אינטראקציה מורכבת בין גומי ומוצרי סיכה

זוהי תופעה שנחקרה רבות אך בדרך כלל המחקרים לא בודקים מספיק את הסיבה מדוע שני המרכיבים אינם תואמים. מחקר חדש שנערך על ידי נינס חקר את האפשרות למדידת התכווצות ונפיחות של הגומי, עקב נדידת השמן בין האחד לשני, כמבחן פשוט יחסית לתאימות בין גומי וחומר סיכה. המחקר התמקד בשינויים בתכונות המכניות והטמפרטורות הנמוכות של גומי במהלך מגעו עם מספר גריז ושמנים בסיסיים. עם זאת, בתהליך גילינו תגלית מעניינת וחשובה: זה לא רק השמן, אלא גם מרכיבים אחרים הנודדים. אלה משפיעים על תכונות מכניות שונות ומכאן שיש לתגלית השלכות חשובות בעת ניסיון לייעל אינטראקציות גומי / גריז.

מישהו עשוי ליצור ניסוח נהדר לשומנים. ואז מישהו אחר עשוי ליצור ניסוח נהדר לגומי. עם זאת, כאשר אותו שומן גדול בא במגע עם אותו גומי נהדר, לעתים קרובות מדי הגומי נהרס תוך זמן קצר. מחקרים רבים עסקו בנושא זה, אך מצאנו כי הם לא הלכו מספיק רחוק בהבנת הגורמים הבסיסיים לחוסר התאמה של גריז / גומי.

האינטראקציה עליה אנו מדברים מכונה בדרך כלל "הזדקנות" גומי. הזדקנות פירושה הידרדרות של המאפיינים אותם הגומי זקוק בכדי לשרת את מטרתו. על מנת ללמוד תהליך זה יש לקחת בחשבון פרמטרים רבים, כגון תכונות הפירעון של הפולימר, הפלסטרים המשמשים בגומי ותכונותיו של שמן הבסיס. זה יהיה פשוט יחסית אם רק היית צריך לבצע בדיקה אחת או שתיים כדי לקבוע את השפעות ההזדקנות על הדגימות השונות. בתיאוריה, מספיק מדידת נפיחות וכיווץ הגומי. בהנחה שמה שקורה הוא ששמן הבסיס נודד בין הגומי לשומן, יש להראות תאימות טובה על ידי מעט או ללא התכווצות או נפיחות. אבל החיים לא תמיד כל כך פשוטים ...

תיאור הבדיקות

סדרת בדיקות בוצעה להשוואה בין תאימות של שמני בסיס ושומנים עם גומי במהלך ההזדקנות. למטרה זו נעשה שימוש בארבעה שמני בסיס שונים, כולם בעלי צמיגות של 150 מ"מ / ש '40 מעלות צלזיוס. השוו בין שלושה שמנים נפטניים בעלי יכולת פירעון שונה ושמן פרפני אחד.

הסיבה לשימוש בשומנים וגם בשמנים בסיסיים הייתה לקבוע אם יש צורך להשתמש בשומן בבדיקות תאימות גומי או אם די בכך כדי לבצע את הבדיקות עם השמן בלבד בכדי להשיג תוצאות חד משמעיות.

כדי לבדוק את האינטראקציות, דגימות הגומי היו שקועות לחלוטין בשמנים ובשומני הבסיס. ההזדקנות בוצעה בשלוש טמפרטורות שונות, 80 מעלות צלזיוס, 100 מעלות צלזיוס ו 120 מעלות צלזיוס ומשך הבדיקה היה שבוע. שינויים בקשיות ובמשקל של כל אחת מדגימות הגומי נמדדו לאורך תקופת המחקר.

מדידות קשיות בוצעו בשיטת IRHD והתוצאות נרשמו בסולם IRHD הפועל בין 0 ל 100, כאשר 0 תואם גומי רך במיוחד. לסוגי הגומי הנפוצים יש ערכי IRHD של 30 עד 85 מעלות.

נמדדו גם חוזק המתיחה והארכה. חוזק המתיחה הוא הכוח הנדרש למתיחת הגומי לקרע המחולק בשטח חתך החלקים של חתיכת הבדיקה. התוצאות מתבטאות ב- MPa. התארכות היא מדד היכולת של הגומי למתוח מבלי להישבר, נמדד כאחוז מהאורך המקורי.

עבור דגימות הגומי שיושנו בשמנים בסיסיים ב 100 מעלות צלזיוס, בוצעו גם מדידות של טמפרטורת המעבר לזכוכית, Tg. בסופו של דבר כל הפולימרים יתקשו למצב זכוכית אמורפי נוקשה (ושברירית) כאשר הטמפרטורה יורדת לרמה המכונה טמפרטורת המעבר לזכוכית הפולימרית. בגומי, טמפרטורה זו מציינת את מגבלת השירות בטמפרטורה הנמוכה.

תוצאות

התוצאות הראו כי בתנאים זהים, גומי כלורופרן התנפח יותר מגומי ניטריל-בוטדיאן (NBR) (איורים 1 ו -2). למעשה, גומי ה- NBR הפגין הצטמקות ברוב המקרים. שמנים בעלי עוצמת ממס גבוהה יותר, למשל שמנים נפטניים בעלי תכולת ארומטית גבוהה, מביאים נפיחות רבה יותר לגומי CR, אך פחות הצטמקות בגומי NBR, מאשר שמנים בעלי עוצמת ממס נמוכה יותר, למשל שמנים פרפניים נמוכים ארומטיים. לפיכך, השמן הפרפיני גרם לנפיחות מינימלית במקרה של גומי CR, אך הצטמקות מרבית במקרה של גומי NBR.

זה די הגיוני כששוקלים את הדמות של תכונות הפירעון של השמנים והגומי. באופן כללי, ככל שהפירעון של השמן קרוב יותר לזה של הגומי, כך כמות השמן הניתנת לאיתור על ידי גומי גבוהה יותר. אם מתבטאת בפירעון באמצעות ערכי הפרמטרים של מסיסות ההילברנד, גומי כלורופרן ושמנים נפטניים נמצאים כמתאימים הרבה יותר זה לזה מאשר גומי ניטריל-בוטדיאן ושמנים נפטניים, ואי ההתאמה של הפירעון מגדילה עוד יותר את השינוי משמנים נפטניים לפרפניים.

כשמסתכלים על מדידות קשיות ועוצמת מתיחה, המגמה הבאה נעשית ברורה: נפיחות קשורה תמיד לאובדן מסוים בקשיות ובעוצמת מתיחה (איורים 3 ו -4).

יתר על כן, הניסויים שלנו הראו כי קשר ממושך עם גריזים ושמנים בסיסיים משפיע באופן משמעותי גם על טמפרטורת מעבר הזכוכית (Tg) של הגומי. מבחינת המשתמש, Tg של גומי הוא פרמטר חשוב הקובע את הטמפרטורה הנמוכה ביותר שמתחתיה לא ניתן להשתמש בגומי מאחר שהוא מאבד מגמישותו. ידוע כי נוכחות של פלסטייזר מדכאת את טמפרטורת המעבר לזכוכית Tg (באותה דרך שבה נוכחות של מומס בדרך כלל מדכאת את נקודת הקפאה של הפתרונות). לפיכך עלייה ב- Tg של גומי התיישן בשמן הבסיס והשמנים מעידה על חלוקה מחדש של הפלסטאי בין גומי ושלבי השמן: הנפט נודד אל הגומי והפלסטייזרים שנמצאים במקור בגומי נודדים החוצה.

אז איך אפשר למנוע זאת? אחת הדרכים המוצעות להתמודד עם זה הייתה לפלס את הבדלי הריכוז על ידי הוספת פלסטיילי הגומי המתאימים, כמו דיוקילדיפטה, לתמציות השומן. אלטרנטיבות אחרות היו להשתמש בפלסטיישן קוטבי יותר, כגון פוספט של אריל אלקילט, או החלפה חלקית של דיוקילדיפטאט בשמן נפטני בניסוחים גומי. אפשרויות אלה נבדקו אך אף אחת מהן לא הוכחה כמוצלחת לחלוטין. החלפת חלק מהכיסוי הקוטבי (DOA) בגומי בשמן נפטני נותנת תחילה עלייה קטנה בטמפרטורת המעבר לזכוכית (Tg) אך השפעה מועטה על תוצאות בדיקות הזדקנות הגומי; וגומי שעברו פלסטיות בשמנים נפטניים ועם אסטרים משפילים באופן דומה. לעומת זאת, הוספה של DOA לפורמולות שמן או גריז בסיס הוכחה כמגבירה את תכונות הטמפרטורה הנמוכה של גומי (על ידי מדכא Tg) אך יש לה השפעה שלילית על המאפיינים המכניים כמו קשיות, חוזק ומדד תאימות חותם. ניתן לראות את הנתונים הניסויים המקבילים בתמונות 5-8.

תוצאות הבדיקות מצביעות באופן מוחלט על כך שהאינטראקציה בין גריז וגומי נקבעת במידה רבה על ידי תכונותיו של שמן הבסיס המשמש בניסוח השומן. תאימות גומי טובה של שמני בסיס מבטיחה תאימות גומי טובה לשמנים המיוצרים מהם.

מסקנות

התוצאות שלנו מראות שכאשר מנסים למטב את האינטראקציות בין גומי לשמן / גריז בסיס, אין תשובה פשוטה, וסוג הגומי, הפלסטאי והרכב שמן הבסיס / השומן הם כל המשתנים שצריך לקחת בחשבון. נדידת פלסטלים היא ממצא חשוב ויש לקחת אותו תמיד בחשבון.

ברוב הבדיקות, שמנים ונפטנים מעודנים היטב ושומנים שהופקו מהם הפגינו תאימות גומי טובה, בהשוואה או אפילו מעבר לזו של מוצרים אנלוגיים אחרים הקיימים בשוק.