Guma i maziva trebaju doći u međusobni kontakt u mnogim aplikacijama. Ali često postoje problemi s onim što je poznato kao "starenje gume": pogoršanje svojstava gume zbog interakcija između gume i masti / baznih ulja koje uključuju.
Ovo je mnogo proučavan fenomen, ali uglavnom studije ne proučavaju dovoljno duboko zašto su te dve komponente nespojive. Nova studija koju je proveo Nynas istražila je mogućnost mjerenja skupljanja i bubrenja gume, uslijed migracije ulja između jedne i druge, kao relativno jednostavan test kompatibilnosti gume i maziva. Studija se fokusirala na izmjene mehaničkih i niskotemperaturnih svojstava gume tokom kontakta s većim brojem masti i njihovim baznim uljima. Međutim, u procesu smo napravili zanimljivo i važno otkriće: oni se ne kreću samo u ulje nego i drugi sastojci. Oni utječu na različita mehanička svojstva te stoga otkriće ima važne implikacije u pokušaju optimizacije interakcije guma i mast.
Neko bi mogao napraviti odličnu formulaciju za mast. Onda bi neko drugi mogao napraviti odličnu formulaciju za gumu. Međutim, kada ta sjajna mast dođe u kontakt s tom sjajnom gumom, prečesto se guma uništi u bilo kojem trenutku. Mnoge studije su se bavile tim problemom, ali otkrili smo da nisu dovoljno otišli u razumijevanju osnovnih uzroka nekompatibilnosti masti i gume.
Interakcija o kojoj govorimo obično se naziva gumom "starenja". Starenje znači propadanje svojstava koja guma treba da služi svojoj svrsi. Za proučavanje ovog postupka potrebno je uzeti u obzir mnoge parametre, poput svojstava solventnosti polimera, plastifikatora koji se koriste u gumi i svojstava baznog ulja. Bilo bi relativno jednostavno kada biste morali provesti samo jedan ili dva ispitivanja kako biste utvrdili učinke starenja na različite uzorke. Teoretski, mjerenje oticanja i skupljanja gume treba biti dovoljno. Ako pretpostavimo da ono što se događa je da bazno ulje migrira između gume i masti, dobro kompatibilnost treba se pokazati malim ili nikakvim skupljanjem ili natezanjem. Ali život nije uvek tako jednostavan ...
Opis testova
Izvršeno je nekoliko ispitivanja kojima se uspoređuje kompatibilnost baznih ulja i masti s gumom tokom starenja. U tu svrhu korištena su četiri različita bazna ulja, čija viskoznost iznosi 150 mm2 / s na 40 ° C. Usporedjena su tri naftenska ulja različite solventnosti i jedno parafinsko ulje.
Razlog upotrebe masti i baznih ulja bio je utvrditi je li potrebno koristiti mast u testovima kompatibilnosti s gumom ili je dovoljno samo provesti ispitivanja s uljem kako bi se dobili konačni rezultati.
Za testiranje interakcija uzorci gume potpuno su uronjeni u bazna ulja i masti. Starenje je provedeno na tri različite temperature, 80 ° C, 100 ° C i 120 ° C, a trajanje testa je bilo tjedan dana. Promjene tvrdoće i težine svakog od gumenih uzoraka izmjerene su tokom perioda ispitivanja.
Mjerenja tvrdoće provedena su primjenom IRHD metode, a rezultati zabilježeni pomoću IRHD skale koja kreće od 0 do 100, gdje 0 odgovara izrazito mekoj gumi. Uobičajeni tipovi guma imaju IRHD vrijednosti od 30 do 85 stepeni.
Merena je i zatezna čvrstoća i izduženje. Vučna čvrstoća je sila potrebna za rastezanje gume do pucanja podijeljena s površinom poprečnog presjeka ispitnog uzorka. Rezultati su izraženi u MPa. Izduživanje je mjera sposobnosti gume da se proteže bez loma, mjereno kao postotak izvorne dužine.
Za uzorke gume koji su sazrijevani u baznim uljima na 100 ° C urađena su i mjerenja temperature stakla, Tg. Svi se polimeri vremenom ukrućuju u kruto (i krhko) amorfno staklo kada se temperatura smanji na razinu koja je poznata kao temperatura prijelaza polimernog stakla. Za gumu, ova temperatura označava granicu servisa za nisku temperaturu.
Rezultati
Rezultati su pokazali da je pod istim uslovima hloroprenski kaučuk (CR) nabrekao više od nitril-butadienske gume (NBR) guma (slike 1 i 2). Zapravo, NBR guma pokazala je skupljanje u većini slučajeva. Ulja s većom snagom otapala, npr. Naftenska ulja s visokim aromatskim sadržajem, stvaraju više natečenosti za gumu CR, ali manje skupljanja za gumu NBR, nego ulja sa nižom snagom otapala, npr. Slabo aromatična parafinska ulja. Dakle, parafinsko ulje uzrokovalo je minimalno bubrenje kod CR gume, ali maksimalno skupljanje kod NBR gume.
To je sasvim logično kad se uzmu u obzir osobine solventnosti ulja i guma. Općenito, što je bliža solventnost ulja u odnosu na gumu, veća je količina ulja koja se može uvući u gumu. Ako se solventnost izražava vrijednostima parametra topljivosti Hildebrand, za kloroprenski kaučuk i naftenska ulja primjereno je da su mnogo bliže jedni drugima nego nitril-butadienska guma i naftenska ulja, a neusklađenost solventnosti dodatno se povećava na promjeni naftenskih u parafinska ulja.
Promatrajući mjerenja tvrdoće i vlačne čvrstoće, slijedi trend: oteklina je uvijek povezana s određenim gubicima tvrdoće i vlačne čvrstoće (slike 3 i 4).
Nadalje, naši su eksperimenti pokazali da produženi kontakt s mastima i baznim uljima također značajno utječe na temperaturu stakla (Tg) gume. Iz korisničke perspektive, Tg gume važan je parametar koji određuje najnižu temperaturu ispod koje se guma ne može koristiti jer gubi elastičnost. Poznato je da prisustvo plastifikatora smanjuje temperaturu stakla Tg (na isti način kao što bi prisustvo rastvora obično smanjilo tačku smrzavanja rastvora). Zbog toga, porast Tg guma starih u baznom ulju i mastima ukazuje na preraspodjelu plastifikatora između gume i uljne faze: ulje prelazi u gumu i plastifikatori koji su prvobitno prisutni u gumi ispuštaju se van.
Pa kako se to može sprečiti? Jedan od predloženih načina da se to riješi bio je da se izjednače razlike u koncentraciji dodavanjem odgovarajućih gumenih plastifikatora, kao što je dioktitiladipat, u mastusne formulacije. Ostale alternative bile su upotreba više polarnog plastifikatora, kao što je alkilirani aril fosfat ili djelomična zamjena dioktiiladipata naftenskim uljem u gumenim formulacijama. Ove su mogućnosti provjerene, ali nijedna se nije pokazala potpuno uspješnom. Zamjena dijela polarnog plastifikatora (DOA) u gumi naftenskim uljem u početku daje malo povećanje temperature stakla (Tg), ali ima malo utjecaja na ishod testova starenja gume; i gume plastificirane naftenskim uljima i esterima razgrađuju se na sličan način. Suprotno tome, pokazalo se da dodavanje DOA formulacijama baznog ulja ili masti poboljšava niskotemperaturna svojstva gume (pritiskom na Tg), ali ima štetan uticaj na mehanička svojstva poput tvrdoće, čvrstoće i indeksa kompatibilnosti sa brtvama. Odgovarajući eksperimentalni podaci mogu se vidjeti na slikama 5-8.
Rezultati ispitivanja pouzdano sugeriraju da su interakcije između masti i gume u velikoj mjeri određene svojstvima baznog ulja koje se koristi u formulaciji masti. Dobra kompatibilnost guma baznih ulja jamči dobru kompatibilnost guma proizvedenih masti.
Zaključci
Naši rezultati pokazuju da kod pokušaja optimizacije interakcije između gume i baznog ulja / masti nema jednostavnog odgovora, a vrsta gume, plastifikator i sastav baznog ulja / masti sve su varijable koje je potrebno uzeti u obzir. Migracija plastifikatora je važan nalaz i to uvijek treba uzeti u obzir.
U većini testova, dobro rafinirana naftenska ulja i masti proizvedeni pokazali su dobru kompatibilnost s gumom, usporedivu ili čak veću od ostalih analognih proizvoda dostupnih na tržištu.