رفتار پیری مواد لاستیکی در محیط های دریایی

1. مقدمه 

با توجه به آن خاصیت ارتجاعی بالا , هوابندی عالی، و مقاومت در برابر رسانه های مختلف , لاستیک به طور گسترده ای استفاده می شود سیستم های آب بندی نفت و گاز  برای هوافضا , هوانوردی، و تسلیحات دریایی .
با توسعه سریع صنعت دفاع ملی چین , اجزای لاستیکی ولکانیزه اهمیت فزاینده ای پیدا کرده اند تجهیزات هوافضا , کشتی های دریایی، و مهندسی اعماق دریا .
به ویژه، در زیر مجموعه محیط زیست دریایی , مواد آب بندی لاستیکی باید تحمل کند رطوبت بالا , نمک پاش، و استرس مکانیکی  به طور همزمان، قرار دادن تقاضاهای بالاتر در مورد مواد ثبات طولانی مدت  و عمر سرویس .

در حال حاضر، بیشتر مطالعات بر روی پیری لاستیک  تمرکز بر روی رفتار پیری اکسیداتیو حرارتی  از لاستیک ولکانیزه ، عمدتاً تأثیر دما و اکسیژن بر خواص آن را بررسی می کند.  
با این حال، در محیط زیست دریایی ، عواملی مانند رسانه نفتی , گازهای خورنده، و نمک پاش  همزیستی، که به طور قابل توجهی بر روی عملکرد آب بندی  و طول عمر خدمات  از اجزای لاستیکی ولکانیزه .

در مقابل، قطعات لاستیکی غیر ولکانیزه  (مانند لنت های محافظ نیمه متصل , پوشش های لاستیکی، و مهر و موم موقت مورد استفاده در محل  ) مقاومت در برابر پیری ضعیف تری را به دلیل عدم وجود شبکه متقابل پایدار نشان می دهند. 
این مواد مستعد ابتلا به نرم شدن سطح , تغییر شکل، و تنزل عملکرد  تحت قرار گرفتن در معرض دریا

2. علل و اثرات پیری لاستیک 

علل پیری لاستیک  را می توان به تقسیم کرد ذاتی  و بیرونی  عوامل:

عوامل ذاتی شامل ترکیب شیمیایی  از ساختار پلیمری , ترکیب مولکولی, بلورینگی, درهم تنیدگی زنجیره ای، و بریدگی یا اکسیداسیون زنجیره ای در طول پردازش ایجاد می شود.  

عوامل بیرونی  شامل شود اکسیژن , ازن, دما, رطوبت, غبار نمکی, قالب، و اشعه ماوراء بنفش  در محیط.

برای اجزای لاستیکی ولکانیزه ، یک ساختار متقابل سه بعدی  خوبی را فراهم می کند مقاومت در برابر استرس-آرامش  و پایداری شیمیایی.
با این حال، قرار گرفتن در معرض طولانی مدت به محیط های دریایی  هنوز هم می تواند باعث شود شکستگی پیوند متقابل , ترک خوردگی سطح، یا سخت شدن .

قطعات لاستیکی غیر ولکانیزهاز سوی دیگر، فاقد درمان ولکانیزاسیون هستند. آنها زنجیره های مولکولی شل  و حجم آزاد بزرگ   آنها را مستعدتر کند یون های دریایی , عوامل اکسید کننده، و اشعه ماوراء بنفش ، منجر به تسریع پیری می شود. 

تغییرات عملکرد ناشی از افزایش سن شامل: 

ظاهر تغییر می کند : سخت شدن سطح، ترک خوردگی، چسبندگی و تغییر رنگ. 

تخریب فیزیکی و شیمیایی: کاهش در تراکم , سختی, استحکام کششی, مجموعه فشرده سازی, ویسکوالاستیسیته، و خواص الکتریکی .

بنابراین در کاربردهای عملی مانند مهر و موم نفت هوافضا , پدهای محافظ نیروی دریایی، و حلقه های آب بندی در اعماق دریا ، ایجاد متمایز ضروری است استانداردهای ارزیابی سالمندی  برای ولکانیزه  و محصولات لاستیکی غیر ولکانیزه .

3. تست های پیری تسریع شده و پیش بینی عمر خدمات 

در عمل مهندسی، محصولات لاستیکی —به خصوص اجزای لاستیکی ولکانیزه —اغلب عمر مفیدی بیش از ده سال دارند. 
برای شبیه سازی استفاده طولانی مدت، آزمایشات پیری تسریع شده در دمای بالا  معمولاً به کار گرفته می شوند.

مطالعات اولیه مورد استفاده قرار گرفت جذب اکسیژن  به عنوان شاخصی از میزان پیری که بعداً به روش هایی مانند پیری در فر, بمب اکسیژن, بمب هوایی، و هوازدگی مصنوعی  تست ها
امروزه پرکاربردترین رویکرد مبتنی بر رابطه تجربی آرنیوس  و اصل برهم نهی زمان – دما ، که فرض می کند به ازای هر 10 درجه سانتیگراد افزایش دما، سرعت واکنش  دو برابر می شود.

با این حال، در محیط های دریایی ، سنتی مدل های پیش بینی پیری تسریع شده  نشان دادن انحرافات ناشی از:

متفاوت است مکانیسم های واکنش  در مناطق دمایی متفاوت،

مهاجرت یا بارش آنتی اکسیدان,

تکامل مورفولوژی پلیمر، و 

محدودیت های انتشار اکسیژن مربوط به ضخامت نمونه

بنابراین، برای اجزای لاستیکی ولکانیزه  فعالیت در شرایط خدمات دریایی ، توصیه می شود دمای پیری تسریع شده را کاهش دهید، مدت زمان آزمایش را افزایش دهید یا توسعه دهید مدل های کوپلینگ چند عاملی  شامل رطوبت , نمک پاش، و فعالیت میکروبی برای بهبود دقت پیش بینی طول عمر .

برای قطعات لاستیکی غیر ولکانیزه ، به دلیل عدم وجود یک شبکه متقابل پایدار، نرم شدن یا شکست  به سرعت در طول پیری سریع رخ می دهد. 
بنابراین، سنتی مبتنی بر آرنیوس  برون یابی ها غیرقابل اعتماد و فقط هستند ارزیابی های کوتاه مدت ثبات  به طور کلی انجام می شوند. 

4. شبیه سازی محیط زیست دریایی برای آزمایش های تسریع شده 

با توجه به پیچیدگی محیط زیست دریایی ، تست های تک عاملی مانند رطوبت - گرما , نمک پاش، یا قرار گرفتن در معرض قالب   نمی تواند به طور کامل شرایط خدمات واقعی را تکرار کند.

در این مطالعه، بهبود یافته است دستگاه پیری رطوبت-گرما  به کار گرفته شد و آب مقطر را جایگزین کرد آب دریا مصنوعی ، و انجام آزمایشات در 90 درجه سانتی گراد   و رطوبت 98 درصد    برای شبیه سازی پیری تسریع شده چند عاملی
این روش باعث افزایش میزان پیری  توسط تقریبا هشت برابر ، امکان ارزیابی سریع را فراهم می کند اجزای لاستیکی ولکانیزه  زیر قرار گرفتن در معرض دریایی .

نتایج تجربی راهنمایی ارزشمندی برای انتخاب ارائه می دهد مواد آب بندی  در شناورهای نیروی دریایی , تجهیزات غواصی، و کابل های زیردریایی، در حالی که به بهینه سازی کمک می کند ثبات کوتاه مدت  از اجزای لاستیکی غیر ولکانیزه  در کاربردهای ساختاری محافظ.

با توجه به آن خاصیت ارتجاعی بالا , هوابندی عالی، و مقاومت در برابر رسانه های مختلف , لاستیک به طور گسترده ای استفاده می شود سیستم های آب بندی نفت و گاز  برای هوافضا , هوانوردی، و تسلیحات دریایی .