Cauciucul și lubrifianții trebuie să intre în contact între ele în multe aplicații. Dar deseori există probleme cu ceea ce este cunoscut sub denumirea de „îmbătrânire” a cauciucului: o deteriorare a proprietăților cauciucului datorită interacțiunilor dintre cauciuc și grăsimea / uleiurile de bază implicate.
Acesta este un fenomen mult studiat, dar, în general, studiile nu privesc suficient de profund motivele pentru care cele două componente sunt incompatibile. Un nou studiu realizat de Nynas a investigat posibilitatea măsurării contracției și umflarea cauciucului, datorită migrării uleiului între unul și celălalt, ca un test relativ simplu pentru compatibilitatea dintre cauciuc și lubrifiant. Studiul s-a concentrat pe modificările proprietăților mecanice și la temperaturi scăzute ale cauciucului în timpul contactului său cu o serie de grăsimi și uleiurile lor de bază. Cu toate acestea, în proces am făcut o descoperire interesantă și importantă: nu este doar uleiul, ci și alte ingrediente care migrează. Acestea influențează diverse proprietăți mecanice și, prin urmare, descoperirea are implicații importante atunci când se încearcă optimizarea interacțiunilor cauciuc / grăsime.
Cineva poate face o formulare excelentă pentru grăsime. Atunci altcineva ar putea face o formulare excelentă pentru cauciuc. Cu toate acestea, atunci când acea grăsime mare vine în contact cu acel mare cauciuc, mult prea des cauciucul este distrus în cel mai scurt timp. Multe studii s-au ocupat de această problemă, dar am constatat că nu au mers suficient de departe pentru a înțelege cauzele care stau la baza incompatibilității de grăsime / cauciuc.
Interacțiunea despre care vorbim este denumită de obicei „îmbătrânirea” cauciucului. Îmbătrânirea înseamnă deteriorarea proprietăților de care cauciucul trebuie să-și îndeplinească scopul. Pentru a studia acest procedeu trebuie să fie luați în considerare mulți parametri, cum ar fi proprietățile de solvabilitate ale polimerului, plastifianții folosiți în cauciuc și proprietățile uleiului de bază. Ar fi relativ simplu dacă ar trebui să efectuați doar una sau două teste pentru a determina efectele îmbătrânirii pe diferitele probe. În teorie, măsurarea umflăturii și a contracției cauciucului ar trebui să fie suficientă. Presupunând că ceea ce se întâmplă este că uleiul de bază migrează între cauciuc și grăsime, o bună compatibilitate ar trebui să fie arătată puțin sau deloc scăzând sau umflând. Dar viața nu este întotdeauna atât de simplă ...
Descrierea testelor
O serie de teste au fost efectuate pentru a compara compatibilitatea uleiurilor de bază și a grăsimilor cu cauciucul în timpul îmbătrânirii. În acest scop au fost utilizate patru uleiuri de bază diferite, toate având o vâscozitate de 150 mm2 / s la 40 ° C. Au fost comparate trei uleiuri naftenice cu o solvabilitate diferită și un ulei parafinic.
Motivul utilizării atât a grăsimii, cât și a uleiurilor de bază a fost să stabilească dacă este necesară utilizarea grăsimii în testele de compatibilitate a cauciucului sau dacă este suficient să efectuați testele doar cu uleiul pentru a obține rezultate concludente.
Pentru a testa interacțiunile, probele de cauciuc au fost cufundate total în uleiurile de bază și grăsimile. Îmbătrânirea a fost efectuată la trei temperaturi diferite, 80 ° C, 100 ° C și 120 ° C, iar durata testului a fost de o săptămână. Modificările durității și greutății fiecăruia dintre eșantioanele de cauciuc au fost măsurate pe parcursul studiului.
Măsurătorile de duritate au fost efectuate prin metoda IRHD și rezultatele s-au înregistrat folosind scala IRHD care se desfășoară de la 0 la 100, unde 0 corespunde cauciucului extrem de moale. Tipurile de cauciuc obișnuite au valori IRHD de 30 până la 85 de grade.
S-au măsurat, de asemenea, rezistența la tracțiune și alungirea. Rezistența la tracțiune este forța necesară pentru întinderea cauciucului până la rupere divizată în zona secțiunii transversale a epruvetei. Rezultatele sunt exprimate în MPa. Alungirea este măsura capacității cauciucului de a se întinde fără rupere, măsurată ca procent din lungimea inițială.
Pentru probele de cauciuc care au fost îmbătrânite în uleiuri de bază la 100 ° C, s-au efectuat, de asemenea, măsurători ale temperaturii de tranziție a sticlei, Tg. Toți polimerii se vor rigidiza până la o stare rigidă (și fragilă) de sticlă amorfă când temperatura este scăzută la un nivel cunoscut sub denumirea de temperatură de tranziție a sticlei polimerice. Pentru cauciuc, această temperatură indică limita de service a temperaturii scăzute.
Rezultate
Rezultatele au arătat că, în condiții identice, cauciucul cloroprenic (CR) a umflat mai mult decât cauciucul nitril-butadienă (NBR) (figurile 1 și 2). De fapt, cauciucul BNR a demonstrat contracția în majoritatea cazurilor. Uleiurile cu o putere mai mare de solvent, de exemplu, uleiurile naftenice cu conținut aromatic ridicat, aduc mai mult umflături pentru cauciucul CR, dar mai puține contracții pentru cauciucul NBR, decât uleiurile cu o putere mai mică de solvent, de exemplu, uleiuri parafinice cu aromă scăzută. Astfel, uleiul parafinic a provocat umflarea minimă în cazul cauciucului CR, dar contracția maximă în cazul cauciucului NBR.
Acest lucru este destul de logic atunci când se ia în considerare asemănarea proprietăților de solvabilitate ale uleiurilor și ale cauciucului. În general, cu cât este mai aproape solvabilitatea uleiului de cea a cauciucului, cu atât este mai mare cantitatea de ulei care poate fi prinsă de cauciuc. Dacă solvabilitatea este exprimată prin valorile parametrilor de solubilitate Hildebrand, se consideră că uleiul de cauciuc cloropren și uleiurile naftenice sunt mult mai apropiate unul de celălalt decât cauciucul nitril-butadienă și uleiurile naftenice, iar nepotrivirea solvabilității crește în continuare la trecerea de la uleiurile naftenice la cele parafinice.
Analizând măsurările de duritate și rezistență la tracțiune, următoarea tendință devine evidentă: umflarea este întotdeauna asociată cu anumite pierderi în duritate și în rezistență la tracțiune (figurile 3 și 4).
Mai mult, experimentele noastre au arătat că un contact prelungit cu grăsimi și uleiuri de bază afectează în mod semnificativ și temperatura de tranziție a sticlei (Tg) de cauciuc. Din perspectiva utilizatorului, Tg de cauciuc este un parametru important care determină temperatura cea mai scăzută sub care cauciucul nu poate fi utilizat, deoarece își pierde elasticitatea. Se știe că prezența plastifiantului scade temperatura de tranziție a sticlei Tg (la fel cum prezența unui solut ar deprinde în mod normal punctul de îngheț al soluțiilor). Prin urmare, o creștere a Tg de cauciuc îmbătrânită în uleiul de bază și grăsimi indică redistribuirea plastifiantului între fazele cauciucului și uleiul: uleiul migrează în cauciuc și plastifianții prezenți inițial în cauciuc migrează.
Deci, cum poate fi prevenit acest lucru? Un mod sugerat de a face față cu acesta a fost să diferențiați diferențele de concentrație adăugând plastifianții de cauciuc corespunzători, cum ar fi dioctiladipatul, la formulările de grăsimi. Alte alternative au fost utilizarea unui plastifiant mai polar, precum aril-fosfat alchilat, sau înlocuirea parțială a dioctiladipatului cu ulei naftenic în formulările de cauciuc. Aceste posibilități au fost verificate, dar niciuna nu s-a dovedit complet reușită. Substituirea unei părți a plastifiantului polar (DOA) din cauciuc cu un ulei naftenic dă o creștere mică a temperaturii de tranziție a sticlei (Tg) inițial, dar are un efect redus asupra rezultatelor testelor de îmbătrânire a cauciucului; iar cauciucurile plastifiate cu uleiuri naftenice și cu esteri se degradează în mod similar. Dimpotrivă, adăugarea DOA la uleiurile de bază sau formulările de grăsimi s-a dovedit a spori proprietățile la temperaturi scăzute ale cauciucului (prin apăsarea Tg), dar are un efect negativ asupra proprietăților mecanice, cum ar fi duritatea, rezistența și indicele de compatibilitate a garniturii. Datele experimentale corespunzătoare pot fi văzute în Figurile 5-8.
Rezultatele testelor sugerează, în mod concludent, că interacțiunile dintre grăsime și cauciuc sunt determinate în mare măsură de proprietățile uleiului de bază utilizate în formularea de grăsimi. O bună compatibilitate din cauciuc a uleiurilor de bază garantează o bună compatibilitate a cauciucului a grăsimilor produse.
concluzii
Rezultatele noastre arată că, atunci când încercați să optimizați interacțiunile dintre cauciuc și uleiul de bază / grăsime, nu există un răspuns simplu, iar tipul de cauciuc, plastifiantul și compoziția de bază / ulei de bază sunt toate variabile care trebuie luate în considerare. Migrația plastifianților este o constatare importantă și ar trebui să fie luată în considerare întotdeauna.
În majoritatea testelor, uleiurile și grăsimile naftenice bine rafinate au demonstrat o bună compatibilitate a cauciucului, comparabilă sau chiar depășită cu cea a altor produse similare disponibile pe piață.