I prodotti in gomma svolgono un ruolo cruciale nell'industria moderna e nella vita quotidiana. Dalle pneumatici per auto alle guarnizioni, i materiali di gomma sono ampiamente utilizzati grazie alla loro eccellente elasticità e resistenza all'usura. Tuttavia, durante l'uso, i prodotti in gomma sono influenzati da vari fattori ambientali e gradualmente invecchiano, influenzando così le loro prestazioni e la durata della vita. Questo articolo approfondirà le cause, le manifestazioni e le misure di protezione efficaci dell'invecchiamento del prodotto in gomma.
1. Manifestazioni di invecchiamento della gomma
L'invecchiamento della gomma si manifesta in modi diversi, in particolare come segue:
Cracking di superficie: sotto l'azione di ozono e sollecitazione meccanica, si appariranno fette su superficie dei prodotti in gomma, un fenomeno comune in pneumatici e guarnizioni.
Indurimento e fragilità: a causa di fattori quali l'ossidazione termica, l'elasticità della gomma diminuisce, si indurisce gradualmente e alla fine diventa fragile e soggetta a rotture.
Scolorimento: il fotoinvecchiamento e l'ossidazione causano il cambiamento del colore dei materiali in gomma, come la gomma nera che diventa grigia o marrone.
Perdita di elasticità: durante il processo di invecchiamento, la gomma perde la sua elasticità originale, diventa rigida e non può tornare al suo stato originale.
Adesione e dissoluzione: in alcuni ambienti, i materiali di gomma possono diventare appiccicosi e persino dissolversi quando sono in contatto con mezzi chimici specifici.
Variazione di volume: la gomma può espandersi o contrarsi di volume durante il processo di invecchiamento, influenzandone l'accuratezza dimensionale e la funzione.
2. Cause dell'invecchiamento dei prodotti in gomma
L'invecchiamento della gomma si riferisce al processo in cui le prestazioni dei materiali di gomma diminuiscono gradualmente in fase di azione di fattori fisici o chimici. Le cause dell'invecchiamento sono complesse e diverse, principalmente inclusi i seguenti aspetti:
Invecchiamento termico: i materiali di gomma accelereranno il processo di invecchiamento in un ambiente ad alta temperatura. Le alte temperature possono causare la decomposizione, la reticolazione o l'ossidazione delle molecole di gomma, portando a indurimento materiale, fragilità e persino rotture.
Invecchiamento ossidativo: la gomma reagisce chimicamente con l'ossigeno presente nell'aria per formare perossidi, innescando la scissione della catena o reazioni di reticolazione. L'invecchiamento ossidativo si manifesta solitamente come scolorimento superficiale e perdita di elasticità della gomma.
Invecchiamento dell'ozono: l'ozono è un altropio di ossigeno con attività estremamente elevata, che può causare la rottura delle catene molecolari di gomma, con conseguenti crepe sulla superficie dei prodotti in gomma, specialmente quando si è allungato.
Photoaging: i raggi ultravioletti sono la causa principale della fotoeggistica. I doppi legami in gomma sono soggetti a reazioni fotochimiche sotto irradiazione ultravioletta, formando radicali liberi, che a loro volta causano degradazione del materiale.
Invecchiamento idrolitico: in un ambiente umido, le molecole d'acqua penetreranno nei materiali di gomma, portando a cambiamenti nella loro struttura interna e degradazione delle prestazioni. Soprattutto in condizioni acide e alcaline, la reazione di idrolisi si intensificherà.
Invecchiamento di sollecitazione meccanica: sollecitazione meccanica a lungo termine (come tensione, compressione, flessione) causerà lo slittamento e la rottura delle catene molecolari di gomma, accelerando così l'invecchiamento.
Corrosione da mezzi chimici: alcune sostanze chimiche (come oli, solventi, acidi e alcali) reagiscono con la gomma, modificandone la struttura molecolare e determinando l'indurimento e l'infragilimento del materiale.
3. Fattori che influenzano l'invecchiamento della gomma
Temperatura ambientale: le alte temperature accelerano la decomposizione e l'ossidazione della gomma, mentre le basse temperature possono causare l'indurimento della gomma.
Umidità ambientale: un ambiente ad alta umidità aumenta il rischio di invecchiamento idrolitico, mentre un ambiente secco aiuta a ritardare l'invecchiamento.
Concentrazione di ozono: maggiore è la concentrazione di ozono, più velocemente la gomma invecchia, soprattutto in ambienti esterni.
Intensità della luce: l'intensità dei raggi ultravioletti influisce direttamente sulla velocità del fotoinvecchiamento e i prodotti in gomma negli ambienti esterni invecchiano più velocemente di quelli interni.
Stretica meccanica: lo stress meccanico ripetuto causerà danni alla struttura molecolare di gomma e accelererà l'invecchiamento.
Ambiente chimico: i prodotti in gomma a contatto con acidi, basi, oli o solventi solitamente invecchiano più velocemente.
4. Misure di protezione contro l'invecchiamento dei prodotti in gomma
Aggiunta di antiossidanti: gli antiossidanti possono catturare radicali liberi e inibire il verificarsi di reazioni di ossidazione, un mezzo importante per prevenire l'invecchiamento della gomma. Gli antiossidanti comunemente usati includono fenoli, ammine, ecc.
Utilizzando agenti anti-invecchiamento: la funzione principale degli agenti anti-invecchiamento è prevenire l'invecchiamento e la fotoegging dell'ozono. Gli agenti anti-invecchiamento comuni includono cera di paraffina, benzoiti, ecc.
Ottimizzazione della formula: ottimizzando la formula di gomma e selezionando filler, plastificanti e agenti reticolanti appropriati, la resistenza all'invecchiamento dei prodotti in gomma può essere significativamente migliorata.
Schermatura fisica: il rivestimento di uno strato protettivo, come cera di paraffina o rivestimento di ossido di metallo, sulla superficie dei prodotti in gomma può bloccare efficacemente l'intrusione di ossigeno, ozono e raggi ultravioletti.
Controllo dell'ambiente: quando si conservano e si utilizzano prodotti in gomma, la temperatura e l'umidità ambientali devono essere controllate il più possibile e si deve evitare l'esposizione diretta a una forte luce o ad ambienti ad alto contenuto di ozono.
Evitare lo stress meccanico prolungato: nella progettazione e nell'uso dei prodotti in gomma, è necessario evitare che rimangano in uno stato allungato o compresso per lungo tempo per ridurre l'impatto dello stress meccanico sull'invecchiamento.
Selezione di materiali in gomma appropriati: diversi materiali in gomma presentano differenze significative nella resistenza all'invecchiamento. Ad esempio, la resistenza all'invecchiamento della gomma fluorurata e della gomma siliconica è migliore di quella della gomma naturale. Pertanto, nelle applicazioni che richiedono elevata durabilità, dovrebbero essere selezionati preferibilmente materiali con migliore resistenza all’invecchiamento.
L'invecchiamento dei prodotti in gomma è un inevitabile processo naturale, ma attraverso misure di protezione scientifica e ragionevole, la velocità di invecchiamento può essere significativamente ritardata e la durata del servizio può essere estesa. Nella ricerca e applicazioni future, i nuovi materiali e tecnologie anti-invecchiamento dovrebbero continuare a essere esplorati per fornire una garanzia più solida per l'uso a lungo termine di prodotti in gomma.
