Gummi og smøremidler trenger å komme i kontakt med hverandre i mange bruksområder. Men det er ofte problemer med det som kalles "aldring" av gummi: en forringelse av gummiens egenskaper på grunn av samspill mellom gummien og de involverte fett / baseoljene.
Dette er et mye studert fenomen, men studiene ser generelt ikke dypt nok på hvorfor de to komponentene er inkompatible. En ny studie utført av Nynas undersøkte muligheten for å måle krymping og hevelse av gummien, på grunn av migrering av oljen mellom det ene og det andre, som en relativt enkel test for kompatibilitet mellom gummi og smøremiddel. Studien fokuserte på endringer i de mekaniske og lave temperaturegenskapene til gummi under kontakt med et antall fett og deres baseoljer. Imidlertid gjorde vi i prosessen en interessant og viktig oppdagelse: det er ikke bare oljen, men også andre ingredienser som vandrer. Disse påvirker forskjellige mekaniske egenskaper, og derfor har funnet viktige implikasjoner når du prøver å optimalisere gummi / fettinteraksjoner.
Noen kan lage en fin formulering for fett. Da kan noen andre lage en flott formulering for gummi. Men når det store fettet kommer i kontakt med den store gummien, blir altfor ofte gummiet ødelagt på kort tid. Mange studier har behandlet det problemet, men vi har funnet ut at de ikke har gått langt nok med å forstå de underliggende årsakene til fett / gummiforenlighet.
Samspillet vi snakker om blir vanligvis referert til som "aldring" av gummi. Aldring betyr forringelse av egenskapene gummien trenger for å tjene formålet. For å studere denne prosessen må mange parametere tas i betraktning, så som solvensegenskapene til polymeren, myknere som brukes i gummien og egenskapene til baseoljen. Det ville være relativt enkelt hvis du bare måtte utføre en eller to tester for å bestemme effekten av aldring på de forskjellige prøvene. I teorien skal det være nok å måle hevelse og krymping av gummien. Forutsatt at det som skjer er at baseoljen vandrer mellom gummi og fett, bør god kompatibilitet vises ved liten eller ingen krymping eller hevelse. Men livet er ikke alltid så enkelt ...
Beskrivelse av tester
En serie tester ble utført for å sammenligne kompatibiliteten til baseoljer og fett med gummi under aldring. For dette formål ble fire forskjellige baseoljer brukt, som alle hadde en viskositet på 150 mm2 / s ved 40 ° C. Tre naftenoljer med varierende solvens og en parafinolje ble sammenlignet.
Årsaken til å bruke både fett og baseoljer var å bestemme om det er nødvendig å bruke fett i gummikompatibilitetstester eller om det er nok til å utføre testene med oljen alene for å oppnå endelige resultater.
For å teste interaksjonene ble gummiprøvene helt nedsenket i basisoljer og fett. Aldring ble utført ved tre forskjellige temperaturer, 80 ° C, 100 ° C og 120 ° C, og testvarigheten var en uke. Endringer i hardhet og vekt av hver av gummiprøvene ble målt i løpet av studien.
Hardhetsmålinger ble utført ved bruk av IRHD-metoden og resultatene registrert ved bruk av IRHD-skalaen som går fra 0 til 100, hvor 0 tilsvarer ekstremt myk gummi. Vanlige gummityper har IRHD-verdier på 30 til 85 grader.
Strekkstyrke og forlengelse ble også målt. Strekkfasthet er kraften som kreves for å strekke gummien til brudd, delt med teststykkeens tverrsnittsareal. Resultatene er uttrykt i MPa. Elongation er et mål på gummiens evne til å strekke seg uten å bryte, målt som prosent av den opprinnelige lengden.
For gummiprøvene som ble alderen i baseoljer ved 100 ° C, ble det også foretatt målinger av glassovergangstemperaturen, Tg. Alle polymerer vil til slutt stivne til en stiv (og skjør) amorf glasstilstand når temperaturen senkes til et nivå kjent som polymerglassovergangstemperatur. For gummi indikerer denne temperaturen servicegrensen for lav temperatur.
resultater
Resultatene viste at kloroprenegummi (CR) under identiske forhold svulmet mer enn nitril-butadiengummi (NBR) gummi (figur 1 og 2). Faktisk demonstrerte NBR-gummien svinn i de fleste tilfeller. Oljer med høyere oppløsningsmiddelkraft, f.eks. Naftenoljer med høyt aromatisk innhold, gir mer hevelse for CR-gummien, men mindre krymping for NBR-gummien, enn oljer med lavere løsemiddelkraft, f.eks. Lavaromatiske parafinoljer. Dermed forårsaket parafinoljen minimum hevelse når det gjaldt CR-gummi, men maksimal svinn når det gjelder NBR-gummi.
Dette er ganske logisk når man vurderer likheten med solvensegenskapene til oljene og gummiene. Generelt, jo nærmere solvensen til oljen er den for gummi, jo høyere er mengden olje som kan bli fanget av gummi. Hvis solvens uttrykkes gjennom Hildebrand-løselighetsparameterverdier, blir kloroprengummi og naftenoljer funnet å være egnet mye nærmere hverandre enn nitril-butadiengummi og naftenoljer, og solvensforholdet øker ytterligere ved å skifte fra naften til parafinolje.
Når vi ser på målingene av hardhet og strekkfasthet, blir følgende trend åpenbar: hevelse er alltid forbundet med visse tap i hardhet og i strekkfasthet (figur 3 og 4).
Videre har våre eksperimenter vist at en langvarig kontakt med fett og baseoljer også påvirker glassovergangstemperaturen (Tg) av gummi betydelig. Fra brukerperspektivet er Tg gummi en viktig parameter som bestemmer den laveste temperaturen under hvilken gummi ikke kan brukes, da den mister sin elastisitet. Tilstedeværelsen av mykner er kjent for å trykke ned glassovergangstemperaturen Tg (på samme måte som tilstedeværelsen av et oppløst stoff normalt ville deprimere frysepunktet for oppløsninger). Derfor øker en økning i Tg av gummier som eldes i basisoljen og fettene omfordeling av mykner mellom gummien og oljefasene: olje vandrer inn i gummien og myknere opprinnelig til stede i gummien vandrer ut.
Så hvordan kan dette forhindres? En foreslått måte å håndtere det på var å utjevne konsentrasjonsforskjellene ved å tilsette de tilsvarende gummi-myknere, så som dioctyladipat, til fettformuleringene. Andre alternativer var å bruke et mer polært myknere, slik som alkylert arylfosfat, eller delvis erstatning av dioktyladipat med naftenolje i gummiformuleringer. Disse mulighetene ble sjekket ut, men ingen viste seg å være helt vellykkede. Å erstatte en del av den polare mykneren (DOA) i gummi med en naftenolje gir en liten økning i glassovergangstemperaturen (Tg) til å begynne med, men har liten effekt på resultatet av gummi aldringstester; og gummier myknet med naftenoljer og med estere brytes ned på lignende måte. Omvendt har tilsetning av DOA til formuleringer av baseolje eller fett vist seg å forbedre gummiets lave temperaturegenskaper (ved å trykke ned Tg), men har en negativ innvirkning på de mekaniske egenskapene som hardhet, styrke og tetningskompatibilitetsindeks. De tilsvarende eksperimentelle dataene kan sees i figurene 5-8.
Resultatene fra testene antyder helt klart at interaksjonene mellom fett og gummi i stor grad bestemmes av egenskapene til basisoljen som ble brukt i fettformuleringen. God gummikompatibilitet av baseoljer garanterer god gummikompatibilitet av fett produsert derav.
konklusjoner
Resultatene våre viser at det, når du prøver å optimalisere samspillet mellom gummi og baseolje / fett, ikke er noe enkelt svar, og gummitypen, mykneren og basen olje / fett sammensetning er alle variabler som må vurderes. Flytting av myknere er et viktig funn, og det bør alltid tas med i betraktningen.
I de fleste tester viste de godt raffinerte naftenoljer og fettstoffer produsert derav god gummikompatibilitet, sammenlignbar med eller til og med overskridende den for andre analoge produkter som er tilgjengelige på markedet.