Ozon-Alterungsprüfkammer zur Bewertung der Alterungsbeständigkeit von Gummi

Ozon-Alterungstestkammer ist ein experimentelles Instrument zur Beurteilung der Alterung von Kautschuk. Die Strukturveränderungen von Kautschuk während des thermisch-oxidativen Alterungsprozesses lassen sich in zwei Kategorien unterteilen: die thermisch-oxidative Alterungsreaktion (Rissbildung) mit Molekülkettenabbau als Hauptreaktion und die thermisch-oxidative Alterung (Strukturierung) mit Molekülkettenvernetzung als Hauptreaktion.
Naturkautschuk umfasst Isoprenkautschuk, Butylkautschuk, EPDM-Kautschuk, homopolymerisierten Epichlorhydrinkautschuk und copolymerisierten Epichlorhydrinkautschuk. Nach thermischer Oxidationsalterung ist dieser Kautschuk weich und klebrig.
Butadienkautschuk, der Butadien enthält, unterliegt während der thermisch-oxidativen Alterung hauptsächlich einer Vernetzungsreaktion. Ähnliche Kautschuksorten sind NBR, SBR, CR, ERDM, FPM und CSM. Nach der thermisch-oxidativen Alterung ist dieser Kautschuk hart und spröde.
Ozon-Alterungstestkammer zur Bewertung der Alterungsbeständigkeit von Gummi
1. Die wichtigsten Faktoren, die die Alterung von Gummi beeinflussen, sind:
(1) Sauerstoff: Sauerstoff reagiert in einer radikalischen Kettenreaktion mit den Kautschukmolekülen. Dies führt zum Bruch oder zur Übervernetzung der Molekülketten und damit zu Veränderungen der Kautschukeigenschaften. Oxidation ist eine der Hauptursachen der Kautschukalterung.
(2) Ozon: Ozon ist chemisch deutlich reaktiver als Sauerstoff und wirkt zerstörerischer. Es führt ebenfalls zum Aufbrechen von Molekülketten. Die Wirkung von Ozon auf Gummi hängt jedoch davon ab, ob der Gummi verformt ist oder nicht. Bei verformtem Gummi (hauptsächlich ungesättigtem Gummi) entstehen Risse in Richtung der Belastung, die als „Ozonrissbildung“ bezeichnet werden. Bei verformtem Gummi bildet sich hingegen lediglich ein Oxidfilm auf der Oberfläche, ohne dass Risse entstehen.
(3) Wärme: Eine Temperaturerhöhung kann zu thermischer Rissbildung oder thermischer Vernetzung von Kautschuk führen. Die grundlegende Rolle der Wärme besteht jedoch in der Aktivierung. Die Erhöhung der Sauerstoffdiffusionsrate und die Aktivierung der Oxidationsreaktion, wodurch die Oxidationsreaktionsrate von Kautschuk beschleunigt wird, ist ein häufiges Alterungsphänomen – die thermische Oxidationsalterung.
(4) Mechanische Belastung: Unter wiederholter mechanischer Belastung brechen die Molekülketten des Gummis und setzen freie Ionen frei. Dies löst eine Oxidationskettenreaktion aus und führt zu einem mechanochemischen Prozess. Mechanischer Bruch der Molekülketten und mechanische Aktivierung von Oxidationsprozessen – welcher Prozess überwiegt, hängt von den Bedingungen ab. Zusätzlich kann es unter Belastung leicht zu Ozonrissen kommen.
(5) Wasser: Wasser hat zwei Wirkungen: Gummi wird leicht beschädigt, wenn er feuchter Luft ausgesetzt ist oder längere Zeit in Wasser eingeweicht wird. Dies liegt daran, dass wasserlösliche Substanzen und hydrophile Gruppen im Gummi durch Wasser extrahiert, gelöst, hydrolysiert oder absorbiert werden. Insbesondere der Wechsel zwischen Wassereinwirkung und Luftkontakt beschleunigt die Zerstörung von Gummi. In manchen Fällen schädigt Wasser Gummi jedoch nicht und kann die Alterung sogar verzögern.
(6) Öl: Bei längerem Kontakt mit Öl während des Gebrauchs kann das Öl in den Gummi eindringen und ihn aufquellen lassen. Dies führt zu einer Verringerung der Festigkeit und anderer mechanischer Eigenschaften des Gummis. Die Ursache für das Aufquellen liegt darin, dass die Ölmoleküle nach dem Eindringen in den Gummi miteinander diffundieren und dadurch die Netzwerkstruktur des vulkanisierten Gummis verändern.
(7) Sonstige Faktoren: Zu den weiteren Faktoren, die Kautschuk beeinflussen, gehören chemische Medien, Metallionen mit variabler Wertigkeit, hochenergetische Strahlung, Elektrizität und Biologie.
2. Methoden zum Schutz vor Alterung von Gummi:
Da die Alterung von Gummi ein komplexer und umfassender chemischer Reaktionsprozess ist und sich nicht verhindern lässt, können geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um die Alterung zu verlangsamen und somit die Lebensdauer des Gummis zu verlängern. Zu den Anti-Aging-Maßnahmen zählen vor allem physikalische und chemische Schutzmaßnahmen.
Physikalischer Schutz bedeutet, die Wechselwirkung zwischen Gummi und verschiedenen Alterungsfaktoren so weit wie möglich zu vermeiden, z. B. durch Oberflächenbeschichtung oder -behandlung, Zugabe von Lichtschutzmitteln, Zugabe von Paraffin usw.