O que faz com que os selos de borracha endurecem?

Como material elástico de polímero, a borracha pode endurecer durante seu uso, resultando em uma diminuição no desempenho e afetando a vida útil do serviço do produto. Existem muitas razões pelas quais os selos de borracha endurecem, incluindo fatores físicos, químicos, ambientais e tecnológicos. O seguinte será uma análise aprofundada de muitos aspectos, como mudanças na estrutura de reticulação, mecanismos de envelhecimento, influências da fórmula, fatores ambientais e tecnologia de processamento.

O mecanismo de endurecimento das vedações de borracha

As razões essenciais para o aumento da dureza das vedações de borracha incluem principalmente:

1. O aumento do grau de reticulação-a vulcanização continua e a densidade de reticulação aumenta, o que restringe o movimento do segmento da cadeia de borracha e endurece o material.

2. Perda de plasticidade - A migração ou volatilização de substâncias baixas moleculares, como plastificantes e amaciadores, fazem com que a borracha perca sua flexibilidade.

3. Degradação da cadeia molecular - A principal cadeia de moléculas de borracha é quebrada, resultando em danos à estrutura da rede elástica, que se manifesta como uma mudança na dureza.

4. Agregação de enchimento ou separação de fases - enchimentos (por exemplo, preto de carbono, sílica) agregam ou se acalmam na matriz de borracha, aumentando a dureza local.

O principal fator de influência do endurecimento das vedações de borracha

Mudanças na estrutura de reticulação

O grau de reticulação de vulcanização da borracha tem um efeito significativo em sua dureza:

· Superação: o tempo ou a temperatura da vulcanização é muito alta, resultando em uma densidade de reticulação excedendo o valor ideal, fazendo com que a borracha se tornasse dura, quebradiça e perca sua flexibilidade.

· Vulcanização secundária (pós-cura) Em um ambiente de alta temperatura, a borracha continua a sofrer reações de reticulação para aumentar a dureza, como alguma borracha de silicone e borracha de flúor, mostrará um fenômeno de endurecimento a altas temperaturas de longo prazo.

· Agente de vulcanização excessiva no sistema de vulcanização, agentes vulcanizadores excessivos (como enxofre, peróxido e resina) formarão muitas ligações reticuladas, resultando em borracha dura.

· Sistemas de vulcanização (como ligações monossulfeto, ligações dissulfeto e ligações de polissulfeto) com diferentes tipos de ligações reticuladas têm efeitos diferentes na dureza da borracha e as ligações dissulfeto e ligações monossulfeto são mais difíceis que as ligações de polissulfeto.

Mecanismo de envelhecimento

O envelhecimento é uma das principais causas de endurecimento de vedações de borracha, e os fatores comuns de envelhecimento incluem:

(1) envelhecimento térmico-oxidativo

· A alta temperatura promoverá a reação de oxidação entre o oxigênio e as moléculas de borracha, fazendo com que a cadeia molecular quebre ou aumente a densidade de reticulação, resultando na rigidez do selo de borracha.

· Reações típicas de envelhecimento térmico oxidativo: R-H + O2 → R-O-O-H (Peróxido) Rh + O _2 → RooH (peróxido) Peróxido se decompõe ainda mais, o que promove a reticulação oxidativa e endurece o selo de borracha.

(2) envelhecimento do ozônio

· Ozônio pode quebrar as ligações duplas não saturadas de borracha, fazendo com que ela forme ligações cruzadas oxidativas e melhore a dureza. Por exemplo, borracha com ligações duplas, como NR, SBR, BR, etc., é suscetível ao ozônio.

(3) envelhecimento ultravioleta

A radiação UV desencadeia uma reação de radical livre que acelera a reticulação oxidativa e endurece as vedações de borracha. Em particular, os produtos de borracha usados ​​ao ar livre, como focas e pneus, ficarão duros e quebradiços quando expostos à luz solar por um longo tempo.

(4) envelhecimento hidrolítico

· Grupo de éster contendo borracha (-COO-) ou grupo amida (-ConH-), como borracha de poliuretano (PU) e borracha de neoprene (CR), é propensa à hidrólise em um ambiente úmido e quente, tornando a borracha dura ou pulverizada.

(5) envelhecimento da radiação

Raios de alta energia, como radiação nuclear e raios-X, podem causar quebra ou reticulação de cadeias moleculares de borracha, mudando assim a dureza. Por exemplo, produtos de borracha nas indústrias aeroespacial e nuclear precisam ser especialmente consideradas para formulações de proteção contra radiação.

Fatores de formulação

Os diferentes componentes da formulação de borracha têm um impacto importante na variação de dureza:

Efeito de enchimentos

· Black de carbono Alta estrutura de carbono preto (por exemplo, N220, N330) pode aumentar a dureza, enquanto o preto de carbono de baixa estrutura (por exemplo, N550, N660) tem menos efeito na dureza.

· O enchimento de SiO₂ tem um forte efeito de reforço, que pode levar a borracha dura, especialmente o efeito de reticulação do grupo hidroxila de silício em condições úmidas.

· Equipamentos inorgânicos, como carbonato de cálcio, talco, argila, etc., demais aumentarão a rigidez da borracha e aumentarão a dureza.

Efeito de plastificantes/amaciadores

· Plastificantes volatilizam ou migram como óleo de parafina, óleo naftênico, DOP (dioctile ftalato) etc., que pode migrar ou se volatilizar após o uso a longo prazo, fazendo com que a borracha perca sua suavidade e fique difícil.

· Os amaciadores degradam certos plastificantes éstres que se decompõem sob alta temperatura ou condições hidrolíticas, endurecendo a borracha.

Efeitos de antioxidantes

· Tipos de antioxidantes como TMQ, 6PPD, etc. podem efetivamente atrasar o envelhecimento térmico e oxidativo e impedir o endurecimento da borracha.

· Uso a longo prazo para consumo antioxidante, o antioxidante é gradualmente esgotado e a taxa de envelhecimento acelera, aumentando a dureza.

O impacto do sistema de reticulação

· Seleção do sistema de vulcanização

O sistema de vulcanização de peróxido é mais difícil que o sistema de vulcanização de enxofre;

O sistema de vulcanização de resina é fácil de fazer com que a borracha endureça;

O uso de um sistema vulcanizado com alta densidade de reticulação acelerará o endurecimento.

· Dosagem do acelerador

Muito acelerador pode levar à vulcanização, endurecimento da borracha;

O acelerador insuficiente levará à vulcanização insuficiente e baixa dureza, mas poderá continuar sendo reticulada e endurecida no estágio posterior.

Fatores ambientais

· A temperatura afeta a temperatura de transição vítrea (TG) de borracha em um ambiente de baixa temperatura, resultando em rachaduras duras e até quebradiças de materiais, como o aumento da rigidez de NR e SBR a baixas temperaturas.

· A umidade afeta a hidrólise ou reticulação de certas borrachas como PU, CR, EVA, etc. Em um ambiente úmido, de modo que a dureza aumenta.

· O contato químico com produtos químicos como ácidos, álcalis, óleos, solventes etc. causará alterações na estrutura química da borracha, aumentando sua dureza.

Fatores tecnológicos

· A mistura desigual de cargas e agentes vulcanizadores pode levar a uma densidade desigual de reticulação nas áreas locais, que se manifesta como dureza anormal.

· Tempo de vulcanização O tempo de vulcanização por muito tempo pode levar à super -vulcanização, o que aumenta a dureza da borracha.

· Exposição de armazenamento inadequado a altas temperaturas, oxigênio e ozônio por um longo tempo pode causar reticulação ou envelhecimento da borracha, resultando em rigidez.