شکست پیری و پیش‌بینی عمر مواد پلیمری

شکست پیری و پیش‌بینی عمر مواد پلیمری
در حین نگهداری و استفاده، مواد پلیمری تحت تأثیر عوامل محیطی مختلف (مانند نور ماوراء بنفش، گرما، رطوبت، ازن، میکروارگانیسم‌ها و غیره) و شرایط کاری (مانند استرس، میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی، رسانه و غیره) قرار می‌گیرند. تخریب فوتوکسیژن، تخریب حرارتی، تخریب شیمیایی، تخریب بیولوژیکی و غیره منجر به کاهش تدریجی خواص مختلف تا زمان تخریب می شود. بنابراین، مطالعه مکانیسم شکست پیری و پیش‌بینی عمر مواد پلیمری از اهمیت بالایی برخوردار است. با در نظر گرفتن مواد آب بندی لاستیکی، محصولات ساخته شده از آن مانند واشر، حلقه های O-رینگ، فنجان، مهر و موم روغن، شیرها و غیره اغلب در موقعیت های کلیدی در تجهیزات مکانیکی قرار دارند و در عین حال اغلب ضعیف هستند. پیوندهای قطعات یا مجموعه ها. اگر قابلیت آب بندی خود را از دست داد، باید جدا شود و تعویض شود، در غیر این صورت ممکن است کل محصول از بین برود.
ماهیت پیری لاستیک، اتصال متقاطع یا شکستن زنجیره‌های مولکولی لاستیک است که بیشتر یک مکانیسم اکسیداسیون اتوکاتالیستی است. نوع و ترکیب لاستیک خام لاستیک تا حد زیادی ثبات پیری محصول را تعیین می کند. به عنوان مثال، مقاومت حرارتی لاستیک سیلیکونی و لاستیک فلوئور بهتر از لاستیک نیتریل بوتادین (NBR) است. مقاومت حرارتی لاستیک نیتریل بوتادین هیدروژنه (HNBR) هرچه اشباع بیشتر باشد، پایداری حرارتی بهتری دارد. با افزایش محتوای اکریلونیتریل (AN)، مقاومت روغن و مقاومت در برابر پیری NBR افزایش می یابد، اما در عین حال عملکرد آب بندی و مقاومت در برابر دمای پایین کاهش می یابد. سیستم ولکانیزاسیون لاستیک، سیستم تثبیت کننده، پرکننده ها و نرم کننده ها همگی بر خواص پیری ماتریکس تأثیر می گذارند. برای لاستیک سیلیکونی یا لاستیک پلی اورتان که به راحتی هیدرولیز می شود یا آب دوستی خاصی دارد، رطوبت پیری آن را تسریع می کند. در حین استفاده، مواد درزگیر لاستیکی اغلب باید مقدار معینی از تغییر شکل را تحمل کنند و با محیط روغن تماس پیدا کنند. این باعث می شود که روند پیری مواد نه تنها به یک فرآیند تخریب حرارتی اکسیداتیو تبدیل شود، بلکه تأثیر رسانه های روغن و استرس نیز دارد.
عمر لاستیک معمولاً از طریق آزمایش پیری اکسیژن حرارتی تسریع شده ارزیابی می شود، یعنی آزمایش پیری تسریع شده در دمای بالاتر انجام می شود و عمر با برون یابی نتایج اندازه گیری به دمای استفاده (سرویس) با استفاده از فرمول آرنیوس پیش بینی می شود. . این مستلزم آن است که مکانیسم منجر به تخریب در محدوده دمایی مورد بررسی تغییر نکند. در بیشتر موارد، کاربرد روش آرنیوس ثابت شده است، اما بسیاری از محققان گزارش کرده‌اند که رفتار غیر آرنیوسی پیری لاستیک کاملاً قابل اجرا نیست. به عنوان مثال، زمانی که برنشتاین و همکاران. با مطالعه پیری سریع فلوروسیلیکن، آنها دریافتند که منحنی آرنیوس رفتار آرام سازی تنش فشاری آن در 80 درجه انحراف دارد و باعث می شود بخش های دمای بالا و دمای پایین دو انرژی فعال سازی (73kJ·mol{5}} و 29kJ) را نشان دهند. ·mol-1). با محاسبه انرژی فعال‌سازی بخش در دمای پایین، عمر مربوط به 50 درصد کاهش عملکرد 17 سال است، در حالی که طول عمر مستقیماً از انرژی فعال‌سازی بخش در دمای بالا تا 900 سال است. ویرایش، ویرایش و چاپ مجدد توسط Jiayu Testing Network باید منبع را ذکر کند. چنین تفاوت بزرگی نشان می‌دهد که شرایط واقعی پیری با پیری تسریع شده متفاوت است و در نتیجه مکانیسم پیری تغییر می‌کند یا مکانیسم پیری در محدوده‌های دمایی مختلف تغییر می‌کند که نتایج برون‌یابی ساده را غیرقابل اعتماد می‌کند. با این حال، کار تحقیقاتی کنونی عمدتاً از نیازهای واقعی کاربردهای مهندسی شروع می‌شود، با تمرکز بر خواص مکانیکی (مانند استحکام، سختی، تغییر شکل دائمی فشرده‌سازی، کاهش تنش، نرخ بازیابی الاستیک و غیره)، در مورد مکانیسم پیری لاستیک در شرایط مختلف. . تحقیقات به ندرت انجام می شود، به این معنی که پیش بینی زندگی هنوز از روش پیری اکسیژن حرارتی تسریع شده استفاده می کند. شکاف های تحقیقاتی قابل توجهی در تاثیر شرایط پیچیده دما و رطوبت، اثرات تنش، اثرات متوسط ​​و غیره در محیط لاستیک وجود دارد.
در طی فرآیند اکسیداسیون حرارتی، لاستیک محصولات اکسیداسیون مختلفی تولید می کند که به وضوح در جهت ضخامت محصول توزیع می شوند و چگالی اتصال متقابل آن نیز تغییر می کند. پس از انجام تحقیقات عمیق در مورد رفتار پیری اکسیژن حرارتی و مکانیسم NBR در هوا و روغن روان کننده، نویسنده دریافت که فرآیند پیری NBR در هوا را می توان به سه مرحله تقسیم کرد. مرحله اول عمدتاً مهاجرت مواد افزودنی ( روان کننده ها، آنتی اکسیدان ها و ...) است. در مرحله دوم، واکنش اکسیداسیون و واکنش اتصال عرضی غالب است که با افزایش درجه اتصال متقابل و سختی آشکار می شود، در حالی که نرخ بازیابی الاستیک کاهش می یابد. در مرحله سوم پیری دیررس اکسیداسیون حرارتی، اکسیداسیون شدید حتی ممکن است باعث شکستن زنجیره های مولکولی شود. با این حال، در این زمان، کشش NBR تقریبا به طور کامل از بین رفته است و نمی توان از آن به عنوان ماده آب بندی استفاده کرد. در این فرآیند، تغییر محتوای آنتی اکسیدانی یک شاخص بسیار مهم است. هنگامی که محتوای آن به یک مقدار بحرانی کاهش می یابد، نرخ بازیابی الاستیک به شدت کاهش می یابد و سختی به شدت افزایش می یابد و باعث از دست دادن عملکرد خود می شود. هنگامی که NBR از نظر حرارتی در روغن روانکاری پیر می شود، اول از همه، به دلیل انتشار روغن روان کننده در لاستیک، لاستیک می تواند خواص ارتجاعی خوبی را برای مدت طولانی حفظ کند. ثانیاً، اگرچه روغن روان کننده تا حدودی مانع از انتشار اکسیژن می شود، اما درجه اکسیداسیون در روغن به دلیل افزایش تحرک زنجیره های مولکولی لاستیکی بالاتر است. اگر همان نوع روغن با ویسکوزیته متفاوت باشد، درجه اکسیداسیون در روغن کم ویسکوزیته بیشتر از روغن با ویسکوزیته بالا خواهد بود. سوم، اثر استخراج روغن روان کننده بر مواد افزودنی باعث می شود که سرعت مهاجرت مواد افزودنی در لاستیک بیشتر شود.
هنگامی که از لاستیک به عنوان ماده آب بندی استفاده می شود، تحت فشار قرار می گیرد و با گذشت زمان آرام می شود. گیلن و همکاران از آزمایشگاه ملی Sandia رفتار آرام سازی تنش لاستیک بوتیل را با یک کرنش خاص در دماهای مختلف مورد مطالعه قرار داد و دریافت که سرعت آرامش تنش در شرایط کرنش به طور قابل توجهی تسریع می شود.
هنگامی که از مواد آب بندی لاستیکی در شرایط آب بندی و روانکاری دینامیکی استفاده می شود، ویژگی های اصطکاک و سایش لاستیک باید در نظر گرفته شود. ضریب اصطکاک لاستیک سهم مشترک مایع، چسبندگی و تغییر شکل است. چسبندگی اتصال و تخریب در سطح مولکولی است و با مدول الاستیک که تابعی از ویسکوالاستیسیته است کاهش می یابد. اصطکاک هیسترتیک لاستیک فرآیندی انرژی بر است که با میرایی داخلی همراه است، اما با کاهش مدول الاستیک افزایش می یابد. سایش یک آسیب موضعی است که نتیجه تجزیه شبکه متصل به مولکول های کوچکتر است. اگر سطح تیز باشد، سایش منجر به شکست کششی می شود. اگر سطح صاف باشد، منجر به شکست خستگی می شود. محیط های روغنی مختلف اثرات متفاوتی بر خواص اصطکاک و سایش لاستیک دارند. به عنوان مثال، روغن پایه استر خواص مکانیکی NBR را به طور جدی تری نسبت به روغن معدنی و روغن مصنوعی پلی الفین (PAO) تخریب می کند.