Еластомери се широко користе као заптивни материјали због своје добре еластичности и ниске цене.Међутим, постоје ограничења за њихову употребу, као што се не могу користити на ниским температурама или током веома дугих временских периода, јер су материјали подложни хемијском старењу.Како старе, еластомери постепено губе своју еластичност и способност да се еластично опораве, што може довести до већих стопа цурења од наведених.У неким применама, као што су контејнери за радиоактивни отпад, потребан је радни век од неколико деценија, јер није лако заменити заптивке.Из тог разлога је спроведен програм убрзаног старења до 5 година за О-прстенове од ХНБР, ЕПДМ и ФКМ.
Уобичајени проблем у предвиђању живота је избор релевантног критеријума рока трајања, који у ИСО 11346 представља промену од 50% испитиваног својства, нпр. истезање у затегнутости.За О-прстенове заптивке, скуп компресије се обично користи као критеријум века трајања, нпр. 57% (што одговара 10% поврата) или 85%.Међутим, брзина цурења О-прстена је једини параметар који је директно повезан са животним веком заптивног система.Остала својства материјала, чак и сет за компресију, могу се користити само као индикатори, а не као основа за квар заптивача.Због тога се цела компонента, тј. О-прстен, стара, како несабијена тако и сабијена између прирубница, да би се испитала брзина цурења застареле заптивке.Поред тога, одређивање да ли је радни век достигнут мерењима брзине цурења се лакше повезује са карактеристикама које се могу тестирати као што су компресија, тврдоћа или фактор вискоеластичног губитка као што је тестирано помоћу динамичке механичке анализе (ДМА).Међутим, треба водити рачуна да се избегне ефекат оксидације ограничене дифузијом (ДЛО), који може довести до нехомогеног старења и самим тим нетачних података о старењу и предвиђања живота. ДЛО ефекат је повезан са парцијалним притиском кисеоника, величином узорка, временом, температуром и материјал (пропустљивост кисеоника).Поред О-прстенова, 2 мм дебео филм је одлежан за испитивање својстава материјала где конструкција О-прстена није прикладна или где би резултати били нетачни због ДЛО ефекта.
Резултати и дискусија
1. Мерење филмским материјалом
1.1 Тврдоћа
За ХНБР и ЕПДМ, тврдоћа се конвертује у тврдоћу по Схоре Д након одређеног временског периода због великог повећања тврдоће током старења.Корелација између две тврдоће се утврђује испитивањем тврдоће по Шору А и тврдоће по Шору Д неостарелог узорка.Тврдоћа по Шору А од 80 је еквивалентна тврдоћи по Шору Д од 33.
Уочено повећање тврдоће током старења и за ХНБР и за ЕПДМ је због реакције унакрсног повезивања која се јавља, високог поларитета услед везивања кисеоника и губитка пластификатора за ХНБР.За ХНБР, преовлађују реакције унакрсног повезивања које се одвијају преко алкил, алкокси или перокси група.С друге стране, ЕПДМ производи унакрсно повезивање (преко мономера 3) и прекид ланца (пропиленска фракција).Пошто постоји више пропиленских карика него ЕНБ карика, доминирају реакције прекида ланца, иако су пропиленске карике отпорније на оксидацију од ЕНБ карика. Повећање тврдоће ЕПДМ-а може бити због повишеног поларитета при везивању кисеоника, као што је формирање кетонских група β-разбијањем пропиленских веза.
ФКМ у суштини не показује промене у тврдоћи током старења.
2. Динамичка механичка анализа
За ЕПДМ и ХНБР, пик танδ је померен ка високој температури, што указује да се температура преласка стакла (Тг) повећава након старења.Поред тога, танδ врхови ХНБР и ЕПДМ су се смањили након старења, што указује да се густина умрежене везе повећала, а молекуларна активност смањена.Након старења на 150°Ц током 98 дана, бутил г ХНБР се повећао за 38 К, док се Тг ЕПДМ повећао за 15 К. Ове услове треба узети у обзир када се примењује близу граничне температуре заптивки, јер Тг има огроман утицај на најнижу радну температуру материјала.С друге стране, ФКМ није показао значајну промену након старења на 150.Ц за 98д.
2. Тестирање О-прстена
2.1 Расподела тврдоће
Пошто је О-прстен φ10мм) много дебљи од филма φ2мм), на старење утиче ефекат оксидације ограничене дифузијом (ДЛО).Овај ефекат се јавља ако је брзина унутрашње потрошње кисеоника већа од брзине дифузије из околног ваздуха, што доводи до мањег унутрашњег старења и неравномерног старења.
мање, што резултира нехомогеним старењем, што искривљује податке о старењу и прецењује очекивани животни век.Тестирање микротврдоће дуж пресека узорка може открити више информација о ДЛО ефекту.Пошто модул и тврдоћа имају нелинеаран однос, разлика између унутрашњег и спољашњег модула неравномерно остарелих узорака је много већа. површине узорка.Ово може бити због ДЛО ефекта који доводи до нехомогеног старења јер је мање кисеоника доступно унутра. Ефекат се смањује након 10 дана, али је израженији у дужим временима старења.С друге стране, није примећена нехомогеност тврдоће на попречном пресеку након 30 дана старења ЕПДМ-а.Међутим, неуједначено старење узроковано ДЛО ефектом је такође примећено након 101 дана старења на 150 °Ц.
2.2 Релаксација компресивног стреса (ЦСР)
Максимални ефекат се може уочити из резултата теста релаксације напрезања при притиску који је изведен на 150°Ц, као што је приказано на слици 8. Релаксација је изражена као однос измерених
сила Ф према почетној сили Ф. Однос силе Ф према почетној сили Ф. Ф0 се дефинише као сила после 30 мин релаксације на испитној температури.Тестирана су три узорка сваког материјала, показујући добру поновљивост.тест је прекинут после 55 д, пошто је ЕПДМ достигао критеријум преостале силе од 10%.Уочене релаксације су биле последица физичких ефеката (нпр. клизање заплитања, релаксације суспендованих крајева ланца) и хемијских реакција (нпр. оксидативни прекид ланца). ФКМ је показао предности свог материјала отпорног на високе температуре, са само малом релаксацијом од 75% после 55д.Насупрот томе, ЕПДМ је имао само 10% преостале силе у исто време.хНБР је почео да опада брже од ЕПДМ-а, али пад више није варирао након око 20 дана.Ово је због ДЛО ефекта који доводи до мањег унутрашњег старења узорка, који задржава више силе.
2.3 Скуп компресије (ЦС)
ЦС се генерално повећава са временом старења јер унакрсно повезивање формира нове хемијске везе које су у равнотежи са стањем компресије.И прекид ланца до прекида везе, губитак способности опоравка.У поређењу са тврдоћом и Тг.У старењу темперетура је нижа од 150 ℃, ЕПДМ ЦС вредност такође значајно расте.То је због тога што тврдоћа и Тг процесом старења прекида ланац и реакција умрежавања у супротном смеру, што резултира само незнатном променом измерене вредности, али су суперпозиције две врсте реакција које доводе до ЦС повећане.Ако се узорак скупља током процеса старења.ЦС вредност може порасти на више од 100%, нпр. због унакрсног повезивања.
2.4 Мерење брзине цурења
Стопа цурења се мери помоћу О-прстена који је стар у прирубници.Значајно повећање стопе цурења сматра се крајем века трајања заптивке.Слика 11 показује
показује да је стопа цурења застарелог О-прстена мало побољшана (смањена) у поређењу са неостарелим О-прстеном.Један од разлога за то је што се гума боље прилагођава храпавости површине заптивања на коју утичу време и температура.Поред тога, значајно смањење стопе цурења остарјелог ХНБР-а може бити последица повећања густине попречне везе током старења материјала, што доводи до смањења броја молекула гаса који продиру кроз материјал После 98 дана старења на 150 °Ц, О-прстенови су остали непропусни, иако су тврдоћа и ДМА показали значајно смањење вредности механичких својстава и трајне деформације компресије (цС) на 8О (ХНБР) и 94 (ЕПДМ) ( треба напоменути да су приказане вредности тврдоће и ДМА тестиране са филма). Након старења ХНБР на 150°Ц, О-прстенови су показали мањи ефекат старења у поређењу са филмом, због очигледног ДЛО ефекта у О-прстеновима .Међутим, након старења током 184 д, вредности ЦС за ХНБР и ЕПДМ су премашиле 100, што указује да је висина поврата О-прстенова била мања од размака прирубница од 7,5 мм.ЕПДМ О-прстенови су потпуно пропуштали након старења на 150°Ц током 184 дана, што указује да усисавање није било могуће пре мерења стопе цурења јер је између О-прстенова и прирубница слободно струјао ваздух.За ХНБР, О-прстенови нису цурели на 20°Ц и 60°Ц.Ово може бити због чињенице да су О-прстенови још увек били лепљиви.Ово може бити због чињенице да се О-прстен још увек држи прирубнице.Овај ефекат адхезије је био очигледан када су полуо-прстенови стари на компресију уклоњени између две равне плоче.један од три ХНБРО прстена је пропуштао када се охладио на 30°Ц након старења на 150°Ц током 184д, али није цурио када је поново тестиран на 20°Ц.О-прстен није цурио на 20°Ц.Могуће је да термичка контракција отвара пут између приањајућих површина.Измерена стопа цурења ХНБР има велику дисперзију, што објашњава зашто само један О-прстен цури, а може се претпоставити да О-прстен више није погодан за даљу употребу након старења на 150°Ц током 184 д.Резултати показују да О-прстенови више нису погодни за даљу употребу чак и ако су друга својства угрожена.
Резултати показују да О-прстенови могу да остану без цурења иако су старење у великој мери утицало на друга својства.Слично томе, чак и са заосталом силом заптивања од само 1 Н/цм, О-прстен остаје непропустан.Ово показује да брзина цурења у статичким условима није толико осетљива као промена својстава материјала, те да чак и значајно смањење својстава материјала нема значајан штетан ефекат.Када се повеже квар заптивке услед повећаног цурења са својствима материјала, потребно је прецизније одређивање времена до квара.
3. Закључци
Испитивања старења ХНБР, ЕПДМ и ФКМ О прстенови и филмови су показали значајне промене у својствима током процеса старења.тан(3), фактор вискоеластичног губитка ХНБР-а се смањио, а тврдоћа и значајно повећала, вероватно због реакције умрежавања која доминира процесом старења, што је резултирало повећањем густине умрежавања.Поред тога, дифузиони ефекат прстенова у облику ХНБРО ограничио је оксидативне ефекте током старења на 125°Ц и 150.Ц, што доводи до изобличених резултата опуштања компресијског напрезања.Резултати теста тврдоће и ДМА ЕПДМ-а када је стар на 150°Ц били су слични онима код ХНБР-а, али са мањим варијацијама.Док се тврдоћа ЕПДМ-а старења на 75.Ц, 100°Ц и 125°Ц незнатно мењала, трајна деформација компресије (Цс) се значајно повећавала на свим температурама старења, вероватно због кидања ланца и реакција унакрсног повезивања које су повећале ЦС , а на тврдоћу су утицале ове реакције старења у супротном смеру.фкм је имао бољу отпорност на старење од осталих материјала, без промене тврдоће, и већу заосталу силу у тесту релаксације на 150°Ц.Компресијска трајна деформација се не мења много након старења.Тест брзине цурења показује да чак и ако су друга својства значајно смањена, О-прстен остаје без цурења.Ово сугерише да избор критеријума на крају животног века има значајан утицај на предвиђени век трајања и да стандардни индикатори који укључују својства материјала не морају нужно бити релевантни за функцију компоненте као што је статичка стопа цурења.
