พฤติกรรมการเสื่อมสภาพของวัสดุยางในสภาพแวดล้อมทางทะเล

1. บทนำ

เนื่องจากมัน ความยืดหยุ่นสูง, ความหนาแน่นของอากาศที่ดีเยี่ยม , และ การต่อต้านสื่อต่างๆ, ยาง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายใน ระบบซีลน้ำมันและแก๊ส สำหรับ การบินและอวกาศ, การบิน , และ อาวุธกองทัพเรือ.
ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของ อุตสาหกรรมการป้องกันประเทศของจีน, ส่วนประกอบยางวัลคาไนซ์ มีความสำคัญมากขึ้นใน อุปกรณ์การบินและอวกาศ, เรือเดินทะเล , และ วิศวกรรมใต้ทะเลลึก.
โดยเฉพาะภายใต้คอมเพล็กซ์ สภาพแวดล้อมทางทะเล, วัสดุซีลยาง จะต้องทนต่อ ความชื้นสูง, สเปรย์เกลือ , และ ความเครียดทางกล พร้อมกันทำให้ความต้องการวัสดุสูงขึ้น ความมั่นคงในระยะยาว และ อายุการใช้งาน.

ปัจจุบันการศึกษาส่วนใหญ่เกี่ยวกับ อายุยาง มุ่งเน้นไปที่ พฤติกรรมการแก่ชราจากความร้อนออกซิเดชั่น ของ ยางวัลคาไนซ์ โดยศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิและออกซิเจนที่มีต่อคุณสมบัติของอุณหภูมิเป็นหลัก
อย่างไรก็ตาม ใน สภาพแวดล้อมทางทะเล ,ปัจจัยต่างๆเช่น สื่อน้ำมัน, ก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อน , และ สเปรย์เกลือ อยู่ร่วมกันซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อ ประสิทธิภาพการปิดผนึก และ อายุการใช้งาน ของ ส่วนประกอบยางวัลคาไนซ์.

ในทางตรงกันข้าม ชิ้นส่วนยางที่ไม่วัลคาไนซ์ (เช่น แผ่นป้องกันแบบเชื่อมขวางบางส่วน, เคลือบยาง , และ ซีลชั่วคราวที่ใช้ในไซต์งาน ) แสดงความต้านทานต่อความชราได้น้อยกว่าเนื่องจากขาดเครือข่ายเชื่อมขวางที่เสถียร
วัสดุเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะ พื้นผิวอ่อนลง, การเสียรูป , และ การเสื่อมประสิทธิภาพ ภายใต้การสัมผัสทางทะเล

2. สาเหตุและผลกระทบของการเสื่อมสภาพของยาง

สาเหตุของ อายุยาง สามารถแบ่งออกเป็น แท้จริง และ ภายนอก ปัจจัย:

ปัจจัยภายใน รวม องค์ประกอบทางเคมี ของ โครงสร้างโพลีเมอร์, โครงสร้างโมเลกุล, ความเป็นผลึก, การพันกันของโซ่ และการแยกโซ่หรือออกซิเดชันที่เกิดขึ้นระหว่างการประมวลผล

ปัจจัยภายนอก รวม ออกซิเจน, โอโซน, อุณหภูมิ, ความชื้น, หมอกเกลือ, แม่พิมพ์ , และ รังสีอัลตราไวโอเลต ในสภาพแวดล้อม

สำหรับ ส่วนประกอบยางวัลคาไนซ์ , ก โครงสร้างเชื่อมขวางสามมิติ ให้สิ่งที่ดี ความต้านทานต่อการผ่อนคลายความเครียด และ ความเสถียรทางเคมี.
อย่างไรก็ตามการสัมผัสเป็นเวลานาน สภาพแวดล้อมทางทะเล ยังสามารถทำให้เกิด การแตกหักของพันธะเชื่อมขวาง, การแตกร้าวของพื้นผิว , หรือ การแข็งตัว.

ชิ้นส่วนยางที่ไม่วัลคาไนซ์ ในทางกลับกัน ขาดการบำบัดด้วยการวัลคาไนซ์ ของพวกเขา สายโซ่โมเลกุลหลวม และ ปริมาณฟรีขนาดใหญ่ ทำให้พวกเขาอ่อนแอมากขึ้น ไอออนทางทะเล, สารออกซิไดซ์ , และ รังสียูวี ส่งผลให้แก่เร็วยิ่งขึ้น

การเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพที่เกิดจากการแก่ชราได้แก่:

รูปลักษณ์เปลี่ยนไป : การแข็งตัวของพื้นผิว การแตกร้าว ความเหนียว และการเปลี่ยนสี

การย่อยสลายทางกายภาพและเคมี : ลดลงใน ความหนาแน่น, ความแข็ง, แรงดึง, ชุดการบีบอัด, ความหนืด , และ คุณสมบัติทางไฟฟ้า.

ดังนั้นในการใช้งานจริงเช่น ซีลน้ำมันการบินและอวกาศ, แผ่นป้องกันกองทัพเรือ , และ วงแหวนปิดผนึกใต้ทะเลลึก จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องสร้างความแตกต่าง มาตรฐานการประเมินความชรา สำหรับ วัลคาไนซ์ และ ผลิตภัณฑ์ยางที่ไม่วัลคาไนซ์.

3. การทดสอบอายุแบบเร่งและการทำนายอายุการใช้งาน

ในการปฏิบัติงานด้านวิศวกรรม ผลิตภัณฑ์ยาง —โดยเฉพาะ ส่วนประกอบยางวัลคาไนซ์ —มักจะมีอายุการใช้งานมากกว่าสิบปี
เพื่อจำลองการใช้งานในระยะยาว การทดสอบความชราแบบเร่งที่อุณหภูมิสูง มีการจ้างงานกันทั่วไป

ใช้การศึกษาเบื้องต้น การดูดซึมออกซิเจน เพื่อเป็นตัวบ่งชี้อัตราการชราภาพ และต่อมาได้พัฒนาเป็นวิธีการต่างๆ เช่น อายุเตาอบ, ระเบิดออกซิเจน, ระเบิดทางอากาศ , และ การผุกร่อนเทียม การทดสอบ
แนวทางที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันมีพื้นฐานมาจาก ความสัมพันธ์เชิงประจักษ์ของอาร์เรเนียส และ หลักการซ้อนทับระหว่างเวลาและอุณหภูมิซึ่งถือว่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 10 °C จะได้ว่า อัตราการเกิดปฏิกิริยา คู่ผสม

อย่างไรก็ตามใน สภาพแวดล้อมทางทะเล , แบบดั้งเดิม แบบจำลองการทำนายอายุแบบเร่ง แสดงความเบี่ยงเบนเนื่องจาก:

แตกต่าง กลไกการเกิดปฏิกิริยา ที่โซนอุณหภูมิที่แตกต่างกัน

การอพยพหรือการตกตะกอนของสารต้านอนุมูลอิสระ,

วิวัฒนาการทางสัณฐานวิทยาของโพลีเมอร์ , และ

ข้อจำกัดในการแพร่กระจายของออกซิเจน เกี่ยวข้องกับความหนาของชิ้นงาน

ดังนั้นเพื่อ ส่วนประกอบยางวัลคาไนซ์ ปฏิบัติการใน เงื่อนไขการให้บริการทางทะเล ขอแนะนำให้ลดอุณหภูมิการเร่งอายุลง ขยายระยะเวลาการทดสอบ หรือพัฒนา รุ่นข้อต่อหลายปัจจัย ที่เกี่ยวข้อง ความชื้น, สเปรย์เกลือ , และ กิจกรรมของจุลินทรีย์ เพื่อปรับปรุง ความแม่นยำในการทำนายอายุการใช้งาน.

สำหรับ ชิ้นส่วนยางที่ไม่วัลคาไนซ์ เนื่องจากไม่มีเครือข่ายเชื่อมขวางที่เสถียร อ่อนลงหรือล้มเหลว เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงเร่งอายุ
ตามธรรมเนียมแล้ว อิงจาก Arrhenius การประมาณค่านั้นไม่น่าเชื่อถือและมีเพียงเท่านั้น การประเมินเสถียรภาพระยะสั้น จะดำเนินการโดยทั่วไป

4. การจำลองสภาพแวดล้อมทางทะเลเพื่อการทดสอบแบบเร่งรัด

ด้วยความซับซ้อนของ สภาพแวดล้อมทางทะเล , การทดสอบปัจจัยเดียว เช่น ความชื้น-ความร้อน, สเปรย์เกลือ , หรือ การเปิดรับเชื้อรา ไม่สามารถจำลองเงื่อนไขการบริการจริงได้ทั้งหมด

ในการศึกษาครั้งนี้มีการปรับปรุงให้ดีขึ้น เครื่องวัดความชื้นและความร้อน ถูกนำมาใช้แทนน้ำกลั่นด้วย น้ำทะเลเทียม และดำเนินการทดสอบที่ 90 องศาเซลเซียส และ ความชื้น 98% เพื่อจำลองการเร่งความชราจากหลายปัจจัย
วิธีการนี้จะเพิ่ม อัตราความชรา ประมาณ แปดเท่า ทำให้สามารถประเมินผลได้อย่างรวดเร็ว ส่วนประกอบยางวัลคาไนซ์ ภายใต้ การสัมผัสทางทะเล.

ผลการทดลองให้คำแนะนำที่เป็นประโยชน์ในการเลือก วัสดุปิดผนึก ใน กองทัพเรือ, อุปกรณ์ดำน้ำ , และ สายเคเบิลใต้น้ำ ในขณะเดียวกันก็ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ ความมั่นคงในระยะสั้น ของ ส่วนประกอบยางที่ไม่วัลคาไนซ์ ใน การใช้งานโครงสร้างป้องกัน.

เนื่องจากมัน ความยืดหยุ่นสูง, ความหนาแน่นของอากาศที่ดีเยี่ยม , และ การต่อต้านสื่อต่างๆ, ยาง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายใน ระบบซีลน้ำมันและแก๊ส สำหรับ การบินและอวกาศ, การบิน , และ อาวุธกองทัพเรือ.