ניתוח כשל של חבית גומי דחיסה
חבית גומי פקר טבולה במלואה בשמן ומופעלת מתחת לאדמה. מולקולות הממס נכנסות לרשת המצולבת של אטם הגומי, וגורמות לו להתנפח. צפיפות שרשרת רשת המערכת יורדת, מרחק הטרמינל הממוצע גדל והמודלוס יורד, כפי שמוצג באיור למטה. תיאור לדוגמה;
תהליך ההתפחה של אטמי גומי צולבים כולל שני חלקים: מצד אחד, הממס מנסה לחדור לתוך אטם הגומי כדי לגרום לנפח שלו להתנפח; מצד שני, התרחבות הנפח של אטם הגומי גורמת לשרשראות המולקולריות של הרשת להתרחב לתוך המרחב התלת מימדי, מה שגורם להתרחבות הרשת המולקולרית. הוא מייצר התכווצות אלסטית תחת לחץ, מנסה לכווץ את הרשת המולקולרית.
כאשר שתי הנטיות ההפוכות הללו מבטלות זו את זו, מושג איזון התנפחות, מודול האלסטי של חבית הגומי האריזה פוחת, ומתח הלחיצה נשאר ללא שינוי, וכתוצאה מכך ירידה בביצועי האיטום. העלייה בטמפרטורה מאיצה את כשל האיטום של חבית הגומי.
- סיבות נוספות הן כדלקמן (הרפיית מתח, הזדקנות חמצן תרמית)
- סיבה 1: הרפיית מתח
- תחת כוח הדחיסה הצירי של מחסנית הגומי, משטח העבודה של מחסנית הגומי נמצא במגע מלא עם דופן המעטפת, והדחיסה הצירית מגיעה לערך המרבי. תחת פעולת הכוח החיצוני, מקטעי שרשרת הפולימר נאלצים להימתח לכיוון הכוח החיצוני, ובכך ליצור מתח פנימי להתחרות בכוח החיצוני. עם זאת, הקונפורמציה המולקולרית מותאמת באמצעות התנועה התרמית של מקטעי השרשרת, כך שנקודות ההסתבכות מתפזרות, השרשראות המולקולריות מייצרות החלקה יחסית, וחוזרות בהדרגה למצבן המסולסל המקורי, הלחץ הפנימי מתבטל בהדרגה והחיצוני. הכוח שמאזן אותו מוחלש כמובן גם בהדרגה כדי לשמור על כל המולקולה של הפולימר הצולבת הדפורמציה הקבועה לא יכולה לייצר תנועת תזוזה של מרכז המסה, ולכן הלחץ יכול להירגע רק לערך שיווי המשקל, וכתוצאה מכך ירידה במודול האלסטי של חבית איטום האריזה, וכתוצאה מכך כשל באיטום.
- סיבה 2: כשל באיטום שנגרם על ידי הזדקנות חמצן תרמית
אטמי הפקר הנפוצים ביותר בשימוש בשדות נפט הם אטמי גומי ניטריל בעלי עמידות מצוינת לשמן. תהליך הזדקנות החמצן התרמי של גומי ניטריל מוצג באיור למטה
למרות שלגומי ניטריל יש עמידות טובה לשמן, מימן האלפא בשרשרת המולקולרית של גומי הניטריל מגיב עם חמצן בטמפרטורה מסוימת ליצירת תוצר ביניים לא יציב, שמתפרק לשני מקטעים עם קבוצת קרבוניל וקבוצת הידרוקסיל. הביצועים של גומי ניטריל משתנים בהתאם לשינוי המבנה במהלך תהליך הזדקנות החמצן התרמי. חוזק המתיחה וחוזק ההתארכות יורדים עם תהליך ההזדקנות החמצן התרמי, וכתוצאה מכך כשל איטום של אטם האורז.