معرفة حول تقادم المطاط

1. ما هو تقادم المطاط؟ وماذا يظهر ذلك على السطح؟
أثناء معالجة وتخزين واستخدام المطاط ومنتجاته، وبسبب التأثير الشامل لعوامل داخلية وخارجية، تتدهور الخصائص الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية للمطاط تدريجيًا، ويفقد في النهاية قيمته الاستخدامية. يُعرف هذا التغير بتقادم المطاط. ويظهر على السطح على شكل تشققات، ولزوجة، وتصلب، وتليّن، وتبلور، وتغير في اللون، ونمو العفن.
2. ما هي العوامل التي تؤثر على تقادم المطاط؟
العوامل التي تسبب شيخوخة المطاط هي:
(أ) يتفاعل الأكسجين الموجود في المطاط مع جزيئات المطاط عبر سلسلة من تفاعلات الجذور الحرة، مما يؤدي إلى انكسار السلسلة الجزيئية أو زيادة تشابكها، وبالتالي تغير خصائص المطاط. وتُعد الأكسدة أحد أهم أسباب تقادم المطاط.
(ب) النشاط الكيميائي للأوزون أعلى بكثير من الأكسجين، وهو أكثر تدميراً. كما أنه يكسر السلسلة الجزيئية، لكن تأثير الأوزون على المطاط يختلف باختلاف ما إذا كان المطاط مشوهاً أم لا. عند استخدامه على المطاط المشوه (وخاصة المطاط غير المشبع)، تظهر شقوق عمودية على اتجاه تأثير الإجهاد، أي ما يسمى "شقوق الأوزون"؛ أما عند استخدامه على المطاط المشوه، فلا يتشكل سوى طبقة أكسيد على السطح دون حدوث تشققات.
(ج) الحرارة: قد يؤدي رفع درجة الحرارة إلى حدوث تشققات حرارية أو تشابك حراري في المطاط. لكن التأثير الأساسي للحرارة هو التنشيط. فهي تُحسّن معدل انتشار الأكسجين وتُنشّط تفاعل الأكسدة، مما يُسرّع من معدل تفاعل الأكسدة في المطاط، وهي ظاهرة شائعة للتقادم تُعرف باسم التقادم الحراري بالأكسجين.
(د) الضوء: كلما قصرت موجة الضوء، زادت طاقتها. وتُعدّ الأشعة فوق البنفسجية ذات الطاقة العالية هي المُسبب الرئيسي لتلف المطاط. فبالإضافة إلى تسببها المباشر في تمزق وتشابك السلسلة الجزيئية للمطاط، تُولّد الأشعة فوق البنفسجية جذورًا حرة نتيجة امتصاصها لطاقة الضوء، مما يُحفز ويُسرّع عملية تفاعل الأكسدة المتسلسل. يعمل الضوء فوق البنفسجي كمُسخّن. ومن خصائص تأثير الضوء (المختلفة عن تأثير الحرارة) أنه يحدث بشكل رئيسي على سطح المطاط. بالنسبة للعينات ذات المحتوى العالي من المادة اللاصقة، ستظهر تشققات شبكية على كلا الجانبين، أي ما يُسمى "تشققات الطبقة الخارجية الضوئية".
(هـ) الإجهاد الميكانيكي: تحت تأثير الإجهاد الميكانيكي المتكرر، تتكسر السلسلة الجزيئية للمطاط مُولِّدةً جذورًا حرة، مما يُحفِّز تفاعل أكسدة متسلسلًا ويُشكِّل عملية ميكانيكية كيميائية. يتحدد تأثير كلٍّ من التكسير الميكانيكي للسلاسل الجزيئية والتنشيط الميكانيكي لعمليات الأكسدة بناءً على الظروف المحيطة. إضافةً إلى ذلك، يُسهل الإجهاد حدوث تشققات ناتجة عن الأوزون.
(و) الرطوبة: للرطوبة تأثيران: يتلف المطاط بسهولة عند تعرضه للمطر في الهواء الرطب أو غمره في الماء. ويعود ذلك إلى استخلاص المواد القابلة للذوبان في الماء ومجموعات الماء الصافية الموجودة في المطاط، وذوبانها بفعل الماء، نتيجةً للتحلل المائي أو الامتصاص. ويزداد تلف المطاط سرعةً عند تعرضه المتكرر للماء والهواء. لكن في بعض الحالات، لا تُلحق الرطوبة ضرراً بالمطاط، بل قد تُؤخر عملية التلف.
(ز) أخرى: هناك وسائط كيميائية، وأيونات معدنية متغيرة التكافؤ، وإشعاع عالي الطاقة، وكهرباء، وبيولوجيا، وما إلى ذلك، تؤثر على المطاط.
3. ما هي أنواع طرق اختبار تقادم المطاط؟
يمكن تقسيمها إلى فئتين:
(أ) طريقة اختبار التقادم الطبيعي. وينقسم هذا الاختبار إلى اختبار التقادم الجوي، واختبار التقادم الجوي المتسارع، واختبار التقادم بالتخزين الطبيعي، واختبار التقادم في وسط طبيعي (بما في ذلك الأرض المدفونة، وما إلى ذلك)، واختبار التقادم البيولوجي.
(ب) طريقة اختبار الشيخوخة المعجلة الاصطناعية. للشيخوخة الحرارية، والشيخوخة بالأوزون، والشيخوخة الضوئية، والشيخوخة المناخية الاصطناعية، والشيخوخة الضوئية بالأوزون، والشيخوخة البيولوجية، والشيخوخة بالإشعاع عالي الطاقة والشيخوخة الكهربائية، والشيخوخة بالوسائط الكيميائية.
4. ما هي درجة الحرارة التي يجب اختيارها لاختبار التقادم بالهواء الساخن لمختلف مركبات المطاط؟
بالنسبة للمطاط الطبيعي، تتراوح درجة حرارة الاختبار عادةً بين 50 و100 درجة مئوية، أما بالنسبة للمطاط الصناعي، فتتراوح عادةً بين 50 و150 درجة مئوية، وتكون درجة حرارة الاختبار أعلى لبعض أنواع المطاط الخاصة. على سبيل المثال، يُستخدم مطاط النتريل عند درجة حرارة تتراوح بين 70 و150 درجة مئوية، بينما يُستخدم مطاط السيليكون والفلور عادةً عند درجة حرارة تتراوح بين 200 و300 درجة مئوية. باختصار، يجب تحديد درجة الحرارة المناسبة بناءً على الاختبار.