Conoscenze sull'invecchiamento della gomma

1. Cos'è l'invecchiamento della gomma? Quali sono le sue manifestazioni superficiali?
Durante i processi di lavorazione, stoccaggio e utilizzo della gomma e dei suoi derivati, a causa dell'azione combinata di fattori interni ed esterni, le proprietà fisico-chimiche e meccaniche della gomma si deteriorano gradualmente, fino a perdere la loro utilità. Questo cambiamento è chiamato invecchiamento della gomma. In superficie, si manifesta con crepe, appiccicosità, indurimento, rammollimento, sfarinamento, scolorimento e formazione di muffa.
2. Quali sono i fattori che influenzano l'invecchiamento della gomma?
I fattori che causano l'invecchiamento della gomma sono:
(a) L'ossigeno presente nella gomma subisce una reazione a catena di radicali liberi con le molecole di gomma, e la catena molecolare si rompe o si reticola eccessivamente, provocando cambiamenti nelle proprietà della gomma. L'ossidazione è una delle cause principali dell'invecchiamento della gomma.
(b) L'attività chimica dell'ozono è molto più elevata di quella dell'ossigeno ed è più distruttiva. Rompe anche la catena molecolare, ma l'effetto dell'ozono sulla gomma varia a seconda che la gomma sia deformata o meno. Quando viene utilizzato su gomma deformata (principalmente gomma non satura), compaiono crepe perpendicolari alla direzione dell'azione di sollecitazione, ovvero le cosiddette "crepe da ozono"; quando viene utilizzato su gomma non deformata, si forma solo una pellicola di ossido sulla superficie senza crepe.
(c) Calore: L'aumento della temperatura può causare fessurazioni termiche o reticolazione termica della gomma. Ma l'effetto fondamentale del calore è l'attivazione. Migliora la velocità di diffusione dell'ossigeno e attiva la reazione di ossidazione, accelerando così la velocità di reazione di ossidazione della gomma, che è un fenomeno di invecchiamento comune: l'invecchiamento termico da ossigeno.
(d) Luce: Più corta è la lunghezza d'onda della luce, maggiore è l'energia. Il danno alla gomma è causato dai raggi ultravioletti ad alta energia. Oltre a provocare direttamente la rottura e la reticolazione della catena molecolare della gomma, i raggi ultravioletti generano radicali liberi a causa dell'assorbimento di energia luminosa, che innescano e accelerano il processo di reazione a catena di ossidazione. La luce ultravioletta agisce come calore. Un'altra caratteristica dell'azione della luce (diversa dall'azione del calore) è che si verifica principalmente sulla superficie della gomma. Per campioni con un elevato contenuto di colla, si formeranno crepe reticolari su entrambi i lati, ovvero le cosiddette "crepe dello strato esterno ottico".
(e) Sollecitazione meccanica: sotto l'azione ripetuta di sollecitazioni meccaniche, la catena molecolare della gomma si rompe generando radicali liberi, che innescano una reazione a catena di ossidazione e danno luogo a un processo meccanico-chimico. Scissione meccanica delle catene molecolari e attivazione meccanica dei processi di ossidazione. Quale dei due prevale dipende dalle condizioni in cui si trova. Inoltre, è facile che si verifichi la cracking dell'ozono sotto l'azione di sollecitazioni.
(f) Umidità: L'effetto dell'umidità ha due aspetti: la gomma si danneggia facilmente se esposta alla pioggia in aria umida o immersa in acqua. Questo perché le sostanze idrosolubili e i gruppi di acqua trasparente presenti nella gomma vengono estratti e disciolti dall'acqua, causando idrolisi o assorbimento. In particolare, l'alternanza tra immersione in acqua ed esposizione atmosferica accelera il deterioramento della gomma. Tuttavia, in alcuni casi, l'umidità non danneggia la gomma e può persino ritardarne l'invecchiamento.
(g) Altri: Esistono agenti chimici, ioni metallici a valenza variabile, radiazioni ad alta energia, elettricità e fattori biologici, ecc., che influenzano la gomma.
3. Quali sono i tipi di metodi di prova per l'invecchiamento della gomma?
Si possono suddividere in due categorie:
(a) Metodo di prova di invecchiamento naturale. Esso si suddivide ulteriormente in prova di invecchiamento atmosferico, prova di invecchiamento accelerato atmosferico, prova di invecchiamento in condizioni di conservazione naturale, prova di invecchiamento in ambiente naturale (incluso terreno sepolto, ecc.) e prova di invecchiamento biologico.
(b) Metodo di prova di invecchiamento accelerato artificiale. Per invecchiamento termico, invecchiamento da ozono, fotoinvecchiamento, invecchiamento in clima artificiale, fotoinvecchiamento da ozono, invecchiamento biologico, invecchiamento da radiazioni ad alta energia ed invecchiamento elettrico e invecchiamento da agenti chimici.
4. Quale grado di temperatura dovrebbe essere selezionato per la prova di invecchiamento ad aria calda per le diverse mescole di gomma?
Per la gomma naturale, la temperatura di prova è solitamente compresa tra 50 e 100 °C, per la gomma sintetica tra 50 e 150 °C, mentre per alcune gomme speciali la temperatura di prova è più elevata. Ad esempio, la gomma nitrilica viene utilizzata a temperature comprese tra 70 e 150 °C, mentre la gomma siliconica fluorurata viene generalmente utilizzata a temperature comprese tra 200 e 300 °C. In breve, la temperatura di prova deve essere determinata in base ai risultati del test.