Anders as termoplaste, word elastomere tipies oor 'n wye reeks temperature gebruik en aansienlik bo hul glasoorgangstemperatuur (Tg). Die voordele van elastomere bo termoplaste is hul vermoë om byna heeltemal te herstel van die trektoestand (hoë elastisiteit), asook hul algemene elastisiteit, lae hardheid en lae modulus eienskappe. Wanneer elastomere onder kamertemperatuur gebruik word, toon hulle 'n toename in hardheid, 'n toename in modulus en 'n afname in elastisiteit. Wanneer elastomere onder kamertemperatuur gebruik word, is daar 'n neiging vir hardheid om te verhoog, modulus om te verhoog, elastisiteit om af te neem (lae trek) en kompressie wat toeneem. Afhangende van die probleem met die elastomeer, kan twee verskynsels op dieselfde tyd voorkom - glasverharding en gedeeltelike kristallisasie - CR, EPDM, NR is 'n paar voorbeelde van elastomere wat kristallisasie vertoon.
1. Oorsig van lae temperatuur toetsing
Brosheid, kompressie permanente vervorming, terugtrekking, verharding en kryogeniese verharding word vir baie jare gebruik om polimeer eienskappe by lae temperature te karakteriseer. Drukspanningsverslapping is relatief nuut en fokus op die bepaling van die seëlkrag van 'n materiaal oor 'n tydperk onder verskeie omgewingstoestande.
2. Brosheid Temperatuur
ASTM D 2137 definieer die brosheidstemperatuur as die laagste temperatuur waarteen gevulkaniseerde rubber nie breuk of breuk sal toon onder gespesifiseerde impaktoestande nie. Vyf rubbermonsters van voorafbepaalde vorm word voorberei, in 'n kamer of vloeibare medium geplaas, aan 'n vasgestelde temperatuur vir 3±0.5min onderwerp, en dan 'n impaksnelheid van 2.0±0.2m/s gegee. Die monsters word verwyder en aan 'n impak- of breuktoets onderwerp. Die monster word verwyder en getoets vir impak of breuk, alles sonder skade. Die toets is herhaal tot by die brosheidstemperatuur – die laagste temperatuur waarteen geen breuk gevind is nie, was baie naby aan 1°C.
3. Lae temperatuur kompressie stel en lae temperatuur verharding
Die toetsprosedure vir lae-temperatuur kompressie stel is baie na aan dié vir standaard kompressie stel, behalwe dat die temperatuur beheer word deur een of ander energie metode, soos droë ys, vloeibare stikstof, of meganiese metodes, en die waarde is binne ± 1°C van die voorafbepaalde temperatuur. Na herstel van die bevestiging, word die monster ook by die voorafbepaalde lae temperatuur geplaas en gevorm tot 'n deursnee van 29 mm en 'n dikte van 12,5 mm. Lae-temperatuur kompressie stel is 'n indirekte metode vir die verseëling van toepassings van die betrokke verbinding. Kompressiewe stresverslapping is die direkte metode en sal later bespreek word. Lae temperatuur verharding word ook gewoonlik bepaal deur gebruik te maak van 'n gevulkaniseerde drukstelmonster (29mm x 12.5mm), maar weer getoets teen 'n lae temperatuurbeheer, wat dieselfde is as dié vir kompressiestel, en dan weer by dieselfde temperatuur as hul vasgestelde temperatuur. Verharding en lae-temperatuur kompressie stel word direk beïnvloed deur verkoeling, maar ook deur die neiging van die polimeer om te kristalliseer, met die tempo van kristallisasie afhanklik van temperatuur, bv. CR kristalliseer die vinnigste rondom -10°C, en neem dan af by laer temperature, hoofsaaklik as gevolg van die onbeweeglikheid van die polimeer ketting segmente (die molekulêre ketting herrangskikking).
4. Gehman Lae Temperatuur Verharding
ASTM D 1053 beskryf die lae-temperatuur verhardingsmetode soos volg: 'n reeks elastiese polimeermonsters word vas aan 'n draad geheg met 'n bekende torsiekonstante, en die ander kant van die draad is vasgemaak aan 'n torsiekop wat toelaat dat die draad gedraai kan word. Die monsters word in 'n hitte-oordragmedium gedompel teen 'n spesifieke temperatuur onder normaal, op watter tydstip die torsiekop met 180° gedraai word, en dan word die monsters met 'n hoeveelheid (minder as 180°) gedraai wat afhanklik is van die omgekeerde van die monster se buigsaamheid en styfheid. Gebruik dan die hoeveelheid goniometer om die hoeveelheid monsterdraai, die draaihoek en die hardheid van die rubbermateriaal te bepaal. Die temperatuur van die stelsel word geleidelik op hierdie punt verhoog, en 'n plot van die draaihoek teen temperatuur word verkry. Die temperature waarteen die modulus T2, T10 en T100 bereik, word gewoonlik aangeteken as gelyk aan die moduluswaarde by kamertemperatuur.
5. Lae-temperatuur-terugtrekking (TR-toets)
Die TR-toets word gebruik om die vermoë van 'n monster in die trektoestand te evalueer wanneer persende permanente vervorming en drukspanningsverslapping wat deur drukspanning bepaal word, gebruik word om lae temperatuur effekte te bepaal. Soos vroeër gedek, sal baie polimere soos NR en PVC by lae temperature kristalliseer, maar strekking kan ook kristalliseer, wat lei tot bykomende faktore wanneer na lae-temperatuur eienskappe gekyk word. Vir evalueringstoepassings soos uitlaatvering is TR onder spanning baie gepas en word gereeld gebruik. In hierdie toets word die monster verleng (dikwels met 50% of 100%) en in die verlengde toestand gevries. Die monster word vrygestel, op watter tydstip die temperatuur teen 'n vasgestelde tempo verhoog word om die herstel van die monster te meet, die lengte van die krimping word gemeet en die verlenging word aangeteken. Die temperature waarteen die monster met 10%, 30%, 50% en 70% krimp, word gewoonlik aangedui as TR10, TR30, TR50 en TR70. TR10 hou verband met die brosheidstemperatuur; TR70 hou verband met die permanente vervorming van die monster in lae-temperatuur kompressie; en die verskil tussen TR10 en TR70 word gebruik om kristallisasie van die monster te meet (hoe groter die verskil, hoe groter is die neiging om te kristalliseer).
6 . Lae Temperatuur Kompressiewe Stres Ontspanning (CSR)
Die KSV-toets kan gebruik word om voorspellings te maak oor die werkverrigting en lewensduur van seëlmateriaal. Wanneer 'n elastomere verbinding 'n konstante vervorming gegee word, word 'n gekombineerde krag geskep, en die vermoë van die materiaal om hierdie krag binne 'n sekere omgewingsreeks te handhaaf, meet sy vermoë om te seël. Beide fisiese en chemiese meganismes dra by tot spanningsverslapping, gebaseer op tyd en temperatuur, een faktor sal oorheers, fisiese ontspanning word waargeneem by lae temperature, onmiddellik na 'n gegewe spanning, wat lei tot kettingherrangskikking en veranderinge in die rubbervuller en vuller-vuloppervlaktes, en die verslapping van die spanningsverwyderingstelsel is omkeerbaar. By hoër temperature bepaal die chemiese samestelling die tempo van ontspanning, wanneer die fisiese prosesse reeds klein is en die chemiese ontspanning onomkeerbaar is, wat lei tot kettingbreek en kruisbindingsreaksies. Temperatuurfietse of skielike toenames in temperatuur kan 'n effek hê op spanningsverslapping in elastomere. Tydens die CSR-toets word die toetsmonster geplaas
Tydens CSR-toetsing word stresverslapping verhoog wanneer die toetsmonster aan verhoogde temperature onderwerp word. As stresverslapping vroeg in die toets plaasvind, neem die hoeveelheid bykomende ontspanning eers toe en het 'n maksimum waarde gedurende die eerste siklus. In 'n treksterkte groot toetsstuk om pakkingmonsters te vervaardig (19 mm buitenste deursnee, binnedeursnee van 15 mm), met 'n elastiese bevestiging sal saamgepers word na die monster tot hul kamertemperatuur dikte van 25%, en teen 25 ℃ in die omgewingstoetskamer, die temperatuur by 25 ℃ om ℃ 24h te handhaaf, en dan gehandhaaf tot 24h die volgende temperatuur tussen -20 ~ 110 ℃ siklus van 24h, die hele toets tyd by toets temperatuur, die toets temperatuur, deurlopende krag bepaling. Die kragmeting word deurlopend deur die toetstyd by die toetstemperatuur uitgevoer.
7. Effek van Etileeninhoud
7.1 Etileeninhoud het die grootste impak op die lae temperatuur prestasie van EPDM polimere. Polimere met etileeninhoud wat wissel van 48% tot 72% is geëvalueer onder hoë kwaliteit seëlformulerings. Almal het ten doel om die variasie in mooney-viskositeit te verminder deur ENB in hierdie verskillende polimere in te voer.
EPDM-rubber is amorf as die etileen/propileen-verhouding gelyk is en die verspreiding van die twee monomere in die polimeerketting ewekansig is. EPDM met 48% en 54% etileeninhoud kristalliseer nie by of bo kamertemperatuur nie. Wanneer die etileeninhoud 65% bereik, begin die etileenreekse in getal en lengte toeneem en kan kristalle vorm, wat in die kristallisasiepieke op die DSC-krommes rondom 40°C waargeneem word. Hoe groter die DSC-pieke, hoe groter die kristalle wat vorm.
7.2 Benewens die effek van etileeninhoud op lae temperatuur eienskappe wat later bespreek word, beïnvloed kristallietgrootte die gemak van meng en verwerking van verbindings wat kristalle bevat. Hoe groter die kristallietgrootte, hoe meer hitte- en skuifwerk word benodig by die mengstadium om die polimeer volledig met die ander komponente te meng. Die rou rubbersterkte van EPDM-verbindings neem toe met toenemende etileeninhoud. In seëlformulerings waar die effek van etileeninhoud gemeet is, het 'n toename in etileeninhoud van 50% tot 68% ten minste 'n viervoudige toename in die sterkte van die rubber tot gevolg gehad. Die kamertemperatuur-hardheid neem ook toe met toenemende etileeninhoud. Die Shore A-hardheid van die amorfe polimeerkleefmiddel is 63°, terwyl die Shore A-hardheid van die polimeer met die hoogste etileeninhoud 79° is. Dit is as gevolg van die toename in die etileenvolgorde, die toename in kristallisasie in die gom, en die ooreenstemmende toename in termoplastiese polimere.
7.3 Wanneer die hardheid by lae temperature gemeet word, in teenstelling met die polimere met 'n hoë etileeninhoud, toon die amorfe polimere minder verandering in hardheid, terwyl die verandering in hardheid van die hoër etileeninhoud nie 'n lineêre patroon toon nie en die hardheid by kamertemperatuur hoog bly, sodat die polimere wat die hoër etileeninhoud bevat steeds die hoogste hardheid by lae temperature het.
7.4 Kompressiestel is grootliks afhanklik van die toetstemperatuur. Indien dit by 175°C getoets word, is daar geen verskil in kompressiestel tussen enige van die polimere nie (set word beïnvloed deur die ontwerp van die verbinding en die keuse van vulkanisasiestelsel). Na die smelt van die etileenkristalle vertoon die polimeer 'n amorfe vorm, en om die effek van die etileeninhoud te ondersoek, is toetse by 23°C gedoen. Polimere met 'n hoër etileeninhoud het duidelik hoër permanente vervorming (meer as twee keer soveel), en die effek van die etileeninhoud is selfs groter wanneer dit by -20°C en -40°C getoets word. Polimere met meer as 60% etileeninhoud het hoë permanente vervorming (>80%); by -40°C het slegs die ten volle amorfe polimere lae permanente vervorming (17%).
7.5 Effek van etileeninhoud op lae temperatuur verharding van Gehman toetse. Gegewe 'n temperatuur, hoe hoër die hoek, hoe laer is die toename in styfheid (of toename in modulus). By lae temperature neem die styfheidsmodulus aansienlik toe met toenemende etileeninhoud. Vir amorfe polimere is die T2 -47°C, terwyl die hoogste etileeninhoud polimeer 'n T2 van slegs -16°C het.
7.6TR Meting van krimpherwinning van monsters na verlengingsvries, het die etileeninhoud 'n beduidende effek op die toetsmetode, wat weer soortgelyk is aan die Gehman-toets.
Dit is soortgelyk aan die Gehman-toets. Die krimping (%) van die verskillende polimere varieer as 'n funksie van temperatuur, met die amorfe polimere wat die hoogste krimpherwinning by lae temperature het; egter, soos voorspel, verswak die herstel namate die etileeninhoud toeneem by 'n gegewe temperatuur.
herstel versleg. Die waarde van TR10 wissel van -53°C vir amorfe polimere tot -28°C vir polimere met hoë etileeninhoud.
7.7 Kompressiewe stresverslapping (KSR) siklus
Siklus. Druk die verbindings saam, laat hulle vir 24 uur by 25°C ontspan, en plaas dit dan in 'n siklus van temperature wat wissel van -20°C tot 110°C af en toe vir 24 uur. Wanneer dit vir die eerste keer saamgepers word, na die ekwilibrasieperiode, het die kristallyne polimeer E 'n hoër spanningsverlies as die amorfe polimeer, en wanneer dit verlaag word tot -20°C neem die seëlkrag van die twee polimere af, terwyl die amorfe polimeer A 'n hoë spanningsbehoud het (hoër F/F0). Verhitting van die verbinding tot 110°C het sy seëlkrag herstel, en wanneer dit teruggebring word na -20°C, was die oorblywende seëlkrag van die kristallyne polimeer minder as 20% van sy waarde, wat algemeen beskou word as te laag vir die meeste toepassings, met die amorfe polimeer wat meer as 50% van sy seëlkrag behou het, en die amorfe herwinningspolimeer het weer 'n hoër herwinningspolimeer. Die volgende siklus het soortgelyke gevolgtrekkings opgelewer. Dit is duidelik dat amorfe polimere beter is vir verseëlingstoepassings waar hoë- en lae-temperatuur werkverrigting vereis word.
8. Effek van diolefieninhoud
Om die onversadigde punt te verskaf wat benodig word vir vulkanisering, word nie-gekonjugeerde diolefiene soos ENB, HX en DCPD by etileenpropileenpolimere gevoeg. Een dubbelbinding reageer in die polimeermatriks, terwyl die tweede as 'n komplement tot die gepolimeriseerde molekulêre ketting dien en die vulkaniseringspunt vir swaelgeel vulkanisasie verskaf. Die effek van ENB is in voorruit (reën) staafprofiele geëvalueer. Polimere wat 2%, 6% en 8% ENB bevat, is vergelyk. Die byvoeging van ENB het 'n beduidende effek op die vulkaniseringseienskappe en kruisbindingdigtheid gehad. Modulus het toegeneem terwyl verlenging aansienlik afgeneem het. Die hardheid het toegeneem en die kompressiestel het verbeter tydens temperatuurstyging. Soos die ENB-inhoud toeneem, word die verkooltyd korter.
ENB is 'n amorfe materiaal, en wanneer dit by die polimeerruggraat gevoeg word, ontwrig dit die kristallisasie van die etileengedeelte van die polimeer, sodat polimere met dieselfde etileeninhoud verkry kan word, en die hoër inhoud van ENB verbeter die lae-temperatuur eienskappe. By kamertemperatuur verbeter die hoër ENB-inhoud die kompressiestel effens as gevolg van die verbeterde kruisbindingsdigtheid. By lae temperature is die kompressiestel van die polimere met 'n hoër ENB-inhoud egter aansienlik beter as dié van die polimere met 2% ENB-inhoud. Die effek van ENB inhoud op brosheid temperatuur, temperatuur terugtrekking, en Gehman se toets het geen betekenisvolle verskil in brosheid temperatuur tussen polimere in die algemeen getoon nie, en vir die Gehman se toets en die TR toets het elke polimeer 'n verbetering in lae temperatuur eienskappe getoon met toenemende ENB inhoud.
9. Effek van mooney Viskositeit op Lae Temperatuur Eienskappe
Dit is welbekend dat mooney-viskositeit (molekulêre massa) 'n beduidende effek op die prosesseringsgedrag van elastomere het. In ekstrusie- en giettoepassings In ekstrusie- en giettoepassings is dit belangrik om 'n verbinding met 'n geskikte Mooney-viskositeitswaarde te kies. Deur dieselfde formulering te gebruik wat gebruik is om die effek van die derde monomeer, ENB, op lae-temperatuur eienskappe te ondersoek om Mooney-viskositeit te ondersoek, is polimere met Mooney-viskositeite van 30, 60 en 80 vergelyk, en die Mooney-viskositeit van die verbindings het toegeneem soos die Mooney-viskositeit van die polimere wat gebruik is toegeneem het. Treksterkte, modulus en rou rubbersterkte het toegeneem met toenemende Mooney-viskositeit. Die effek van Mooney viskositeit op die lae temperatuur eienskappe van EPDM was nie betekenisvol nie. Die kompressie permanente vervorming by kamertemperatuur, -20°C en -40°C neem egter toe met toenemende molekulêre massa. Die kompressiestel by kamertemperatuur, -20°C en -40°C het egter nie betekenisvol verander met toenemende molekulêre massa nie, terwyl die kompressiestel by verhoogde temperature (175°C) 'n paar veranderinge getoon het vir die hoër maanagtige viskositeite van die EPDM-kleefmiddels.
10. Gevolgtrekking
Die etileen- en diolefieninhoud het 'n beduidende effek op die werkverrigting van EPDM elastomere in lae temperatuur toepassings, met polimere met lae etileen inhoud wat goed presteer en polimere met hoë diolefien inhoud wat verbeter as gevolg van versteurde kristallisasie van die etileen gedeelte van die polimeer. Lae etileen inhoud polimere moet gebruik word wanneer lae temperatuur werkverrigting 'n beperking is.
