باعتبارها مادة مانعة للتسرب لا غنى عنها في الصناعة والبناء الحديث، فإن أداء شرائط الختم المطاطية يتم تحديده إلى حد كبير من خلال تركيبها الكيميائي. تشمل الوظائف الأساسية لشرائط الختم المطاطية العزل المائي والغبار وعزل الصوت وتخميد الاهتزاز والحماية من الطقس. تعتمد هذه الوظائف على التأثير التآزري للمصفوفة المطاطية والمواد المضافة إليها. سوف تستكشف هذه المقالة بالتفصيل المكونات الكيميائية الرئيسية لشرائط الختم المطاطية وتأثيرها على خصائص المواد.
I. المصفوفة المطاطية: المكون الأساسي لللدائن
المكون الأساسي لشرائط الختم المطاطية هو المصفوفة المطاطية، وعادة ما تكون مصنوعة من المطاط الطبيعي (NR) أو المطاط الصناعي. يُظهر المطاط الطبيعي، المشتق من لاتكس أشجار المطاط، مرونة ومرونة ممتازة، لكن مقاومته للتقادم والمواد الكيميائية ضعيفة نسبيًا. لذلك، يعتبر المطاط الصناعي أكثر شيوعًا في العديد من التطبيقات الصناعية. وتشمل هذه ما يلي:
1. مطاط النتريل- البيوتادين (NBR): مصنوع من بوليمر مشترك من البيوتادين والأكريلونيتريل، وهو يوفر مقاومة ممتازة للزيت والمذيبات ومناسب للاستخدام في البيئات شديدة الزيت مثل حجرات محركات السيارات والمعدات الصناعية.
2.إيثيلين بروبيلين ديين مونومر (EPDM): مصنوع من بوليمر مشترك من الإيثيلين والبروبيلين وكمية صغيرة من الديينات غير -المترافقة، وهو يوفر مقاومة استثنائية للطقس ومقاومة الأوزون ومقاومة الحرارة، مما يجعله مستخدمًا على نطاق واسع في بناء أختام الأبواب والنوافذ والمعدات الخارجية.
3. مطاط السيليكون (VMQ): مع وجود رابطة الأكسجين - المصنوعة من السيليكون كعمود فقري لها، فإنه يوفر مقاومة ممتازة لدرجات الحرارة العالية- (تصل إلى 200 درجة وما فوق) ومقاومة درجات الحرارة المنخفضة- (تصل إلى -60 درجة)، مما يجعله مناسبًا لإغلاق التطبيقات في البيئات ذات درجات الحرارة العالية أو المناخات القاسية.
4. مطاط الكلوروبرين (CR): مع مقاومة ممتازة للزيت، ومقاومة الشيخوخة، ومثبطات اللهب، فهو يستخدم بشكل شائع في شرائط ختم السيارات وتطبيقات الحماية الصناعية.
يؤثر اختيار القواعد المطاطية المختلفة بشكل مباشر على المتانة والمرونة والملاءمة البيئية لشريط الختم، لذلك يجب تحسين التركيبة بناءً على التطبيق المحدد.
ثانيا. نظام الفلكنة: يحدد البنية المتشابكة للمطاط
يتم تحديد الخصائص الفيزيائية لشرائط الختم المطاطية إلى حد كبير من خلال نظام الفلكنة الخاص بها، وتحديدًا درجة التشابك بين السلاسل الجزيئية المطاطية. تعمل عوامل الفلكنة (مثل الكبريت والبيروكسيدات) مع المسرعات (مثل الثيازولات والثيورام) لتكوين بنية شبكة ثلاثية الأبعاد بين جزيئات المطاط الخطية، وبالتالي تحسين قوة المادة ومرونتها ومقاومتها للحرارة.
•نظام الفلكنة بالكبريت: تقليدي واقتصادي، ومناسب لمعظم أنواع المطاط ذات الأغراض العامة (مثل NR وSBR)، ولكن مع مقاومة منخفضة للحرارة نسبيًا.
• نظام الفلكنة البيروكسيد: مناسب لـ EPDM، ومطاط السيليكون، وما إلى ذلك، مما يوفر مقاومة أعلى للحرارة ومقاومة للشيخوخة، ولكن بتكلفة أعلى.
• نظام الفلكنة بأكسيد المعدن (مثل أكسيد الزنك + حمض دهني): يستخدم عادة في مطاط الكلوروبرين لتعزيز مقاومة الأوزون والعوامل الجوية.
يؤثر التحكم في درجة الفلكنة بشكل مباشر على صلابة شريط الختم ومرونته وثباته على المدى الطويل-.
ثالثا. الحشو ومواد التسليح: تحسين الخواص الميكانيكية والتكلفة
لتحسين الخواص الميكانيكية لشرائط الختم المطاطية وخفض التكاليف، يتم عادة إضافة مواد حشو مختلفة، بما في ذلك في المقام الأول:
1.أسود الكربون: حشو التعزيز الأكثر استخدامًا، فهو يحسن بشكل كبير قوة المطاط ومقاومته للتآكل ومقاومة التمزق، بينما يؤثر أيضًا على اللون (على سبيل المثال، أسود الكربون بأحجام الجسيمات المختلفة، مثل N330 وN550).
2.السيليكا: مناسبة للمنتجات المطاطية الخفيفة-الملونة أو الشفافة، وتوفر خصائص تقوية ممتازة وتستخدم بشكل خاص على نطاق واسع في مطاط السيليكون.
3.كربونات الكالسيوم والتلك: حشوات منخفضة التكلفة-تُستخدم بشكل أساسي لتحسين أداء المعالجة، ولكن مع تأثير محدود على الخواص الميكانيكية.
4. الألياف أو الألياف المفرومة: مثل الأراميد وألياف الكربون، تعزز مقاومة المطاط للتمزق ومقاومة مجموعة الضغط.
يجب تعديل نوع وجرعة مواد الحشو بناءً على متطلبات التطبيق المحددة لشريط الختم لتحقيق التوازن بين الأداء والتكلفة.
رابعا. الملدنات والملينات: تحسين قابلية المعالجة والمرونة
يتم استخدام الملدنات (مثل الملدنات القائمة على النفط- والفثالات) لخفض درجة حرارة التزجج للمطاط، وتحسين مرونته وسيولة المعالجة. ومع ذلك، قد تنتقل بعض الملدنات أو تتطاير، مما يؤثر على أداء الختم على المدى الطويل-. لذلك، غالبًا ما يتم استخدام الملدنات منخفضة الهجرة أو الملدنات الصديقة للبيئة (مثل زيت فول الصويا المؤكسد) في التطبيقات ذات المتطلبات البيئية العالية (مثل ملامسة الطعام أو التطبيقات الطبية).
V. مضادات الأكسدة وأنظمة الحماية: إطالة عمر الخدمة
تكون شرائط الختم المطاطية عرضة للتقادم بسبب عوامل مثل الأكسجين، والأوزون، والأشعة فوق البنفسجية على مدى -الاستخدام طويل الأمد. ولذلك، هناك حاجة إلى مضادات الأكسدة لتحسين متانتها:
• مضادات الأكسدة الأمينية (مثل 4010NA وRD): توفر مقاومة ممتازة لشيخوخة الأوزون والأكسدة الحرارية، ولكنها قد تؤثر على تغير لون المطاط.
• مضادات الأكسدة الفينولية (مثل 2,6-di-tert-butyl-p-cresol): توفر خصائص مضادة للأكسدة ممتازة ومناسبة للمنتجات المطاطية ذات الألوان الفاتحة أو الشفافة.
• الشمع الواقي (مثل الشمع البلوري الدقيق): يشكل طبقة واقية على سطح المطاط، مما يبطئ تشقق الأوزون.
تعمل هذه الإضافات بشكل تآزري للتأكد من أن شرائط الختم المطاطية تحافظ على أداء إغلاق ثابت حتى بعد التعرض لفترة طويلة -للبيئات القاسية.
خاتمة
التركيب الكيميائي لشرائط الختم المطاطية معقد ومتنوع، ويتم تحديد أدائها من خلال المصفوفة المطاطية ونظام الفلكنة والحشو والملدنات ومضادات الأكسدة. من خلال الاختيار والتناسب العقلاني لهذه المكونات الكيميائية، يمكن تحسين مرونة شريط الختم، ومقاومة الطقس، ومقاومة الزيت، والقوة الميكانيكية لتلبية متطلبات التطبيق لمختلف القطاعات الصناعية والبناء. في المستقبل، مع تعزيز اللوائح البيئية وتطوير مواد بوليمر جديدة، سيتم تحسين التركيب الكيميائي لشرائط الختم المطاطية بشكل أكبر لتحقيق الأداء العالي والسمية المنخفضة والاستدامة.
