سلوك الشيخوخة للمواد المطاطية في البيئات البحرية

1. مقدمة 

بسبب ذلك مرونة عالية , ضيق الهواء ممتاز، و مقاومة الوسائط المختلفة , ممحاة يستخدم على نطاق واسع في أنظمة ختم النفط والغاز  ل الفضاء الجوي , الطيران، و الأسلحة البحرية .
مع التطور السريع ل صناعة الدفاع الوطني في الصين , مكونات المطاط مبركن أصبحت ذات أهمية متزايدة في معدات الطيران , السفن البحرية، و هندسة أعماق البحار .
على وجه الخصوص، في ظل المجمع البيئة البحرية , مواد الختم المطاطية يجب أن تصمد رطوبة عالية , رذاذ الملح، و الإجهاد الميكانيكي في الوقت نفسه، وضع متطلبات أعلى على المواد الاستقرار على المدى الطويل  و خدمة الحياة .

في الوقت الحاضر، معظم الدراسات حول شيخوخة المطاط  التركيز على سلوك الشيخوخة الحرارية المؤكسدة  ل المطاط المفلكن ، حيث يدرس بشكل رئيسي تأثيرات درجة الحرارة والأكسجين على خصائصه. 
ومع ذلك، في البيئة البحرية ، عوامل مثل وسائل الإعلام النفطية , الغازات المسببة للتآكل، و رذاذ الملح  التعايش، والتي تؤثر بشكل كبير على أداء الختم  و عمر الخدمة  ل مكونات المطاط مبركن .

في المقابل، أجزاء مطاطية غير مبركنة  (مثل منصات واقية متشابكة جزئيا , الطلاءات المطاطية، و الأختام المؤقتة المستخدمة في الموقع  ) يُظهر مقاومة أقل للشيخوخة بسبب عدم وجود شبكة متشابكة مستقرة. 
هذه المواد عرضة ل تليين السطح , تشوه، و تدهور الأداء  تحت التعرض البحري.

2. أسباب وآثار شيخوخة المطاط 

أسباب شيخوخة المطاط  يمكن تقسيمها الى جوهري  و خارجي  عوامل:

العوامل الجوهرية تشمل التركيب الكيميائي  التابع هيكل البوليمر , التشكل الجزيئي, التبلور, تشابك السلسلة، وانقسام السلسلة أو الأكسدة المقدمة أثناء المعالجة.  

العوامل الخارجية يشمل الأكسجين , الأوزون, درجة حرارة, رطوبة, ضباب الملح, قالب، و الأشعة فوق البنفسجية   في البيئة.

ل مكونات المطاط مبركن ، أ هيكل متشابك ثلاثي الأبعاد  يوفر الخير مقاومة الإجهاد والاسترخاء  و الاستقرار الكيميائي .
ومع ذلك، التعرض لفترات طويلة ل البيئات البحرية  لا يزال من الممكن أن يسبب كسر السندات crosslink , تكسير السطح، أو تصلب .

أجزاء مطاطية غير مبركنةومن ناحية أخرى، تفتقر إلى المعالجة بالفلكنة. هُم سلاسل جزيئية فضفاضة  و حجم مجاني كبير   جعلهم أكثر عرضة الأيونات البحرية , العوامل المؤكسدة، و الأشعة فوق البنفسجية مما يؤدي إلى تسارع الشيخوخة. 

تشمل تغييرات الأداء الناجمة عن الشيخوخة: 

يتغير المظهر : تصلب السطح، والتشقق، واللزوجة، وتغير اللون. 

التدهور الفيزيائي والكيميائي: تخفيض في كثافة , صلابة, قوة الشد, مجموعة ضغط, اللزوجة، و الخصائص الكهربائية .

ولذلك، في التطبيقات العملية مثل أختام زيت الطيران , منصات الحماية البحرية، و حلقات الختم في أعماق البحار ، فمن الضروري إنشاء متميزة معايير تقييم الشيخوخة  ل مبركن  و منتجات المطاط غير المفلكن .

3. اختبارات الشيخوخة المتسارعة والتنبؤ بعمر الخدمة 

في الممارسة الهندسية، منتجات المطاط —خصوصاً مكونات المطاط مبركن —غالبًا ما يكون عمر الخدمة أكثر من عشر سنوات.  
لمحاكاة الاستخدام على المدى الطويل، اختبارات الشيخوخة المتسارعة في درجات الحرارة العالية  يتم توظيفهم بشكل شائع. 

استخدمت الدراسات المبكرة امتصاص الأكسجين  كمؤشر لمعدل الشيخوخة، وتطور لاحقًا إلى أساليب مثل شيخوخة الفرن  , قنبلة الأكسجين, قنبلة جوية، و التجوية الاصطناعية  الاختبارات.
يعتمد النهج الأكثر استخدامًا اليوم على علاقة أرهينيوس التجريبية  و مبدأ تراكب الوقت ودرجة الحرارة والتي تفترض أنه لكل 10 درجات مئوية ترتفع درجة الحرارة معدل التفاعل  الزوجي.

ومع ذلك، في البيئات البحرية ، تقليدي نماذج التنبؤ بالشيخوخة المتسارعة  تظهر الانحرافات بسبب:

مختلف آليات رد الفعل  في مناطق درجات حرارة متفاوتة،

هجرة مضادات الأكسدة أو هطول الأمطار,

تطور مورفولوجيا البوليمر، و 

قيود انتشار الأكسجين  المتعلقة بسمك العينة.

لذلك، ل مكونات المطاط مبركن  تعمل في شروط الخدمة البحرية ، يُنصح بخفض درجة حرارة الشيخوخة المتسارعة أو تمديد مدة الاختبار أو التطوير نماذج اقتران متعددة العوامل  تنطوي رطوبة , رذاذ الملح، و النشاط الميكروبي  لتحسين دقة التنبؤ مدى الحياة .

ل أجزاء مطاطية غير مبركنة ، وذلك بسبب عدم وجود شبكة متشابكة مستقرة، تليين أو فشل  يحدث بسرعة أثناء الشيخوخة المتسارعة. 
وهكذا التقليدية مقرها ارهينيوس  الاستقراءات لا يمكن الاعتماد عليها، وفقط تقييمات الاستقرار على المدى القصير  يتم إجراؤها بشكل عام. 

4. محاكاة البيئة البحرية للاختبار المتسارع 

ونظرا لتعقيد البيئة البحرية - اختبارات العامل الواحد مثل الرطوبة – الحرارة , رذاذ الملح، أو التعرض للعفن  لا يمكن تكرار شروط الخدمة الفعلية بشكل كامل. 

وفي هذه الدراسة تحسن جهاز الرطوبة والحرارة للشيخوخة  تم استبدال الماء المقطر بـ مياه البحر الاصطناعية ، وإجراء الاختبارات في 90 درجة مئوية   و 98% رطوبة   لمحاكاة الشيخوخة المتسارعة متعددة العوامل.
تعمل هذه الطريقة على زيادة معدل الشيخوخة  بحوالي ثمانية أضعاف ، مما يسمح بالتقييم السريع لل مكونات المطاط مبركن  تحت التعرض البحري .

توفر النتائج التجريبية إرشادات قيمة للاختيار مواد الختم  في السفن البحرية , معدات الغوص، و الكابلات البحرية ، مع المساعدة أيضًا في تحسين الاستقرار على المدى القصير  ل مكونات مطاطية غير مبركنة  في التطبيقات الهيكلية الواقية .

بسبب ذلك مرونة عالية , ضيق الهواء ممتاز، و مقاومة الوسائط المختلفة , ممحاة يستخدم على نطاق واسع في أنظمة ختم النفط والغاز  ل الفضاء الجوي , الطيران، و الأسلحة البحرية .