ISO 9924 Каучук и каучукови изделия - Определяне на състава на вулканизирани и невулканизирани съединения чрез термогравиметрия

Стандартът „ISO 9924 Каучук и каучукови изделия - Определяне на състава на вулканизирани и невулканизирани съединения чрез термогравиметрия“, публикуван от Международната организация по стандартизация (ISO), се състои от следните подраздели, публикувани под едно и също заглавие:

• Стандартът „ISO 9924-1 Част 1: Бутадиен, етилен-пропиленов съполимер и терполимер, изобутен-изопрен, изопрен и стирен-бутадиенови каучуци“ описва термогравиметричен метод за определяне на общото съдържание на органични вещества, съдържанието на сажди и съдържанието на пепел във вулканизирани и невулканизирани съединения. Загубата на маса при 300 градуса по Целзий е приблизителна насока за съдържанието на летливи вещества в съединението.

Този метод е подходящ за анализ на каучукови смеси и вулканизирани каучуци, съдържащи следните каучуци, самостоятелно или в смеси:

• Полиизопрен от естествен или синтетичен произход
• полибутадиен
• Стирен-бутадиенови съполимери
• Изобутилен-изопренови съполимери
• Етилен-пропиленови съполимери и свързани терполимери.

Областта на приложение на метода може да бъде разширена и до анализ на съединения, съдържащи каучуци, различни от дадените тук, при условие че приложимостта на метода е била предварително тествана с помощта на известни съединения или вулканизатори с подобен състав. Други съединения са разгледани в стандарта ISO 9924-2.

По принцип, претеглена тестова проба се нагрява под поток от азот от 70 градуса до 300 градуса по предварително определен график и се държи при 300 градуса в продължение на 10 минути. Загубата на маса показва приблизително общото съдържание на некаучукови органични вещества, които са летливи при 300 градуса. Като цяло, тази стойност не е еквивалентна на стойността на екстракта от разтворител.

След това температурата на пещта се повишава до 550 градуса под поток от азот и се държи на 550 градуса в продължение на 15 минути. Недестилираната органична материя и полимерите се отстраняват чрез дестилация при 300 градуса, а загубата на маса между 70 и 550 градуса представлява общото съдържание на органична материя.

Температурата на пещта се понижава до 300 градуса под поток от азот, след което газът се променя от азот на въздух или кислород, или смес от въздух и кислород. След това температурата на пещта се повишава до 650 градуса и се задържа при тази температура в продължение на 15 минути или докато не се наблюдава загуба на маса. Саждите се изгарят, а загубата на маса в окислителната атмосфера при 650 градуса представлява съдържанието на сажи. При 850 градуса, ако има графит, се осигурява балансиран газов поток по време на целия преход, за да се избегнат ефекти на плаваемост.

Масата на остатъка при 650 градуса представлява пепел (при 850 градуса, ако има графит).

• Стандартът „ISO 9924-2 Част 2: Акрилонитрил-бутадиен и халобутилови каучуци“ описва термогравиметричен метод за определяне на общото съдържание на органични вещества, съдържанието на сажди, въглеродните остатъци и съдържанието на пепел във вулканизирани и невулканизирани съединения, съдържащи полимери, които образуват въглеродни остатъци по време на пиролизата. Загубата на маса при приблизително 300 градуса по Целзий е приблизителна насока за съдържанието на летливи вещества в съединението.

Този метод е подходящ за анализ на каучукови смеси и вулканизати, съдържащи въглеводородни полимери и съполимери с полярни групи, които образуват въглеродни остатъци по време на пиролиза, както е посочено в стандарта ISO 9924-1:

• Акрилонитрил-бутадиенови съполимери
• Карбоксилирани акрилонитрил-бутадиенови съполимери
• Хидрогенирани акрилонитрил-бутадиенови съполимери
• Хлорирани изобутилен-изопренови съполимери
• Бромирани изобутилен-изопренови съполимери

По принцип, претеглена тестова проба се нагрява под поток от азот от 40 градуса до 600 градуса по Целзий по предварително определен график, докато цялото органично вещество се пиролизира. Ако присъстват нитрил-бутадиенови съполимери, малка част от полимера ще се пиролизира, образувайки въглероден остатък, и този остатък трябва да бъде идентифициран, за да се получи правилното общо органично съдържание.

За тази цел температурата на пещта се понижава до 400 градуса под поток от азот и се държи на 400 градуса в продължение на 5 минути. След това газовият поток се променя от азот на въздух или кислород и температурата на пещта бавно се повишава до 800 градуса. По време на това нагряване в окислителна атмосфера се получават две различни загуби на маса поради горене. Първата се дължи на изгарянето на въглеродния остатък, чието количество се определя и се добавя към загубата, определена преди това при 600 градуса в азот, за да се получи правилната стойност на общото органично съдържание. Втората се дължи на нормалното горене на сажди.

Общото съдържание на каучук се изчислява чрез изваждане на стойността на екстракта с разтворител, определен съгласно стандарт ISO 1407, от общото органично съдържание, при условие че всички компоненти, различни от каучук, са екстрахируеми.

При 800 градуса масата на остатъка представлява пепел.

• Стандартът „ISO 9924-3 Част 3: Въглеводородни каучуци, халогенирани каучуци и полисилоксанови каучуци след екстракция“ описва термогравиметричен метод за определяне на основните компоненти на каучукови смеси, като еластомери, сажди и минерални пълнители. Той създава „отпечатък“ на тествания материал. Резултатът обаче не винаги съответства точно на теоретичната формула на каучука.

Този метод е приложим за сурови или смесени каучуци, вулканизирани и невулканизирани каучуци, след предварителна екстракция.

Този метод се прилага за каучуци с въглеводородна основа, използвани самостоятелно или в смеси. При смесите съдържанието на полимер съответства на общото количество каучук и обикновено не е възможно да се идентифицират отделни полимери.

Този метод е приложим за халогенирани каучуци с въглеводородна основа или азотсъдържащи каучуци и техни смеси. Тези каучуци обаче често образуват въглеродни остатъци, които затрудняват анализа. Прилагането на правилна процедура минимизира тези пречки.

Този метод е приложим и за каучуци с полисилоксанова основа и каучуци, които не са изброени по-горе.

По принцип, претеглена тестова проба се нагрява в известна атмосфера по предварително определен график. Първо, пиролизата протича в инертна атмосфера (азот), последвана от горене в окислителна атмосфера. Реакциите, които обикновено причиняват промени в масата, са разлагане, окисление или реакции, които изпаряват компонент. Загубата на маса спрямо температурата предоставя количествено използваема термограма, която показва характерните свойства на материала.

Накратко, ISO 9924 е международен стандарт, който определя метод за термогравиметричен анализ (TGA) за определяне на състава на вулканизиран каучук (вулканизати) и невулканизирани каучукови смеси. Той измерва основните компоненти чрез наблюдение на контролирано нагряване и загуба на маса:

• Общо органично съдържание (полимери + масла + органични добавки)
• Съдържание на въглероден черен (най-разпространеният подсилващ пълнител)
• Пепел (неорганични пълнители като силициев диоксид и цинков оксид)
• В някои участъци, въглеродни остатъци, произхождащи от определени полимери.

Каучуковите съединения са сложни смеси и в повечето случаи, особено след вулканизация, точната им формула не може да бъде надеждно установена визуално или чрез прости химични тестове.

Този стандарт съществува по няколко важни практически причини:

• Контрол на качеството в производството: Гарантира, че всяка партида съдържа очакваното количество скъпи сажди и полимер. Малките отклонения причиняват значителни промени в механичните свойства (якост на разкъсване, устойчивост на износване, задържане на топлина).
• Отстраняване на неизправности: Когато гума, уплътнение, маркуч, ремък или антивибрационен компонент се повреди преждевременно, производителите и крайните потребители анализират частите на конкурентите или върнатите части, за да определят дали грешната формула (твърде малко сажди, неправилна полимерна смес, прекомерно евтини пълнители) причинява проблема.
• Обратно инженерство и конкурентен анализ: Много често срещани в каучуковата промишленост, компаниите искат да знаят приблизително какво използват техните конкуренти.
• Проверка на доставчика и входяща проверка на материалите: Големите купувачи (производители на оригинално автомобилно оборудване, производители на гуми) изискват от доставчиците да докажат, че доставените съединения отговарят на договорения състав.
• Съгласуваност между лабораториите по целия свят: Без стандартизирана TGA процедура (скорости на нагряване, температурни стъпки, атмосферни преходи от азот към кислород, метод на изчисление), различните лаборатории отчитат значително различно съдържание на сажди за една и съща проба (което води до разногласия в търговските сделки). Стандартът ISO 9924 предоставя един и същ протокол за всички, осигурявайки сравними и възпроизводими резултати.

Следователно, каучуковата промишленост се нуждае от бърз, повтаряем, международно приет метод за измерване на най-важните компоненти във вулканизиран и невулканизиран каучук, по-специално съдържанието на сажди и полимери, за осигуряване на качеството, анализ на повреди и лоялни търговски практики. Стандартът ISO 9924 е от съществено значение в това отношение.

В продължение на много години нашата организация, със своя компетентен и опитен персонал, разбира нуждите на своите клиенти, предоставяйки им необходимите съвременни услуги за тестване и подпомагайки ги при създаването, внедряването и подобряването на системите за управление. В тази рамка, ние също така предоставяме услуги за тестване, съответстващи на стандарта ISO 9924.