1. Was versteht man unter Gummialterung? Woran erkennt man das an der Oberfläche?
Bei der Verarbeitung, Lagerung und Verwendung von Gummi und Gummiprodukten verschlechtern sich die physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften des Gummis aufgrund des Zusammenwirkens innerer und äußerer Faktoren allmählich und gehen schließlich verloren. Dieser Prozess wird als Gummialterung bezeichnet. Äußerlich äußert er sich in Rissbildung, Klebrigkeit, Verhärtung, Erweichung, Kreidung, Verfärbung und Schimmelbildung.
2. Welche Faktoren beeinflussen die Alterung von Gummi?
Die Faktoren, die zur Alterung von Gummi führen, sind:
(a) Sauerstoff und Sauerstoff im Kautschuk unterliegen einer radikalischen Kettenreaktion mit Kautschukmolekülen, wodurch die Molekülketten gebrochen oder übermäßig vernetzt werden, was zu Veränderungen der Kautschukeigenschaften führt. Oxidation ist eine der Hauptursachen für die Alterung von Kautschuk.
(b) Die chemische Aktivität von Ozon ist wesentlich höher als die von Sauerstoff, und es wirkt zerstörerischer. Es spaltet die Molekülketten, wobei die Wirkung von Ozon auf Gummi davon abhängt, ob der Gummi verformt ist oder nicht. Bei der Anwendung auf verformtem Gummi (hauptsächlich ungesättigtem Gummi) entstehen Risse senkrecht zur Richtung der Belastung, die sogenannten „Ozonrisse“. Bei der Anwendung auf verformtem Gummi bildet sich lediglich ein Oxidfilm auf der Oberfläche ohne Rissbildung.
(c) Wärme: Eine Temperaturerhöhung kann zu thermischer Rissbildung oder thermischer Vernetzung des Kautschuks führen. Der grundlegende Effekt von Wärme ist jedoch die Aktivierung. Sie verbessert die Sauerstoffdiffusionsrate und aktiviert die Oxidationsreaktion, wodurch die Oxidationsreaktionsrate des Kautschuks beschleunigt wird. Dies ist ein häufiges Alterungsphänomen – die thermische Sauerstoffalterung.
(d) Licht: Je kürzer die Lichtwelle, desto höher die Energie. Die Schädigung des Gummis geht auf die hochenergetischen ultravioletten Strahlen zurück. Diese verursachen nicht nur direkt das Aufbrechen und Vernetzen der Gummimolekülketten, sondern erzeugen durch Absorption der Lichtenergie auch freie Radikale, welche die Oxidationskettenreaktion initiieren und beschleunigen. Ultraviolettes Licht wirkt wie Wärme. Ein weiteres Merkmal der Lichtwirkung (im Gegensatz zur Wärmewirkung) ist, dass sie hauptsächlich an der Gummioberfläche stattfindet. Bei Proben mit hohem Klebstoffanteil bilden sich netzartige Risse auf beiden Seiten, sogenannte „optische Außenschichtrisse“.
(e) Mechanische Belastung: Unter wiederholter mechanischer Belastung brechen die Molekülketten des Gummis und erzeugen freie Radikale. Diese lösen eine Oxidationskettenreaktion aus und führen zu einem mechanochemischen Prozess. Dabei kommt es zur mechanischen Spaltung der Molekülketten und zur mechanischen Aktivierung von Oxidationsprozessen. Welcher der beiden Prozesse überwiegt, hängt von den jeweiligen Bedingungen ab. Zudem kann es unter Belastung leicht zu Ozonrissen kommen.
(f) Feuchtigkeit: Feuchtigkeit hat zwei Auswirkungen: Gummi wird leicht beschädigt, wenn er Regen in feuchter Luft ausgesetzt ist oder in Wasser eingetaucht wird. Dies liegt daran, dass wasserlösliche Substanzen und freie Wassergruppen im Gummi durch Hydrolyse oder Absorption extrahiert und gelöst werden. Insbesondere unter dem wechselnden Einfluss von Wasser und Witterungseinflüssen wird die Zerstörung des Gummis beschleunigt. In manchen Fällen schädigt Feuchtigkeit den Gummi jedoch nicht und kann die Alterung sogar verzögern.
g) Sonstige: Es gibt chemische Medien, Metallionen mit variabler Wertigkeit, hochenergetische Strahlung, Elektrizität und biologische Einflüsse usw., die auf Gummi einwirken.
3. Welche Arten von Alterungstests für Gummi gibt es?
Lässt sich in zwei Kategorien unterteilen:
(a) Natürliches Alterungsverfahren. Dieses wird weiter unterteilt in atmosphärische Alterungsprüfung, beschleunigte atmosphärische Alterungsprüfung, natürliche Lagerungsalterungsprüfung, Alterungsprüfung in natürlichen Medien (einschließlich vergrabenem Boden usw.) und biologische Alterungsprüfung.
b) Verfahren zur künstlichen beschleunigten Alterung. Für thermische Alterung, Ozonalterung, Photoalterung, künstliche Klimaalterung, Photo-Ozon-Alterung, biologische Alterung, Alterung durch hochenergetische Strahlung und elektrische Einwirkung sowie Alterung durch chemische Medien.
4. Welche Temperaturstufe sollte für den Heißluftalterungstest verschiedener Gummimischungen gewählt werden?
Die Prüftemperatur für Naturkautschuk liegt üblicherweise zwischen 50 und 100 °C, für Synthesekautschuk zwischen 50 und 150 °C. Für einige Spezialkautschuke sind höhere Prüftemperaturen erforderlich. So wird beispielsweise Nitrilkautschuk bei 70 bis 150 °C und Silikonfluorkautschuk im Allgemeinen bei 200 bis 300 °C geprüft. Die Prüftemperatur muss daher anhand der jeweiligen Prüfmethode bestimmt werden.
Veröffentlichungsdatum: 14. Februar 2022
