أنواع تقادم الخراطيم المطاطية

نحن جميعاً على دراية بحقيقة أن المواد المطاطية تخضع، على مدى فترات زمنية طويلة إلى حد ما، لسلسلة من التغييرات في خصائصها مما يؤدي إلى تدهور جزئي أو كلي للمادة (باستثناء الحالات التي يكون فيها تأثير ميكانيكي مباشر، نتحدث في مثل هذه الحالات عن التآكل أو التآكل).

ويُعرف هذا التدهور باسم تقادم المطاط ويتجلى بتغيرات في المظهر (اللون، تشقق السطح، إلخ) و/أو تغيرات في الخواص الميكانيكية (الصلابة، قوة الشد، المعامل، إلخ) التي قد تجعل السلعة غير مناسبة للوظيفة التي صممت من أجلها وتتطلب استبدالها (سواء أحببنا ذلك أم لا، هناك تشابه مع ما يحدث للناس مع مرور الوقت).

أنواع الشيخوخة

أحد الأسئلة الأولى التي تتبادر إلى الذهن عند تناول هذا الموضوع هو: ما الذي يسبب شيخوخة المطاط؟ لا يوجد سبب واحد وهناك عدد من العوامل التي تتسبب في تدهور المطاط، وعادةً ما يعمل عاملان أو أكثر من هذه العوامل في نفس الوقت، وتكون العلاقة المتبادلة بينها معقدة للغاية:

الحرارة

وكما يزداد معدل التفاعلات الكيميائية عادةً مع ارتفاع درجة الحرارة، كذلك تزداد التفاعلات الكيميائية للتقادم. في بعض الحالات، يكون مصدر الحرارة خارجيًا (المواد المستخدمة في بيئات ذات درجة حرارة عالية) أو داخليًا (المواد التي تتعرض لتشوهات متكررة تولد الحرارة عن طريق التباطؤ).

أوكسيجين

لقد لاحظنا جميعاً في وقت ما أن خواص مركب المطاط تتغير بمرور الوقت (في بعض الحالات تتصلب وفي حالات أخرى تلين) وتكون هذه الظاهرة ملحوظة بشكل خاص إذا كان المطاط من النوع الثنائي (أي مع روابط مزدوجة في السلسلة الرئيسية)، مثل NR، SBR، NBR، NBR، BR، إلخ. تتفاقم هذه الظاهرة إذا كانت درجات حرارة الخدمة عالية. يصبح بعضها صلبًا وهشًا (حالة SBR وNBR). من ناحية أخرى، إذا كانت تفاعلات تكسير السلسلة هي السائدة، تصبح المادة لينة وحتى لزجة (NR، وIR وIIR). وتزداد سرعة تفاعلات الأكسدة هذه بشكل ملحوظ مع ارتفاع درجة الحرارة، وهذا ما يفسر سبب عدم إمكانية استخدام المطاط المذكور أعلاه فوق درجة حرارة معينة، حيث أنها تتقادم بسرعة كبيرة.

أوزون

يتكون الأوزون (O3) في الغلاف الجوي بفعل التفريغ الكهربائي و/أو الأشعة فوق البنفسجية. على الرغم من أن نسبة الأوزون في الهواء منخفضة جداً، إلا أن تفاعليته الاستثنائية تجعل تأثيره ملحوظاً من خلال تكوين شقوق نموذجية. تنتشر هذه الشقوق بشكل عمودي على اتجاه إجهاد الشد أو الانحناء وتتعمق مع تقدم هجوم الأوزون. من المهم جداً معرفة المناطق المعرضة للتشوه في السلعة (ساكنة أو ديناميكية)، لأن هذه المناطق ستكون محور هجوم O3 ويساعد التشوه نفسه على كشف (مع نمو الشقوق) مناطق جديدة معرضة للهجوم.

التشوهات المتكررة (الإرهاق)

تكون السلع التي تتعرض للتشوهات المتكررة (الأحزمة والأحزمة والإطارات وغيرها) أكثر عرضة لظهور تشققات على سطحها من تلك المستخدمة بشكل ثابت. تنمو هذه التشققات نتيجة للتشوهات المتكررة ويمكن أن تجعل السلعة غير صالحة للاستخدام. الإرهاق هو تقادم السلعة المطاطية التي تتعرض لضغوط متفاوتة دورياً. وهذا هو الوضع النموذجي للسلع مثل الأحزمة وأحزمة النقل والإطارات وحوامل المحركات، إلخ. ويظهر هذا النوع من التقادم من خلال ظهور التشققات التي تنمو مع مرور الوقت على استخدام المنتج، مما يجعله في النهاية غير قابل للاستخدام. الآليتان الأساسيتان لنمو التشققات هما:

• النمو الميكانيكي التأكسدي الذي يُعزى إلى التمزق الميكانيكي في نهاية الشق الذي يتعزز بشكل كبير بوجود O2.
• نمو الأوزون بسبب تمزق كيميائي.
• خفيف

تتلقى المواد المعرضة للضوء الأشعة فوق البنفسجية (UV)، والتي تعزز بدء تفاعلات الأكسدة. ونظرًا لأن أسود الكربون يمتص الكثير من الأشعة فوق البنفسجية، فإن المواد التي تحتوي على أسود الكربون تكون محمية بشكل أفضل من هذا التأثير.

العوامل الكيميائية

هناك نوعان من الحالات:

• يتم دمج عوامل كيميائية في المركب: على سبيل المثال أيونات المعادن الثقيلة مثل النحاس أو المنجنيز، وهي عوامل محفزة لتفاعلات أكسدة المطاط. ويتم منع ذلك من خلال التقليل من وجود المعادن الثقيلة في المواد الخام المستخدمة (المطاط الطبيعي، والمواد المالئة المعدنية، والأصباغ غير العضوية، وما إلى ذلك).
• العوامل الكيميائية والهيدروكربونات والأحماض والمواد الكيميائية الأخرى في الوسط الذي تعمل فيه المادة. واعتمادًا على المادة، قد يحدث تورم وما يتبعه من تحلل (هيدروكربونات) أو هجوم على الحشوات المعدنية.