У адрозненне ад тэрмапластыкі, эластамеры звычайна выкарыстоўваюцца ў шырокім дыяпазоне тэмператур і значна вышэй за тэмпературу пераходу шкла (TG). Перавагі эластамераў над тэрмапластыкамі - гэта іх здольнасць амаль цалкам выздаравена ад расцяжэння (высокай эластычнасці), а таксама іх абагульненай эластычнасці, нізкай цвёрдасці і нізкіх модульных уласцівасцей. Калі эластамеры выкарыстоўваюцца ніжэй тэмпературы пакаёвай, яны выяўляюць павелічэнне цвёрдасці, павелічэнне модуля і зніжэнне эластычнасці. Калі эластамеры выкарыстоўваюцца ніжэй пакаёвай тэмпературы, існуе тэндэнцыя да павелічэння цвёрдасці, модуля да павелічэння, эластычнасці да памяншэння (нізкая расцяжэнне) і сціску, усталяванага для павелічэння. У залежнасці ад праблемы з эластамерам, адначасова могуць адбыцца дзве з'явы - зацвярдзенне шкла і частковая крышталізацыя - CR, EPDM, NR - некаторыя прыклады эластамераў, якія выяўляюць крышталізацыю.
1. Агляд тэставання нізкай тэмпературы
На працягу многіх гадоў выкарыстоўваецца расстрэл, пастаянная дэфармацыя, уцягванне, зацвярдзенне і криогенное зацвярджэнне, каб ахарактарызаваць палімерныя ўласцівасці пры нізкіх тэмпературах. Рэлаксацыя на сціск напружання адносна новае і засяроджана на вызначэнні герметычнай сілы матэрыялу на працягу пэўнага часу пры розных умовах навакольнага асяроддзя.
2. Тэмпература далікатнасці
ASTM D 2137 вызначае тэмпературу далікатнасці як самую нізкую тэмпературу, пры якой вулканізаванай гуме не будзе паказваць пералом і разрыў пры зададзеных умовах уздзеяння. Падрыхтаваны пяць гумовых узораў загадзя вызначанай формы, размешчаны ў камеры або вадкай асяроддзі, падвяргаючыся ўстаноўленай тэмпературы на працягу 3 ± 0,5 мін, а затым дае хуткасць удару 2,0 ± 0,2 м/с. Узоры выдаляюцца і падвяргаюцца тэсту на ўздзеянне або разрыў. Узор выдаляецца і выпрабоўваецца на ўздзеянне або пералом, усё без пашкоджанняў. Тэст паўтараўся да тэмпературы далікатнасці - самая нізкая тэмпература, пры якой не было выяўлена пералому, быў вельмі блізкі да 1 ° С.
3. Настаноўка сціску нізкай тэмпературы і зацвярдзенне нізкай тэмпературы
Працэдура выпрабаванняў для набору сціску з нізкім узроўнем тэмпературы вельмі блізкая да стандартнага набору сціску, за выключэннем таго, што тэмпература кантралюецца нейкім энергетычным метадам, напрыклад, сухі лёд, вадкі азот або механічныя метады, а значэнне знаходзіцца ў межах ± 1 ° С ад зададзенай тэмпературы. Пасля аднаўлення ад прыстасавання ўзор таксама размяшчаюць пры зададзенай нізкай тэмпературы і ляпваюць да дыяметрам 29 мм і таўшчынёй 12,5 мм. Набор сцісканняў з нізкім узроўнем тэмпературы-гэта ўскосны метад ушчыльнення прымянення разгляданага злучэння. Рэлаксацыя на сціск - гэта прамы метад і будзе абмяркоўвацца пазней. Зацвярдзенне нізкай тэмпературы таксама звычайна вызначаецца пры дапамозе вулканізаванага ўзору сціску (29 мм х 12,5 мм), але паўторна праверкі пры нізкім кантролі тэмпературы, што такое ж, як і для набору сціску, а потым зноў пры той жа тэмпературы, што і іх устаноўленая тэмпература. Набор зацвярдзення і з нізкім узроўнем тэмпературы непасрэдна ўплывае на астуджэнне, але таксама тэндэнцыяй палімера да крышталізацыі, а хуткасць крышталізацыі залежыць ад тэмпературы, напрыклад, CR, крышталізуе найбольш хутка пры -10 ° С, а затым памяншаецца пры больш нізкіх тэмпературах, у асноўным з -за нерухомасці сегментаў палімерных ланцугоў (малекулярны замалёўку перад замалётам).
4. Гармаванне з нізкай тэмпературай Gehman
ASTM D 1053 апісвае метад загартоўвання нізкатэмператур: серыя эластычных палімерных узораў фіксуецца да провада з вядомай пастаяннай кручэннем, а другі канец дроту прымацаваны да галоўкі кручэння, здольнай дазволіць закручваць провад. Узоры апускаюцца ў асяроддзе перадачы цяпла пры пэўнай тэмпературы ніжэй за норму, у гэты час галоўка кручэння скручваецца на 180 °, а потым узоры скручваюцца на колькасць (менш за 180 °), якая залежыць ад зваротнай гнуткасці і калянасці ўзору. Затым выкарыстоўвайце колькасць ганіёметра, каб вызначыць колькасць узору, кут павароту і цвёрдасць гумавага матэрыялу. У гэты момант тэмпература сістэмы паступова павышаецца, і атрымліваецца графік кута павароту да тэмпературы. Тэмпература, пры якой модуль дасягае T2, T10 і T100, звычайна зафіксаваны як роўнае значэнне модуля пры пакаёвай тэмпературы.
5. Уцягванне нізкай тэмпературы (тэст TR)
Тэст TR выкарыстоўваецца для ацэнкі здольнасці ўзору ў стане расцяжэння, калі для вызначэння нізкіх тэмпературных эфектаў выкарыстоўваецца пастаянная дэфармацыя і рэлаксацыя на сціск, вызначаныя націскам. Як ахопліваецца раней, многія палімеры, такія як NR і ПВХ, будуць крышталізаваць пры нізкіх тэмпературах, але расцяжэнне таксама можа крышталізаваць, што прывядзе да дадатковых фактараў пры поглядзе на ўласцівасці нізкай тэмпературы. Для ацэнкі прыкладанняў, такіх як выхлапная падвеска, TR пад напружаннем вельмі падыходзіць і часта выкарыстоўваецца. У гэтым выпрабаванні ўзор выцягнуты (часта на 50% або 100%) і замарожаны ў выцягнутым стане. Узор вылучаецца, у гэты час тэмпература павышаецца з вызначанай хуткасцю для вымярэння аднаўлення ўзору, вымяраецца даўжыня ўсаджвання і зафіксавана падаўжэнне. Тэмпература, пры якіх узор скарачаецца на 10%, 30%, 50%і 70%, звычайна адзначаюцца як TR10, TR30, TR50 і TR70. TR10 ставіцца да тэмпературы далікатнасці; TR70 ставіцца да пастаяннай дэфармацыі ўзору пры сціску нізкатэмпературнай; і розніца паміж TR10 і TR70 выкарыстоўваецца для вымярэння крышталізацыі ўзору (чым большая розніца, тым большая тэндэнцыя да крышталізацыі).
6. Рэлаксацыя напружання з нізкай тэмпературай (КСА)
Тэст КСА можа быць выкарыстаны для прагназавання прадукцыйнасці і тэрміну ўшчыльнення матэрыялаў. Калі эластамерным злучэннем даецца пастаянная дэфармацыя, ствараецца камбінаваная сіла, і здольнасць матэрыялу падтрымліваць гэтую сілу ў межах пэўнага экалагічнага дыяпазону вымярае яго здольнасць да ўшчыльнення. Як фізічныя, так і хімічныя механізмы спрыяюць расслабленню стрэсу, у залежнасці ад часу і тэмпературы, адзін фактар будзе пераважаць, фізічнае расслабленне назіраецца пры нізкіх тэмпературах, адразу пасля дадзенага напружання, што прыводзіць да перастаноўкі ланцуга і змяненняў у гумовых замер і напаўняльніках, а расслабленне сістэмы выдалення стрэсу з'яўляецца абскарджаным. Пры больш высокіх тэмпературах хімічны склад вызначае хуткасць рэлаксацыі, калі фізічныя працэсы ўжо невялікія, а хімічнае паслабленне незваротна, што прыводзіць да паломкі ланцуга і рэакцыі сшывання. Тэмпературная веласіпедная ці раптоўнае павышэнне тэмпературы можа аказаць ўплыў на расслабленне стрэсу ў эластамерах. Падчас тэсту КСА размяшчаецца ўзор тэсту
Падчас тэставання ў КСА расслабленне стрэсу павялічваецца, калі ўзор выпрабаванняў падвяргаецца павышанай тэмпературы. Калі расслабленне стрэсу адбываецца ў пачатку тэсту, колькасць дадатковага рэлаксацыі павялічваецца спачатку і мае максімальнае значэнне на працягу першага цыкла. In a tensile large test piece to produce gasket samples (19mm outer diameter, inner diameter of 15mm), with an elastic fixture will be compressed to the specimen to their room temperature thickness of 25%, and at 25 ℃ into the environmental test chamber, the temperature at 25 ℃ to maintain 24h, and then down to -20 ℃, maintained for 24h, followed by the next temperature between -20 ~ 110 ℃ cycle of 24h, Увесь час выпрабаванняў пры тэставай тэмпературы, тэмпература выпрабаванняў, бесперапыннае вызначэнне сілы. Вымярэнне сілы ажыццяўляецца пастаянна на працягу ўсяго часу выпрабаванняў пры тэмпературы выпрабаванняў.
7. Уплыў утрымання этылену
7.1 Змест этылену аказвае найбольшы ўплыў на эфектыўнасць нізкай тэмпературы палімераў EPDM. Палімеры з утрыманнем этылену ў дыяпазоне ад 48% да 72% ацэньваліся ў рамках якасных ушчыльняльных прэпаратаў. Усе накіраваны на зніжэнне змены глейкасці Муні, уводзячы ENB у гэтых розных палімерах.
Гума EPDM аморфная, калі суадносіны этылену/прапілена роўнае, а размеркаванне двух манамераў у палімернай ланцугу выпадковае. EPDM з 48% і 54% утрымання этылену не крышталізуецца пры пакаёвай тэмпературы або вышэй. Калі ўтрыманне этылену дасягае 65%, этылен паслядоўнасці пачынаюць павялічвацца ў колькасці і даўжыні і могуць утвараць крышталі, якія назіраюцца ў піках крышталізацыі на крывых DSC каля 40 ° С. Чым больш пікі DSC, тым больш крышталяў, якія ўтвараюцца.
7.2 У дадатак да ўплыву ўтрымання этылену на ўласцівасці нізкай тэмпературы, разгледжаныя пазней, памер крышталіту ўплывае на зручнасць змешвання і апрацоўкі злучэнняў, якія змяшчаюць крышталі. Чым большы памер крышталіту, тым больш цяпла і зруху патрабуецца на стадыі змешвання, каб цалкам змяшаць палімер з іншымі кампанентамі. Сырая гумавая трываласць злучэнняў EPDM павялічваецца з павелічэннем утрымання этылену. У герметычных прэпаратах, дзе вымяраецца ўплыў утрымання этылену, павелічэнне ўтрымання этылену з 50% да 68% прывяло да прынамсі ў чатыры разы павелічэння трываласці гумы. Цвёрдасць пакаёвай тэмпературы таксама павялічваецца з павелічэннем утрымання этылену. Шор цвёрдасці аморфнага палімернага клей складае 63 °, тады як бераг цвёрдасці палімера з самым высокім утрыманнем этылену - 79 °. Гэта звязана з павелічэннем этыленавай паслядоўнасці, павелічэннем крышталізацыі ў клеі і адпаведным павелічэнні тэрмапластычных палімераў.
7.3 Калі цвёрдасць вымяраецца пры нізкіх тэмпературах, у адрозненне ад палімераў з высокім утрыманнем этылену, аморфныя палімеры выяўляюць меншае змяненне цвёрдасці, тады як змяненне цвёрдасці больш высокага ўтрымання этылену не паказвае лінейнай карціны, а цвёрдасць застаецца высокай пры пакаёвай тэмпературы, каб палімеры, якія змяшчаюць больш высокі этылен, працягваюцца да высокай сутычкі пры нізкай тэмпературы.
7.4 Набор сціску ў значнай ступені залежыць ад тэмпературы выпрабаванняў. Пры праверцы пры тэмпературы 175 ° С няма розніцы ў сціску паміж любым з палімераў (усталяваны ўплыў на дызайн злучэння і выбар сістэмы вулканізацыі). Пасля плаўлення крышталяў этылену палімер дэманструе аморфную форму, і для вывучэння ўплыву ўтрымання этылену былі зроблены тэсты пры 23 ° С. Палімеры з больш высокім утрыманнем этылену маюць больш высокую пастаянную дэфармацыю (больш чым удвая больш), а эфект утрымання этылену яшчэ большы пры выпрабаванні пры -20 ° С і -40 ° С. Палімеры з больш чым 60% утрыманнем этылену маюць высокую пастаянную дэфармацыю (> 80%); Пры -40 ° С толькі цалкам аморфныя палімеры маюць нізкую пастаянную дэфармацыю (17%).
7.5 Уплыў утрымання этылену на зацвярдзенне нізкай тэмпературы ад тэстаў Gehman. Улічваючы тэмпературу, чым вышэй за вугло, тым ніжэйшае павелічэнне калянасці (або павелічэнне модуля). Пры нізкіх тэмпературах модуль калянасці значна павялічваецца з павелічэннем утрымання этылену. Для аморфных палімераў T2 складае -47 ° С, у той час як самы высокі палімер утрымання этылену мае Т2 толькі -16 ° С.
7.6TR Вымярэнне аднаўлення ўсаджвання ўзораў пасля замярзання пашырэння, утрыманне этылену аказвае значны ўплыў на метад тэсту, які зноў падобны на тэст Gehman.
Гэта падобна на тэст Gehman. Усаджванне (%) розных палімераў вар'іруецца ў залежнасці ад тэмпературы, а аморфныя палімеры маюць найбольшае аднаўленне ўсаджвання пры нізкіх тэмпературах; Аднак, як прагназавалася, аднаўленне пагаршаецца па меры павелічэння ўтрымання этылену пры зададзенай тэмпературы.
Аднаўленне пагаршаецца. Значэнне TR10 вар'іруецца ад -53 ° С для аморфных палімераў да -28 ° С для палімераў з высокім утрыманнем этылену.
7.7 Цыкл рэлаксацыі на сціск (КСА)
Цыкл. Сціснуць злучэнні, дайце ім расслабіцца пры 25 ° С на працягу 24 гадзін, а затым пакладзеце іх у цыкл тэмператур у межах ад -20 ° С да 110 ° С перарывіста на працягу 24 гадзін. Пасля таго, як упершыню сціскаецца, пасля перыяду раўнавагі, крышталічны палімер Е мае больш высокую страту напружання, чым аморфны палімер, і пры зніжэнні да -20 ° C сіла ўшчыльнення двух палімераў памяншаецца, а аморфны палімер А мае высокае ўтрыманне стрэсу (больш высокі F/F0). Награванне злучэння да 110 ° С аднавіла сваю герметычную сілу, і пры вяртанні да -20 ° С астатняя сіла герметызацыі крышталічнага палімера складала менш за 20% ад яго значэння, што, як правіла, лічыцца занадта нізкім для большасці прыкладанняў, а аморфны палімер, які захоўвае больш за 50% ад яе герметычнай сілы і аморфны палімер, які мае больш высокі аднаўленне, чым крышталінны палімер. Наступны цыкл прынёс падобныя высновы. Зразумела, што аморфныя палімеры пераўзыходзяць для герметызацыі прымянення, дзе патрабуецца высокая і нізкая тэмпература.
8. Эфект зместу дыялефіну
Каб забяспечыць ненасычаную кропку, неабходную для вулканізацыі, у этылен прапілен дадаюць не-кан'югаваныя дыялефіны, такія як ENB, HX і DCPD. Адна падвойная сувязь рэагуе ў палімернай матрыцы, а другая дзейнічае як дапаўненне да палімерызаванай малекулярнай ланцуга і забяспечвае кропку вулканізацыі для серы жоўтай вулканізацыі. Эфект ENB ацэньваўся ў штрых -шклах (дажджы). Параўноўваюць палімеры, якія змяшчаюць 2%, 6% і 8% ENB. Даданне ENB аказала значны ўплыў на характарыстыкі вулканізацыі і шчыльнасць сшывання. Модуль павялічыўся, а падаўжэнне значна знізілася. Цвёрдасць павялічылася, а ўстаноўка сціску палепшылася падчас павышэння тэмпературы. Па меры павелічэння зместу ENB час абгалоўлення становіцца карацейшым.
ENB-гэта аморфны матэрыял, і пры даданні ў палімерную аснову ён парушае крышталізацыю этыленавай часткі палімера, так што палімеры з аднолькавым утрыманнем этылену можна атрымаць, а большае ўтрыманне ENB паляпшае ўласцівасці нізкай тэмпературы. Пры пакаёвай тэмпературы больш высокае ўтрыманне ENB нязначна паляпшае ўстаноўку сціску з -за паляпшэння шчыльнасці сшывання. Аднак пры нізкіх тэмпературах набор сціску палімераў з больш высокім утрыманнем ENB значна лепш, чым у палімераў з 2% утрыманнем ENB. Уплыў утрымання ENB на тэмпературу далікатнасці, адцягванне тэмпературы і тэст Геман не паказалі істотнай розніцы ў тэмпературы далікатнасці паміж палімерамі ў цэлым, а таксама для тэсту Gehman і TR-тэсту, кожны палімер паказаў паляпшэнне нізкатэмпературных уласцівасцей з павелічэннем утрымання ENB.
9. Уплыў глейкасці Муні на ўласцівасці нізкай тэмпературы
Агульнавядома, што глейкасць Муні (малекулярная маса) аказвае значны ўплыў на перапрацоўку паводзін эластамераў. У дадатках да экструзіі і ліцця ў дадатках да экструзіі і ліцця, важна выбраць злучэнне з прыдатным значэннем глейкасці Mooney. Выкарыстоўваючы тую ж прэпарат, якая была выкарыстана для даследавання ўплыву трэцяга манамера, ENB, на ўласцівасці нізкіх тэмператур для вывучэння глейкасці Муні, параўноўваюцца палімеры з глейкасцямі Mooney 30, 60 і 80, а глейкасць Муні ўзрастала, паколькі прымяняецца глейкасць Муні да палімераў. Трываласць на расцяжэнне, модуль і трываласць на сырой гуме павялічваюцца з павелічэннем глейкасці Муні. Уплыў глейкасці Муні на ўласцівасці нізкай тэмпературы EPDM не быў значным. Аднак пастаянная дэфармацыя сціску пры пакаёвай тэмпературы -20 ° С і -40 ° С павялічваецца з павелічэннем малекулярнай масы. Аднак сціск, усталяваны пры пакаёвай тэмпературы, -20 ° С і -40 ° С, не змянілася істотна з павелічэннем малекулярнай масы, тады як сціск, усталяваны пры павышанай тэмпературы (175 ° С), паказаў некаторыя змены для больш высокіх глейкасцей Mooney ад клейкіх адгезій EPDM.
10. Выснова
Змест этылену і дыялефіну аказвае значны ўплыў на прадукцыйнасць эластамераў EPDM у прымяненнях з нізкай тэмпературай, пры гэтым палімеры з нізкім утрыманнем этылену добра працуюць і палімеры з высокім утрыманнем дыялефіну, якія паляпшаюцца з -за парушанай крышталізацыі этыленавай часткі палімера. Палімеры з нізкім утрыманнем этылену павінны выкарыстоўвацца, калі прадукцыйнасць нізкай тэмпературы з'яўляецца абмежаваннем.
