Envejecimiento - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

El entorno o el medio en contacto con un componente cargado o descargado juega un papel importante en sus propiedades, vida útil y modo de falla. El ambiente puede ser natural, como lluvia, granizo, radiación solar ultravioleta, temperaturas extremas, etc., o creado artificialmente, como disolventes, aceites, detergentes, ambientes de alta temperatura, etc. El daño en un componente polimérico debido a influencias ambientales naturales generalmente se conoce como meteorización. Las propiedades plásticas pueden destruirse solo por  un mayor crecimiento y enlace de la cadena, lo que daría como resultado un material duro y quebradizo, o una ruptura de la cadena, que daría como resultado un plástico débil o incluso una masa resinosa. Los agentes degradantes más considerados son la luz solar, el calor, el oxígeno, el estrés, el ozono atmosférico, la humedad atmosférica y el óxido nitroso atmosférico. El crecimiento o reticulación de la cadena generalmente disminuirá el alargamiento y aumentará la dureza y la resistencia a la tracción, mientras que la ruptura de la cadena tendrá el efecto contrario. Algunos plásticos continuarán endureciéndose, otros se ablandarán y otros mostrarán un endurecimiento inicial seguido de un ablandamiento. Todos los fenómenos del envejecimiento son respuestas irreversibles. Como se define en el laboratorio, el envejecimiento es el cambio en las propiedades de un material con el tiempo en condiciones específicas. El envejecimiento puede ser natural o artificial (simulación de laboratorio) con condiciones específicas y períodos de tiempo predeterminados. El envejecimiento se puede acelerar (para realizar pruebas) aumentando el efecto de un entorno particular, por ejemplo, la temperatura, para obtener datos críticos en un período de tiempo más corto.

La resistencia al calor es la resistencia a cambios irreversibles en las propiedades debido a la exposición a temperaturas elevadas. Los cambios reversibles debido a temperaturas elevadas incluyen expansión y ablandamiento. Las modificaciones permanentes incluyen reticulación adicional, degradación de la cadena de polímero por oxidación y endurecimiento debido a la pérdida de plastificante por evaporación. En caso de envejecimiento no oxidante a alta temperatura del caucho natural, puede ocurrir un ablandamiento permanente debido a la pérdida de enlaces cruzados (inversión). La velocidad de estas reacciones de oxidación aumenta notablemente con la temperatura y esto explica por qué los cauchos citados no pueden usarse por encima de cierta temperatura ya que su envejecimiento sería muy rápido. Lo que hacen los antidegradantes es interferir en las reacciones de oxidación evitando que se propaguen o previniendo la etapa inicial de formación de radicales libres

Se han desarrollado numerosas pruebas de envejecimiento acelerado por aire caliente en laboratorio para predecir la durabilidad y las características de envejecimiento de los elastómeros. Para el envejecimiento del horno de aire caliente, las muestras se exponen a temperaturas elevadas especificadas. Sus propiedades físicas se determinan (ASTM D 573) en función del tiempo de envejecimiento. Se informan variaciones puntuales en la dureza y variaciones porcentuales en la resistencia a la tracción y elongación a la rotura.

En este método (ASTM D 865), las muestras se calientan al aire pero se confinan a tubos individuales. Esto evita la contaminación cruzada de compuestos debido a la transferencia de materiales volátiles (por ejemplo, antioxidantes, curativos, plastificantes, productos de degradación, etc.) de una muestra a otra. Por lo tanto, esta prueba carece de algunas de las complicaciones que pueden ocurrir cuando se envejecen numerosos compuestos en el mismo recinto. Como antes, las propiedades mecánicas de dureza y tracción se miden antes y después del envejecimiento.

Se utiliza oxígeno puro a presión para acelerar la degradación oxidativa (ASTM D 572). Las muestras de prueba se colocan en un recipiente de metal fuerte en una atmósfera de presión de gas oxígeno puro hasta 2070 kPa (300 psi) a una temperatura de 70 u 80 ° C.Después del período de envejecimiento, la dureza y Las propiedades de tracción se miden y comparan con las propiedades originales.

La resistencia a los fluidos es la medida en que un producto de caucho conserva sus características físicas originales y su capacidad para funcionar después de la exposición al aceite, agua, fluidos orgánicos o cualquier otro líquido que se encuentre en su uso. Las pruebas de resistencia a los fluidos no están necesariamente relacionadas con el rendimiento del servicio, ya que las condiciones de servicio no se definen fácilmente. Sin embargo, son útiles para la selección de compuestos, ya que proporcionan evaluaciones comparativas del rendimiento esperado.

El peso o volumen de una muestra y las propiedades mecánicas se miden antes y después de la exposición a fluidos seleccionados durante un período de tiempo específico a una temperatura específica. El efecto del fluido en la muestra se evalúa en función del cambio de propiedades durante la prueba.

A menudo se miden el volumen, el peso, la dureza, la resistencia a la tracción y el alargamiento a la rotura de las muestras. También se evalúan a menudo los cambios en la resistencia al desgarro, el endurecimiento por compresión y las propiedades a baja temperatura. ASTM D 471 describe las pruebas y enumera la composición de varios fluidos designados por ASTM a los que se les han asignado designaciones especiales de ASTM.

Este es un caso especial de resistencia a los fluidos. Los elastómeros pueden hincharse y debilitarse con el aceite. Se utilizan aceites de prueba ASTM estándar a base de petróleo. Los cauchos de uso general (por ejemplo, caucho natural, SB R) colocados en aceite absorben lentamente el líquido hasta que el aceite se absorbe por completo o el caucho se ha desintegrado. Los elastómeros especiales resistentes al aceite pueden absorber algo de aceite, especialmente a temperaturas elevadas, pero solo una cantidad limitada (ya veces insignificante). En la mayoría de los usos finales que requieren elastómeros resistentes al aceite, es aceptable un aumento de hinchamiento o volumen. En algunos casos, incluso es deseable el hinchamiento, por ejemplo, para apretar un sello. Si el aceite extrae un plastificante de aceite de extensión de una composición, un sello también puede fallar debido a la contracción.

Las composiciones de elastómero se degradan progresivamente con respecto a las propiedades físicas en caso de exposición prolongada a los elementos (aire, luz solar, lluvia, etc.) debido a cambios químicos en la molécula de elastómero. Estos cambios son causados ​​en gran parte por la acción del ozono y el oxígeno en la atmósfera, la luz ultravioleta y, en algunos casos, el agua (por ejemplo, cuando el polímero u otros componentes, como los plastificantes, están sujetos a hidrólisis. ). Los efectos típicos son el endurecimiento de la superficie, el agrietamiento y el agrietamiento, cambios graduales en la resistencia a la tracción y elongación. Para determinar los efectos reales del clima normal, las muestras se exponen al aire libre en diferentes lugares y climas. Los cambios en las propiedades de color, agrietamiento, agrietamiento, yeso y tensión se registran en varios intervalos de tiempo. (También se puede observar moho). Los períodos de control típicos son 1, 2, 5, 10 y 20 años de exposición.

El ozono, aunque está presente en cantidades relativamente pequeñas en el aire, es un gas muy reactivo. Su acción sobre muchos tipos de cauchos puede causar fallas prematuras y fallas de los productos, a menos que estén protegidos por antiozonantes o hechos de elastómeros resistentes al ozono. Para verificar la resistencia al ataque del ozono, las muestras se estiran al 20 o 40 por ciento en un estante de prueba o se pliegan en un anillo para producir una deformación de la superficie. Las muestras se colocan luego en una cámara equipada con un generador de ozono. Las concentraciones de prueba controladas en escala U son aproximadamente 0.25, 0.5, 1 o 2 ppm (partes de ozono por millón de partes de aire por volumen). La temperatura de prueba es típicamente de 40ºC. Las muestras de prueba se inspeccionan en varios intervalos de tiempo hasta que ocurre la grieta inicial. En la prueba de resistencia dinámica al ozono, una muestra de caucho vulcanizado con respaldo de tela se flexiona continuamente en la cámara de ozono en un rollo. El soporte de tela tiene forma de cinturón. Cualquier película protectora química (como ciertas ceras y antiozonantes) que se pueda acumular en la superficie de la muestra durante las pruebas estáticas se rompe rápidamente al doblarse continuamente. El método de prueba ASTM D 1149 cubre las pruebas estáticas y D 339 5 cubre las pruebas dinámicas en una atmósfera de ozono controlada.