limit pri nízkych teplotách.
výsledok
Výsledky ukázali, že za rovnakých podmienok napučal chloroprénový kaučuk (CR) viac ako kaučuk z nitril-butadiénového kaučuku (NBR) (obrázky 1 a 2). V skutočnosti guma NBR vo väčšine prípadov vykazovala zmršťovanie. Oleje s vyššou účinnosťou rozpúšťadla, napr. Nafténové oleje s vysokým obsahom aromatických látok, spôsobujú viac nafukovania pre kaučuk CR, ale menšie zmrašťovanie pre gumu NBR, ako oleje s nižšou účinnosťou rozpúšťadla, napríklad nízko aromatické parafínové oleje. Parafínový olej tak spôsobil minimálne napučanie v prípade gumy CR, ale maximálne zmraštenie v prípade gumy NBR.
To je celkom logické pri posudzovaní podobnosti solventnostných vlastností olejov a kaučukov. Všeobecne platí, že čím je solventnosť oleja bližšie k solventnosti gumy, tým väčšie množstvo oleja môže byť zachytené gumou. Ak je solventnosť vyjadrená pomocou hodnôt parametra rozpustnosti podľa Hildebrand, zistí sa, že chlórprénový kaučuk a nafténové oleje sú vhodnejšie oveľa bližšie k sebe ako nitrilový-butadiénový kaučuk a nafténové oleje a nesúlad solventnosti sa ďalej zvyšuje pri zmene z nafténových na parafínové oleje.
Pri meraní tvrdosti a pevnosti v ťahu je zrejmý nasledujúci trend: opuch je vždy spojený s určitými stratami tvrdosti a pevnosti v ťahu (obrázky 3 a 4).
Naše experimenty ďalej ukázali, že dlhodobý kontakt s tukmi a základnými olejmi tiež významne ovplyvňuje teplotu skleného prechodu (Tg) gumy. Z pohľadu používateľa je Tg gumy dôležitým parametrom, ktorý určuje najnižšiu teplotu, pod ktorou gumu nemožno použiť, pretože stráca svoju elasticitu. Je známe, že prítomnosť plastifikátora znižuje teplotu skleného prechodu Tg (rovnako ako prítomnosť rozpustenej látky normálne znižuje teplotu tuhnutia roztokov). Zvýšenie Tg kaučukov starnutých v základnom oleji a mazivách teda indikuje redistribúciu plastifikátora medzi gumou a olejovou fázou: olej migruje do gumy a zmäkčovadlá pôvodne prítomné v gume migrujú von.
Ako tomu možno zabrániť? Jedným z navrhovaných spôsobov riešenia tohto problému bolo vyrovnanie rozdielov v koncentrácii pridaním zodpovedajúcich kaučukových zmäkčovadiel, ako je dioktyladipát, do mazacích formulácií. Inou alternatívou bolo použitie polárnejšieho plastifikátora, ako je alkylovaný arylfosfát alebo čiastočná náhrada dioktyladipátu nafténovým olejom v gumových prípravkoch. Tieto možnosti boli vyskúšané, ale žiadna sa neukázala ako úplne úspešná. Nahradenie časti polárneho plastifikátora (DOA) v kaučuku nafténovým olejom poskytuje spočiatku malé zvýšenie teploty skleného prechodu (Tg), ale má malý vplyv na výsledky testov starnutia gumy; a kaučuky plastifikované nafténovými olejmi a estermi podobne degradujú. Naopak, ukázalo sa, že pridanie DOA k základným olejom alebo mazacím prípravkom zvyšuje vlastnosti gumy pri nízkych teplotách (stlačením Tg), ale má nepriaznivý vplyv na mechanické vlastnosti, ako je tvrdosť, pevnosť a index znášanlivosti tesnenia. Zodpovedajúce experimentálne údaje sú uvedené na obrázkoch 5–8.
Výsledky testov presvedčivo naznačujú, že interakcie medzi tukom a kaučukom sú do značnej miery určené vlastnosťami základného oleja použitého vo formulácii tuku. Dobrá kompatibilita základných olejov s kaučukom zaručuje dobrú kompatibilitu s tukovými mazivami vyrobenými z gumy.
závery
Naše výsledky ukazujú, že pri pokuse o optimalizáciu interakcií medzi gumou a základným olejom / tukom neexistuje jednoduchá odpoveď a typ gumy, plastifikátor a zloženie základného oleja a tuku sú všetky premenné, ktoré je potrebné zohľadniť. Migrácia zmäkčovadiel je dôležitým nálezom a mala by sa vždy vziať do úvahy.
Vo väčšine pokusov dobre rafinované nafténové oleje a tuky vyrobené z nich preukázali dobrú kompatibilitu s gumou porovnateľnú alebo dokonca vyššiu ako kompatibilita s inými analogickými výrobkami dostupnými na trhu.