Guma in maziva morajo v številnih aplikacijah priti v stik. Toda pogosto se pojavljajo težave s tako imenovanim "staranjem" gume: poslabšanjem lastnosti gume zaradi interakcij med gumo in vdelanimi maščobnimi / baznimi olji.
To je veliko preučen pojav, vendar na splošno študije ne preučujejo dovolj globoko, zakaj obe komponenti nista združljivi. Nova študija, ki jo je izvedel Nynas, je raziskala možnost merjenja krčenja in nabrekanja gume zaradi migracije olja med eno in drugo kot relativno preprost test združljivosti gum in maziv. Študija se je osredotočila na spremembe mehanskih in nizkotemperaturnih lastnosti gume med stikom s številnimi maščobami in njihovimi baznimi olji. Vendar smo v postopku naredili zanimivo in pomembno odkritje: da se mikajo ne samo olje, ampak tudi druge sestavine. Te vplivajo na različne mehanske lastnosti, zato ima odkritje pomembne posledice pri poskusu optimizacije interakcij med gumo in maščobo.
Nekdo bi lahko naredil odlično formulacijo za maščobe. Potem bi lahko kdo drug naredil krasno formulacijo za gumo. Vendar, ko ta velika maščoba pride v stik s to veliko gumo, se prepogosto guma uniči v nobenem trenutku. Številne študije so se ukvarjale s tem vprašanjem, vendar smo ugotovili, da niso dovolj daleč razumeli osnovnih vzrokov za nezdružljivost maščob in gume.
Medsebojno delovanje, o katerem govorimo, običajno imenujemo "staranje" gume. Staranje pomeni poslabšanje lastnosti, ki jih guma potrebuje za svoj namen. Za preučitev tega postopka je treba upoštevati številne parametre, kot so solventnost polimera, mehčalci, ki se uporabljajo v kavčuku, in lastnosti baznega olja. Relativno preprosto bi bilo, če bi morali opraviti samo en ali dva testa, da bi ugotovili učinke staranja na različne vzorce. Teoretično bi moralo biti dovolj meritve otekline in krčenja gume. Ob predpostavki, da se osnovno olje seli med gumo in maščobo, bi bilo treba dobro kompatibilnost pokazati z majhnim krčenjem ali nabrekanjem ali brez njega. Toda življenje ni vedno tako preprosto ...
Opis preskusov
Za primerjavo združljivosti baznih olj in maščob z gumo med staranjem smo izvedli vrsto preskusov. V ta namen so bila uporabljena štiri različna osnovna olja, vsa z viskoznostjo 150 mm2 / s pri 40 ° C. Primerjali smo tri naftenska olja z različno solventnostjo in eno parafinsko olje.
Razlog za uporabo maščob in baznih olj je bil ugotoviti, ali je treba uporabljati maščobe na preskusih združljivosti gume ali če je dovolj, da se preskusi opravijo samo z oljem, da se dobijo prepričljivi rezultati.
Za preskušanje interakcij so bili vzorci gume popolnoma potopljeni v osnovna olja in maščobe. Staranje je bilo izvedeno pri treh različnih temperaturah, 80 ° C, 100 ° C in 120 ° C, trajanje testa pa je bilo en teden. V obdobju študije so bile izmerjene spremembe trdote in teže vsakega vzorca gume.
Meritve trdote so bile izvedene po metodi IRHD, rezultati pa so bili zapisani po lestvici IRHD, ki je od 0 do 100, kjer 0 ustreza izjemno mehki gumi. Navadne vrste gume imajo vrednosti IRHD od 30 do 85 stopinj.
Izmerili smo tudi natezno trdnost in raztezek. Natezna trdnost je sila, ki je potrebna za raztezanje gume do loma, deljena s površino preseka preskušanca. Rezultati so izraženi v MPa. Raztezek je merilo sposobnosti gum, da se razteza brez loma, merjeno v odstotkih prvotne dolžine.
Za vzorce gume, ki so bili starani v baznih oljih pri 100 ° C, so bile narejene tudi meritve temperature steklenega prehoda, Tg. Vsi polimeri se bodo sčasoma strdili do togega (in krhkega) amorfnega stekla, ko se temperatura zniža na raven, znano kot temperatura prehoda polimernega stekla. Za gumo ta temperatura označuje mejo delovanja pri nizki temperaturi.
Rezultati
Rezultati so pokazali, da je pod enakimi pogoji kloroprenski kavčuk (CR) nabreknil več kot nitril-butadienska guma (NBR) guma (sliki 1 in 2). Pravzaprav je guma NBR v večini primerov pokazala krčenje. Olja z večjo močjo topil, npr. Naftenska olja z visoko aromatično vsebnostjo, povzročajo večje otekanje za gumo CR, vendar manj krčenja za gumo NBR, kot olja z manjšo močjo topil, npr. Nizkoaromatična parafinska olja. Tako je parafinsko olje povzročilo minimalno otekanje v primeru gume CR, največje krčenje pa pri gumi NBR.
To je povsem logično, če upoštevamo podobnost lastnosti solventnosti olj in gum. Na splošno je bližja plačilna sposobnost olja kot gume, večja je količina olja, ki ga lahko zajame guma. Če se plačilna sposobnost izrazi z vrednostmi parametrov topnosti Hildebrand, se za kloroprenski kavčuk in naftenska olja zdi, da sta med seboj veliko bližje kot nitril-butadienska guma in naftenska olja, neskladje med plačilnimi sposobnostmi pa se s prehodom iz naftenskih na parafinske olja še poveča.
Če pogledamo meritve trdote in natezne trdnosti, postane očiten naslednji trend: oteklina je vedno povezana z določenimi izgubami trdote in natezne trdnosti (sliki 3 in 4).
Poleg tega so naši poskusi pokazali, da daljši stik z maščobami in baznimi olji pomembno vpliva tudi na temperaturo steklenega prehoda (Tg) gume. Z uporabniškega vidika je Tg gume pomemben parameter, ki določa najnižjo temperaturo, pod katero gume ni mogoče uporabiti, saj izgubi elastičnost. Znano je, da prisotnost plastifikatorja znižuje temperaturo steklenega prehoda Tg (enako kot prisotnost topila običajno znižuje ledišče raztopin). Zato povečanje Tg gume, starih v baznem olju in maščobah, kaže na prerazporeditev mehčalca med gumo in oljno fazo: olje se seli v gumo in mehčalci, ki so prvotno prisotni v gumi, se selijo ven.
Kako lahko to preprečimo? Eden od predlaganih načinov za reševanje tega je bil izravnati razlike v koncentracijah z dodajanjem ustreznih gumijastih mehčalcev, kot je dioktitiladipat, v maščobne formulacije. Druge alternative so bile uporaba bolj polarnega mehčalca, kot je alkilirani aril fosfat ali delna zamenjava dioktiiladipata z naftenskim oljem v gumijastih formulacijah. Te možnosti so bile preverjene, vendar nobena ni bila popolnoma uspešna. Če zamenjamo del polarnega mehčalca (DOA) v gumi z naftenskim oljem, se v začetku nekoliko poveča temperatura steklenega prehoda (Tg), vendar ima majhen učinek na rezultat testov staranja gume; in gume, plastificirane z naftenovimi olji in z estri, se razgradijo podobno. Nasprotno pa se je izkazalo, da dodajanje DOA v bazno olje ali maščobne formulacije izboljšuje nizkotemperaturne lastnosti gume (z pritiskom na Tg), vendar ima neugodne učinke na mehanske lastnosti, kot so trdota, trdnost in indeks združljivosti tesnil. Ustrezni eksperimentalni podatki so prikazani na slikah 5–8.
Rezultati testov dokončno kažejo, da medsebojno delovanje maščobe in gume v veliki meri določa lastnosti baznega olja, uporabljenega v maščobni formulaciji. Dobra kompatibilnost baznih olj z gumo zagotavlja dobro kompatibilnost gume, ki nastane na teh maščobah.
Sklepi
Naši rezultati kažejo, da pri poskusu optimizacije interakcij med gumo in osnovnim oljem / maščobo ni preprostega odgovora, vrsta gume, mehčalec in sestava baznega olja / maščob pa so vse spremenljivke, ki jih je treba upoštevati. Migracija mehčalcev je pomembna ugotovitev in jo je treba vedno upoštevati.
V večini testov so dobro rafinirana naftenska olja in njihove maščobe pokazala dobro združljivost gume, ki je primerljiva ali celo večja kot pri drugih analognih izdelkih, ki so na voljo na trgu.