За разлика от термопластиците, еластомерите обикновено се използват в широк диапазон от температури и значително над температурата на стъклото им (TG). Предимствата на еластомерите пред термопластиците са способността им да се възстановяват почти напълно от състоянието на опън (висока еластичност), както и тяхната генерализирана еластичност, ниска твърдост и ниски свойства на модула. Когато еластомерите се използват под стайната температура, те показват увеличаване на твърдостта, увеличаване на модула и намаляване на еластичността. Когато еластомерите се използват под стайната температура, има тенденция към увеличаване на твърдостта, модулът за увеличаване, еластичността за намаляване (ниско опън) и компресиране, зададено да се увеличи. В зависимост от проблема с еластомера, могат да възникнат две явления едновременно - втвърдяване на стъкло и частична кристализация - CR, EPDM, NR са някои примери за еластомери, които проявяват кристализация.
1. Преглед на тестването с ниска температура
Бритълност, постоянна деформация на компресията, прибиране, втвърдяване и криогенно втвърдяване се използват от много години, за да се характеризират полимерните свойства при ниски температури. Релаксацията на натиск на напрежението е сравнително ново и се фокусира върху определянето на уплътнителната сила на материал за определен период от време при различни условия на околната среда.
2. Температура на бритлета
ASTM D 2137 определя температурата на бритота като най -ниската температура, при която вулканизираният каучук няма да покаже счупване или разкъсване при определени условия на въздействие. Приготвят се пет гумени образци от предварително определена форма, поставени в камера или течна среда, подложени на зададена температура за 3 ± 0,5 минути и след това се получава скорост на удар 2,0 ± 0,2 м/сек. Екземплярите се отстраняват и се подлагат на тест за въздействие или разкъсване. Образецът се отстранява и тества за удар или фрактура, всичко без повреди. Тестът се повтаря до температурата на бритонността - най -ниската температура, при която не е открита счупване, беше много близо до 1 ° C.
3. Комплект с ниска температура и ниско температурно втвърдяване
Процедурата за изпитване за набор от нискотемпературни компресии е много близка до тази за стандартен набор от компресиране, с изключение на това, че температурата се контролира от някакъв енергиен метод, като сух лед, течен азот или механични методи, а стойността е в рамките на ± 1 ° C от предварително зададената температура. След възстановяване от приспособлението, образецът също се поставя при предварително зададена ниска температура и се формира до диаметър 29 mm и дебелина 12,5 mm. Наборът за компресия с ниска температура е косвен метод за запечатване на приложения на въпросното съединение. Релаксацията на натиск на напрежението е директният метод и ще бъде обсъден по -късно. Втвърдяването с ниска температура също обикновено се определя с помощта на вулканизиран образец на компресия (29 мм х 12,5 мм), но се тества отново при контрола с ниска температура, което е същата като за комплекта за компресия, а след това отново при същата температура като зададената им температура. Втвърдяването и нискотемпературният комплект за компресия са пряко засегнати от охлаждане, но също така и от тенденцията на полимера да кристализира, като скоростта на кристализация зависи от температурата, напр. Cr кристализира най -бързо около -10 ° C и след това намалява при по -ниски температури, главно поради неподвижността на сегментите на полимерната верига.
4. Втвърдяване с ниска температура на Gehman
ASTM D 1053 описва метода на втвърдяване с ниска температура, както следва: Серия от еластични полимерни образци са прикрепени към проводник с известна торсионна константа, а другият край на жицата е прикрепен към торсионна глава, способна да позволи да се изкриви жицата. Образците се потапят в среда за пренос на топлина при определена температура под нормалната, по това време торсионната глава се усуква до 180 °, а след това образците се усукат от количество (по -малко от 180 °), което зависи от обратната на гъвкавостта и твърдостта на образеца. След това използвайте количеството гониометър, за да определите количеството на усукване на образеца, ъгъла на усукване и твърдостта на гумения материал. Температурата на системата постепенно се повишава в този момент и се получава график на ъгъла на усукване срещу температура. Температурите, при които модулът достига T2, T10 и T100, обикновено се записват като равни на стойността на модула при стайна температура.
5. Изтегляне с ниска температура (TR тест)
Тестът TR се използва за оценка на способността на образец в състояние на опън, когато постоянната деформация на натиск и релаксацията на напрежението на натиск, определена чрез натиск на натиск, се използват за определяне на ниските температурни ефекти. Както е обхванато по -рано, много полимери като NR и PVC ще кристализират при ниски температури, но разтягането също може да кристализира, което води до допълнителни фактори при разглеждане на свойства с ниска температура. За приложения за оценка като окачване на отработените газове под напрежение е много подходящо и често се използва. В този тест образецът се удължава (често с 50% или 100%) и се замразява в удълженото състояние. Образецът се освобождава, по това време температурата се повишава при определена скорост за измерване на възстановяването на образеца, се измерва дължината на свиването и се записва удължението. Температурите, при които образецът се свива с 10%, 30%, 50%и 70%, обикновено се отбелязват като TR10, TR30, TR50 и TR70. TR10 се отнася до температурата на мрачност; TR70 се отнася до постоянната деформация на образеца при компресия с ниска температура; и разликата между TR10 и TR70 се използва за измерване на кристализацията на образеца (колкото по -голяма е разликата, толкова по -голяма е тенденцията за кристализиране).
6. Релаксация на натиск на натиск на натиск (CSR) с ниска температура (CSR)
Тестът на CSR може да се използва за извършване на прогнози за производителността и живота на уплътняващите материали. Когато еластомерно съединение се прилага постоянна деформация, се създава комбинирана сила и способността на материала да поддържа тази сила в определен обхват на околната среда измерва способността му да се запечатва. Както физическите, така и химичните механизми допринасят за релаксация на стреса, въз основа на времето и температурата, един фактор ще доминира, физическата релаксация се наблюдава при ниски температури, веднага след дадено напрежение, което води до пренареждане на веригата и промени в повърхностите на пълнене и пълнителя на пълнителя, а релаксирането на системата за отстраняване на стреса е обратимо. При по-високи температури химическият състав определя скоростта на релаксация, когато физическите процеси вече са малки и химическата релаксация е необратима, което води до счупване на веригата и реакции на кръстосано свързване. Температурното колоездене или внезапното повишаване на температурата може да окаже влияние върху релаксацията на напрежението при еластомери. По време на теста за CSR се поставя тестовия образец
По време на тестването на КСО релаксацията на напрежението се увеличава, когато тестовият образец е подложен на повишени температури. Ако релаксацията на стреса се случи в началото на теста, количеството допълнителна релаксация се увеличава първо и има максимална стойност през първия цикъл. В опъване на голямо тестово парче за получаване на проби от уплътнение (19 -милиметров външен диаметър, вътрешен диаметър 15 мм), с еластично приспособление ще бъде компресиран към образеца до дебелината на стайната им температура от 25%, а при 25 ℃ в тестовата камера на околната среда, температурата при 25 ℃ за поддържане на 24 часа и след това до -20 ℃, поддържана в продължение на 24 часа, последвано от следващата температура между -20 ~ 110 ℃, в продължение на 24 часа, последвано от температурата на следващи Време при тестова температура, тестовата температура, непрекъснато определяне на силата. Измерването на силата се извършва непрекъснато през цялото време на изпитване при тестовата температура.
7. Ефект на съдържанието на етилен
7.1 Съдържанието на етилен има най -голямо влияние върху ниската температурна характеристика на EPDM полимерите. Полимерите със съдържание на етилен, вариращи от 48% до 72%, бяха оценени при висококачествени формулировки за уплътняване. Всички целят да намалят разликата във вискозитета на Mooney чрез въвеждане на ENB в тези различни полимери.
EPDM каучукът е аморфен, ако съотношението на етилен/пропилен е равно и разпределението на двата мономера в полимерната верига е случайно. EPDM с 48% и 54% съдържание на етилен не кристализира при или над стайна температура. Когато съдържанието на етилен достигне 65%, последователностите на етилен започват да се увеличават на броя и дължината и могат да образуват кристали, които се наблюдават в кристализационните пикове на кривите на DSC около 40 ° С. Колкото по -големи са DSC пикове, толкова по -големи са кристалите, които се образуват.
7.2 В допълнение към ефекта на съдържанието на етилен върху свойствата с ниска температура, обсъдени по -късно, размерът на кристалитите влияе върху лекотата на смесване и обработка на съединения, съдържащи кристали. Колкото по -голям е размерът на кристалита, толкова повече работа с топлина и срязване се изисква на етапа на смесване, за да се смеси напълно полимерът с останалите компоненти. Суровата якост на каучук на EPDM съединенията се увеличава с увеличаване на съдържанието на етилен. В уплътняващите формулировки, при които се измерва ефектът на съдържанието на етилен, увеличаването на съдържанието на етилен от 50% на 68% доведе до поне четирикратно увеличение на силата на каучука. Твърдостта на стайната температура също се увеличава с увеличаване на съдържанието на етилен. Брегът Твърдостта на аморфното полимерно лепило е 63 °, докато брега твърдост на полимера с най -високо съдържание на етилен е 79 °. Това се дължи на увеличаването на етилена последователност, увеличаване на кристализацията в лепилото и съответното увеличаване на термопластичните полимери.
7.3 Когато твърдостта се измерва при ниски температури, за разлика от полимерите с високо съдържание на етилен, аморфните полимери показват по -малка промяна в твърдостта, докато промяната в твърдостта на по -високото съдържание на етилен не показва линеен модел и твърдостта остава висока при стайна температура, така че полимерите, съдържащи по -високото съдържание на етилен, продължават да имат най -високата твърдост при ниски температури.
7.4 Комплектът за компресия до голяма степен зависи от температурата на изпитването. Ако се тества при 175 ° С, няма разлика в компресията, зададена между някой от полимерите (наборът се влияе от дизайна на съединението и избора на вулканизация). След топене на етиленовите кристали, полимерът проявява аморфна форма и за да се изследва ефекта на съдържанието на етилен, тестовете се извършват при 23 ° С. Полимерите с по -високо съдържание на етилен очевидно имат по -висока постоянна деформация (повече от два пъти повече), а ефектът от съдържанието на етилен е още по -голям, когато се тества при -20 ° С и -40 ° С. Полимерите с повече от 60% съдържание на етилен имат висока постоянна деформация (> 80%); При -40 ° C само напълно аморфните полимери имат ниска постоянна деформация (17%).
7.5 Ефект на съдържанието на етилен върху ниско температурно втвърдяване от тестовете на Gehman. Като се има предвид температурата, колкото по -висок е ъгълът, толкова по -ниско е увеличаването на твърдостта (или увеличаването на модула). При ниски температури модулът на твърдост се увеличава значително с увеличаване на съдържанието на етилен. За аморфните полимери Т2 е -47 ° С, докато най -високото съдържание на етилен полимер има Т2 само -16 ° С.
7.6tr Измерване на възстановяване на свиване на образци след замразяване на удължаване, съдържанието на етилен има значителен ефект върху метода на изпитване, който отново е подобен на теста на Gehman.
Това е подобно на теста на Gehman. Свиването (%) на различните полимери варира като функция на температурата, като аморфните полимери имат най -голямо възстановяване на свиване при ниски температури; Както беше предвидено, възстановяването се влошава с увеличаване на съдържанието на етилен при дадена температура.
възстановяването се влошава. Стойността на TR10 варира от -53 ° С за аморфни полимери до -28 ° С за полимери с високо съдържание на етилен.
7.7 Цикъл на релаксация на напрежението (CSR)
Цикъл. Компресирайте съединенията, оставете ги да се отпуснат при 25 ° С в продължение на 24 часа и след това ги поставете в цикъл от температури, вариращ от -20 ° С до 110 ° С в продължение на 24 часа. Когато се компресира за първи път, след периода на равновесие, кристалният полимер Е има по -голяма загуба на стрес от аморфния полимер и когато се понижи до -20 ° С, силата на уплътняване на двата полимера намалява, докато аморфният полимер А има високо задържане на стрес (по -висок F/F0). Нагряването на съединението до 110 ° С възстанови силата си за уплътняване и когато се върне обратно до -20 ° С, останалата уплътняваща сила на кристалния полимер е била по -малка от 20% от стойността му, която обикновено се счита за твърде ниска за повечето приложения, като аморфният полимер задържа повече от 50% от силата си на запечатване, и аморфният полимер отново има по -висок възстановяване, отколкото за уплътняващ полимер. Следващият цикъл даде подобни заключения. Ясно е, че аморфните полимери са по -добри за уплътняването на приложения, където се изискват високи и ниски температурни характеристики.
8. Ефект на съдържанието на диолефин
За да се осигури ненаситената точка, необходима за вулканизация, не конюгирани диолефини като ENB, HX и DCPD се добавят към етилен пропиленови полимери. Една двойна връзка реагира в полимерната матрица, докато втората действа като допълнение към полимеризираната молекулна верига и осигурява точката на вулканизация за серна жълта вулканизация. Ефектът на ENB се оценява в профилите на предното стъкло (дъжд). Сравнени са полимери, съдържащи 2%, 6% и 8% ENB. Добавянето на ENB оказва значително влияние върху характеристиките на вулканизация и плътността на кръстосаната връзка. Модулът се увеличава, докато удължаването намалява значително. Твърдостта се увеличи и компресирането се подобри по време на повишаване на температурата. С увеличаването на съдържанието на ENB, времето за омагьосване става по -кратко.
ENB е аморфен материал и когато се добави към гръбнака на полимера, той нарушава кристализацията на етиленовата част на полимера, така че да могат да се получат полимери със същото съдържание на етилен и по-високото съдържание на ENB подобрява нискотемпературните свойства. При стайна температура по -високото съдържание на ENB леко подобрява набора от компресия поради подобрената плътност на кръстосаната връзка. Въпреки това, при ниски температури, компресионният набор от полимери с по -високо съдържание на ENB е значително по -добър от този на полимерите с 2% съдържание на ENB. Ефектът на съдържанието на ENB върху температурата на бритлеността, привличането на температурата и теста на Геман не показа значителна разлика в температурата на бритота между полимерите като цяло, а за теста на Gehman и TR теста, всеки полимер показа подобрение на нискотемпературните свойства с увеличаване на съдържанието на ENB.
9. Ефект на вискозитета на Mooney върху свойствата с ниска температура
Добре известно е, че вискозитетът на Mooney (молекулна маса) оказва значително влияние върху поведението на обработката на еластомерите. При приложения за екструдиране и формоване в приложения за екструдиране и формоване е важно да изберете съединение с подходяща стойност на вискозитета на Mooney. Използвайки същата формулировка, която се използва за изследване на ефекта на третия мономер, ENB, върху нискотемпературните свойства за изследване на вискозитета на Mooney, полимерите с вискозитетите на Mooney от 30, 60 и 80 бяха сравнени, а вискозитетът на Mooney се увеличава. Якостта на опън, модулът и якостта на суровия каучук се увеличават с увеличаване на вискозитета на Mooney. Ефектът на вискозитета на Mooney върху свойствата на ниската температура на EPDM не е значителен. Въпреки това, постоянната деформация на компресията при стайна температура, -20 ° С и -40 ° С се увеличава с увеличаване на молекулната маса. Въпреки това, компресията, зададена при стайна температура, -20 ° С и -40 ° С, не се променя значително с увеличаване на молекулната маса, докато компресията, зададена при повишени температури (175 ° С), показва някои промени за по -високите вискозности на Mooney на лепенките EPDM.
10. Заключение
Съдържанието на етилен и диолефин оказва значително влияние върху работата на EPDM еластомери в приложения с ниска температура, като полимерите с ниско съдържание на етилен се представят добре и полимери с високо съдържание на диолефин, което се подобрява поради нарушената кристализация на етиленната част на полимера. Трябва да се използват полимери с ниско съдържание на етилен, когато ниските температурни характеристики са ограничение.
