7 סיבות ליידע אותך על תופעת ההזדקנות של אטמי גומי
זוהי תופעה שכיחה שמוצרי גומי עולים בקשיחות לאחר השארתם או שימוש במשך זמן מה, במיוחד כאשר הם חשופים לאוויר או נתונים ללחץ ושינויי טמפרטורה חיצוניים. תהליך זה נובע בעיקר משינויים בתכונות הפיזיקליות והכימיות של הגומי, אותם ניתן לייחס להיבטים הבאים: חמצון, הגברת הצלבות, תנועת מקטעים מוגבלת, נדידת תוספים והשפעת גורמים סביבתיים. לאחר מכן, אבחן את הסיבות בפירוט מהיבטים אלו.
תגובת חמצון
אטמי גומינתונים לתגובות חמצון בעת חשיפה לאוויר, במיוחד אלה המכילות חמצן ואוזון. חמצון הוא אחד הגורמים העיקריים להזדקנות הגומי, שבמהלכו המבנה המולקולרי של הגומי משתנה, ומגביר את הקשיות. המנגנונים העיקריים של תגובות חמצון כוללים את הדברים הבאים:
- תגובת שרשרת של רדיקלים חופשיים: אטמי גומי נוטים ליצור רדיקלים חופשיים תחת פעולת החמצן, ורדיקלים חופשיים מתחברים עם חמצן ויוצרים רדיקלי פרוקסיד, אשר בתורם מובילים לשבירת שרשרת ותגובות צולבות, וכתוצאה מכך לשינויים במבנה הגומי. ככל שהקישור צולב מתגבר, תנועת השרשראות המולקולריות מוגבלת, והגומי מפגין קשיות גבוהה יותר.
- השפעת האוזון: לאוזון השפעה מזיקה חזקה יותר על אטמי גומי, הגורם לא רק לשבירת שרשרת, אלא גם למוצרי חמצון ישירות במולקולות הגומי. מוצרי חמצון אלו מגבירים את שבירות הגומי, אשר מפגין קשיות גבוהה יותר.
קישור צולב מוגבר
קישור צולב מתייחס ליצירת מבנה רשת בין מולקולות גומי באמצעות קשרים כימיים, שיכולים לשפר את התכונות המכניות של הגומי ולגרום לו לקשיות גבוהה יותר. מוצרי גומי מקושרים בדרך כלל במהלך תהליך הייצור באמצעות תהליכים כגון גיפור, אך מידת ההצלבה תגדל עוד יותר במהלך השימוש. זה נובע בעיקר מהגורמים הבאים:
- צילום אקשן: אור UV מקדם היווצרות של רדיקלים חופשיים במולקולות גומי, אשר בתורם מקדמים קישור צולב בין מולקולות גומי. מוצרי גומי שנחשפו לאור השמש במשך זמן רב יהיו בעלי קשיות מוגברת עקב הצלבה מוגברת.
- הזדקנות תרמית: עליית הטמפרטורות מאיצה את תנועת מולקולות הגומי, מגבירה את תדירות ההתנגשויות בין מולקולות, ומקלה על יצירת קשרים כימיים חדשים. פעולה תרמית לא רק מאיצה את תגובת החמצון אלא גם מקדמת את תגובת ההצלבה, מה שמוביל בסופו של דבר לעלייה בקשיות הגומי.
- קישור צולב חמצוני: כפי שצוין קודם לכן, תגובות חמצון יכולות להוביל גם להגברת הצלבה של מולקולות גומי, במיוחד בנוכחות חמצן וטמפרטורות גבוהות, שבהן יש סיכוי גבוה יותר להיווצר קשרים צולבים בין מולקולות גומי.
העלייה בהצלבה מגדילה משמעותית את קשיות הגומי, שכן הצלבה מגבילה את תנועת מולקולות הגומי, מה שהופך את חומר הגומי לפחות גמיש. לכן אנו מגלים שמוצרי גומי הופכים קשים ושבירים לאחר תקופת שימוש.
תנועת פלחים מוגבלת
הרכות של חומרי גומי נובעת בעיקר מהתנועה החופשית של השרשראות המולקולריות שלו, אך לאחר תקופת שימוש, תנועת מקטע זה עשויה להיות מוגבלת מהסיבות הבאות:
- מגבלות צולבות: העלייה בהצלבה מגבילה ישירות את התנועה החופשית של השרשראות המולקולריות של הגומי, ומבנה הגומי המצולב קרוב יותר למבנה מוצק, ומידת החופש של מקטעי השרשרת פוחתת, מה שמגדיל את הקשיות.
- היגרוסקופי ומייבש: חומרי גומי מסוימים עלולים לספוג לחות בסביבה לחה ולאבד אותה בסביבה יבשה. השינוי בלחות גורם לשינוי בתנועת מקטעי השרשרת בתוך חומר הגומי, המשפיע על רכותו. לדוגמה, כאשר הלחות פוחתת, מקטעי חומר הגומי מיושרים יותר, מה שמתבטא בעלייה בקשיות.
- מקפיא: בטמפרטורות נמוכות נחלשת תנועת השרשראות המולקולריות של הגומי, המתבטאת בהתקשות של החומר. בחלק מהיישומים המיוחדים, שינויים בטמפרטורה עלולים להוביל שוב ושוב לשינויים בקשיות הגומי.
הגירה של תוספים
תוספים כגון חומרי פלסטיק ונוגדי חמצון מתווספים לעתים קרובות במהלך תהליך הייצור של מוצרי גומי כדי לשפר את הביצועים שלהם. עם זאת, במהלך השימוש, תוספים אלה עשויים לנדוד או להתאדות בהדרגה, ולהגדיל את קשיות הגומי.
- הגירה או הנידוף של חומרים פלסטיים: תפקידם של חומרים פלסטיים הוא לשפר את הרכות של הגומי, מה שהופך אותו לגמיש יותר. עם זאת, חומרי פלסטיק עשויים לנדוד בהדרגה למשטחים או להתנדף לאוויר במהלך השימוש, במיוחד בטמפרטורות גבוהות, בהן הגירה או אידוי אלו יהיו מהירים יותר. כאשר הפלסטיקאי מצטמצם, יורדת גמישות הגומי, המתבטאת בעלייה בקשיות.
- צריכת נוגדי חמצון: תפקידם של נוגדי החמצון הוא לעכב את תהליך ההזדקנות של הגומי, אך נוגדי החמצון יתפרקו בהדרגה ויכשלו בתנאים גבוהים, באור ובתנאים אחרים. ברגע שנוגד החמצון מתרוקן, יכולת הגומי להתנגד להזדקנות פוחתת, והחמצון וההצלבה מתעצמים, ומגדילים את הקשיות.
השפעת גורמים סביבתיים
קשיות הגומי מושפעת גם מגורמים סביבתיים, לרבות טמפרטורה, לחות, אור, כימיקלים וכו', שיכולים להיות בעלי השפעה משמעותית על התכונות הפיזיקליות והכימיות של הגומי.
- טמפרטורה: טמפרטורות גבוהות מאיצות את החמצון והצלבה של אטמי גומי, בעוד שטמפרטורות נמוכות מאטות את התנועה של שרשראות מולקולריות גומי, מה שהופך את הגומי לקשיח יותר. בתהליך השימוש בפועל, מוצרי גומי נחשפים לרוב לסביבת שינוי טמפרטורה גדול, שתהיה לה השפעה על קשיות הגומי.
- לחות: לחות יכולה להשפיע על הרכות של אטמי גומי, במיוחד כמה חומרי גומי הידרופיליים יותר שיספגו לחות בסביבה לחה ויאבדו לחות בסביבה יבשה. שינוי זה בלחות משפיע על קשיות הגומי.
- כימיקלים: אטמי גומי עלולים להיחשף לכימיקלים כגון שמנים, חומצות ואלקליות במהלך השימוש, מה שעלול לעורר תגובת השפלה בגומי, ולגרום לשינוי הקשיות שלו. לדוגמה, כמה מוצרי גומי יתנפחו תחת פעולת השמן, המתבטאת ברכות מוגברת; בסביבות חומצית-אלקליות, גומי עשוי להתפרק או להתקשות כימית.
הִתגַבְּשׁוּת
חלק מחומרי הגומי יתגבשו בעמידה ארוכת טווח או בטמפרטורות נמוכות, במיוחד גומי טבעי וגומי בוטאדיאן. התגבשות זו גורמת לעלייה של קשיות חומר הגומי, הופכת להיות שבירה וקשה יותר.
- התגבשות הנגרמת מעמידה: כאשר אטם גומי נותר דומם, נוצר בהדרגה מבנה מסודר בין השרשראות המולקולריות, ומתרחשת התגבשות חלקית הגורמת לחומר להתקשות. הדבר בולט במיוחד בגומי טבעי, בו מוצרי גומי שלא היו בשימוש זמן רב עלולים להתקשות ואף להיראות שבירים.
- התגבשות בטמפרטורה נמוכה: חלק מחומרי הגומי מתגבשים בטמפרטורות נמוכות, והשרשרות המולקולריות מסודרות בצורה מסודרת יותר בטמפרטורות נמוכות, מה שמגדיל את קשיות החומר. התגבשות זו מתאוששת בהדרגה ככל שהטמפרטורה עולה, אך אם משאירים אותה בטמפרטורה נמוכה לאורך זמן, תופעת ההתגבשות עלולה להפוך לבלתי הפיכה.
השפעות עייפות
לגומי תהיה אפקט עייפות בלחץ חוזר, והמבנה הפנימי יתדרדר בהדרגה, וכתוצאה מכך שינוי בקשיות. אפקט העייפות נובע בעיקר משבירה או סידור מחדש של השרשראות המולקולריות הפנימיות של חומר הגומי במתיחות ודחיסה חוזרות ונשנות, המתבטאות בעלייה בקשיות.
- היווצרות מיקרו-סדקים: לחץ חוזר עלול ליצור סדקים מיקרוסקופיים בתוך הגומי, והתפשטות הסדקים תשפיע על המבנה הכללי של החומר, ותגרום לו להתקשות בהדרגה.
- קישור צולב הנגרמת על ידי מתח: תחת לחץ, מתרחשת תגובה כימית בין מולקולות גומי, היוצרת נקודות צולבות חדשות, וכתוצאה מכך עלייה בקשיות החומר.
ישנן סיבות רבות לעלייה בקשיות של מוצרי גומי לאחר זמן מה של שימוש, הגורמים העיקריים כוללים תגובות חמצון, הצלבה מוגברת, תנועת מקטעים מוגבלת, הגירה של תוספים, גורמים סביבתיים, התגבשות והשפעות עייפות. השילוב של גורמים אלו מביא לשינוי במבנה המולקולרי של הגומי, המגביל את תנועת השרשראות המולקולריות, המתבטא בסופו של דבר כעלייה בקשיות. כדי להאט את עליית הקשיות הזו, ניתן להוסיף נוגדי חמצון יעילים יותר, נוגדי חמצון למוצרי גומי, והם יכולים להיחשף לטמפרטורות גבוהות, לקרניים אולטרה סגולות ולסביבות חמצון חזקות.