A cuntrariu di i termoplastici, l'elastomeri sò tipicamente usati in una larga gamma di temperature è significativamente sopra a so temperatura di transizione vetru (Tg). I vantaghji di l'elastomers nantu à i termoplastici sò a so capacità di ricuperà quasi cumpletamente da u statu di tensione (elasticità alta), è ancu a so elasticità generalizata, a durezza bassa è a pruprietà di u modulu bassu. Quandu l'elastomeri sò usati sottu à a temperatura di l'ambienti, mostranu un aumentu di a durezza, un aumentu di u modulu è una diminuzione di l'elasticità. Quandu l'elastomeri sò usati sottu à a temperatura di l'ambienti, ci hè una tendenza per a durezza per aumentà, u modulu per aumentà, l'elasticità per diminuisce (bassa tensione) è a compressione per aumentà. Sicondu u prublema cù l'elastomeru, dui fenomeni ponu accade à u stessu tempu - indurimentu di vetru è cristallizazione parziale - CR, EPDM, NR sò alcuni esempi di elastomeri chì mostranu cristallizazione.
1. Panoramica di teste bassu temperature
A fragilità, a deformazione permanente di compressione, a retrazione, l'indurimentu è l'indurimentu criogenicu sò stati utilizati per parechji anni per caratterizà e proprietà di polimeru à bassa temperatura. A rilassazione di u stress compressive hè relativamente novu è si cuncentra à a determinazione di a forza di sigillatura di un materiale per un periudu di tempu in diverse cundizioni ambientali.
2. Temperature Brittleness
ASTM D 2137 definisce a temperatura di fragilità cum'è a temperatura più bassu à a quale a gomma vulcanizzata ùn mostra micca frattura o rupture in cundizioni d'impattu specificate. Cinque specimens di gomma di forma predeterminata sò preparati, posti in una camera o un mediu liquidu, sottumessi à una temperatura stabilita per 3±0.5min, è dopu datu una velocità d'impattu di 2.0±0.2m / s. I specimens sò eliminati è sottumessi à una prova d'impattu o di rupture. U specimenu hè eliminatu è pruvatu per impattu o frattura, tuttu senza danni. A prova hè stata ripetuta finu à a temperatura di fragilità - a temperatura più bassu à a quale ùn hè micca truvatu frattura era assai vicinu à 1 ° C.
3. Low Temperature Cumpressione Set è Low Temperature Hardening
A prucedura di prova per un set di compressione à bassa temperatura hè assai vicinu à quella per un set di compressione standard, salvu chì a temperatura hè cuntrullata da qualchì metudu energeticu, cum'è ghiaccio seccu, nitrogenu liquidu, o metudi meccanichi, è u valore hè in ± 1 ° C di a temperatura predeterminata. Dopu a ricuperazione da l'attrezzatura, u specimenu hè ancu postu à a temperatura bassa predeterminata è modellatu à un diametru di 29 mm è un grossu di 12,5 mm. U set di compressione à bassa temperatura hè un metudu indirettu per l'applicazioni di sigillatura di u compostu in quistione. A rilassazione di l'estressi cumpressivu hè u metudu direttu è serà discutitu dopu. L'indurimentu di a bassa temperatura hè ancu di solitu determinatu utilizendu un specimenu di cumpressione vulcanizatu (29mm x 12.5mm), ma ri-testatu à un cuntrollu di temperatura bassu, chì hè u listessu cum'è quellu per set di compressione, è poi torna à a stessa temperatura di a so temperatura stabilita. L'indurimentu è a compressione di a bassa temperatura sò direttamente affettate da u rinfrescante, ma ancu da a tendenza di u polimeru à cristallizà, cù a rata di cristallizazione dipende da a temperatura, per esempiu, CR cristallizza più veloce attornu à -10 ° C, è poi diminuisce à temperature più basse, principalmente per via di l'immobilità di i segmenti di a catena polimerica (i catene molecolari congelate).
4. Gehman Low Temperature Hardening
L'ASTM D 1053 descrive u metudu di indurimentu à bassa temperatura cum'è seguente: una seria di specimens di polimeru elasticu sò fissati à un filu cù una constante torsionale cunnisciuta, è l'altra estremità di u filu hè attaccata à una testa di torsione capace di permette à u filu per esse torcia. I specimens sò immersi in un mediu di trasferimentu di calore à una temperatura specifica sottu à u normale, à quale tempu a testa di torsione hè torciata da 180 °, è dopu i specimens sò torciati da una quantità (menu di 180 °) chì dipende da l'inversu di a flessibilità è a rigidità di u specimen. Allora utilizate a quantità di goniometru per determinà a quantità di torsione di specimen, l'angolo di torsione è a durezza di u materiale di gomma. A temperatura di u sistema hè aumentata gradualmente à questu puntu, è una trama di l'angolo di torsione contru a temperatura hè ottenuta. E temperature à quale u modulu righjunghji T2, T10 è T100 sò generalmente registrate cum'è u valore di u modulu à a temperatura di l'ambienti.
5. Retrazione à bassa temperatura (TR Test)
A prova TR hè aduprata per valutà l'abilità di un specimen in u statu di trazione quandu a deformazione permanente di compressione è a rilassazione di u stress cumpressivu determinata da u stress compressiu sò aduprate per determinà l'effetti di a bassa temperatura. Cum'è cupertu prima, parechji polimeri cum'è NR è PVC cristallizzaranu à bassu temperatura, ma l'allungamentu pò ancu cristallizà, purtendu à fatturi supplementari quandu fighjenu e proprietà di bassa temperatura. Per l'applicazioni di valutazione cum'è a sospensione di scarico, TR sottu tensione hè assai appruvata è spessu usata. In questa prova, u specimenu hè allungatu (spessu da 50% o 100%) è congelatu in u statu allungatu. U specimenu hè liberatu, à quale tempu a temperatura hè elevata à un ritmu determinatu per misurà a ricuperazione di u specimenu, a durata di u shrinkage hè misurata è l'allungamentu hè registratu. A temperatura à quale u specimenu si riduce da 10%, 30%, 50% è 70% sò generalmente nutate cum'è TR10, TR30, TR50 è TR70. TR10 riguarda a temperatura di fragilità; TR70 riguarda a deformazione permanente di u specimenu in compressione à bassa temperatura; è a diffarenza trà TR10 è TR70 hè aduprata per misurà a cristallizazione di u specimenu (più grande a diferenza, più grande a tendenza à cristallizà).
6 . Relaxazione di Stress Compressiva à Bassa Temperatura (CSR)
A prova CSR pò esse usata per fà predizioni nantu à u rendiment è a vita di i materiali di sigillatura. Quandu un compostu elastomericu hè datu una deformazione constante, una forza cumminata hè creata, è a capacità di u materiale per mantene sta forza in un certu intervallu ambientale misura a so capacità di sigillà. Tramindui i meccanismi fisichi è chimichi cuntribuiscenu à a rilassazione di u stress, basatu annantu à u tempu è a temperatura, un fattore duminerà, a rilassazione fisica hè osservata à basse temperature, subitu dopu à un stress determinatu, chì porta à un riarrangiamentu di a catena è cambiamenti in a superficia di gomma-filler è filler-filler, è a rilassazione di u sistema di rimozione di stress hè reversibile. À a temperatura più altu, a cumpusizioni chimica determina u ritmu di rilassazione, quandu i prucessi fisichi sò digià chjuchi è a rilassazione chimica hè irreversibile, chì porta à a rottura di a catena è a reazzione di cross-linking. U ciculu di a temperatura o l'aumentu bruscu di a temperatura pò avè un effettu nantu à a rilassazione di u stress in elastomeri. Durante a prova CSR, u specimenu di prova hè piazzatu
Durante a prova CSR, a rilassazione di stress hè aumentata quandu u specimenu di prova hè sottumessu à temperature elevate. Se a rilassazione di l'estressi si trova prima di a prova, a quantità di rilassamentu supplementu aumenta prima è hà un valore massimu durante u primu ciculu. In un grande pezzu di prova di trazione per pruduce campioni di guarnizione (19 mm di diametru esterno, diametru internu di 15 mm), cù un attellu elasticu sarà cumpressu à u specimenu à u so spessore di a temperatura di l'ambienti di 25%, è à 25 ℃ in a camera di prova ambientale, a temperatura à 25 ℃ per mantene 24h, è poi mantenuta per 24h, è dopu mantenuta da 2 ℃ à -20 h a prossima temperatura trà -20 ~ 110 ℃ ciclu di 24h, tuttu u tempu di prova à a temperatura di prova, a temperatura di prova, determinazione di forza cuntinuu. A misura di forza hè realizata in continuu durante u tempu di prova à a temperatura di prova.
7. Effettu di u cuntenutu di etilene
7.1 U cuntenutu di l'etilene hà u più grande impattu nantu à u rendiment di a bassa temperatura di i polimeri EPDM. Polimeri cun cuntenutu di etilene chì varieghja da 48% à 72% sò stati valutati sottu formulazioni di sigillatura di alta qualità. Tuttu u scopu di riduce a variazione di a viscosità mooney introducendu ENB in questi diversi polimeri.
A gomma EPDM hè amorfa se u rapportu etilenu / propilenu hè uguali è a distribuzione di i dui monomeri in a catena polimerica hè aleatoria. L'EPDM cù u 48% è u 54% di u cuntenutu di etilene ùn si cristallizza micca à a temperatura di l'ambienti o sopra. Quandu u cuntenutu di etilene righjunghji u 65%, e sequenze d'etilene cumincianu à aumentà in numeru è longu è ponu formate cristalli, chì sò osservati in i cimi di cristallizazione nantu à e curve DSC intornu à 40 ° C. U più grande i picchi DSC, più grande i cristalli chì formanu.
7.2 In più di l'effettu di u cuntenutu di etilene nantu à e proprietà di temperatura bassu discutitu dopu, a dimensione di cristalli afecta a facilità di mischjà è di trasfurmazioni di composti chì cuntenenu cristalli. A più grande hè a dimensione di cristalli, u più calore è u travagliu di cisura hè necessariu in u stadiu di mischju per mischjà u polimeru cù l'altri cumpunenti. A forza di gomma cruda di i composti EPDM aumenta cù l'aumentu di u cuntenutu di etilene. In formulazioni di sigillatura induve l'effettu di u cuntenutu di etilene hè statu misuratu, un aumentu di u cuntenutu di etilene da u 50% à u 68% hà risultatu almenu quattru volte in a forza di a gomma. A durezza di a temperatura di l'ambienti aumenta ancu cù l'aumentu di u cuntenutu di etilene. A durezza Shore A di l'adesivu di polimeru amorfu hè 63 °, mentre chì a durezza Shore A di u polimeru cù u più altu cuntenutu di etilene hè 79 °. Questu hè duvuta à l'aumentu di a sequenza di etilene, l'aumentu di a cristallizazione in l'adesivu, è l'aumentu currispundente di polimeri termoplastici.
7.3 Quandu a durezza hè misurata à basse temperature, in cuntrastu cù i polimeri cù un altu cuntenutu di etilene, i polimeri amorfi mostranu menu cambiamentu di durezza, mentre chì u cambiamentu di durezza di u cuntenutu di etilene più altu ùn mostra micca un mudellu lineale è a durezza ferma alta à a temperatura di l'ambienti, cusì chì i polimeri chì cuntenenu u cuntenutu di etilene più altu cuntinueghjanu à avè a temperatura più alta.
7.4 U set di cumpressione dipende largamente da a temperatura di prova. Sè pruvatu à 175 ° C, ùn ci hè micca una diffarenza in cumpressione set trà qualcunu di i polimeri (set hè influinzatu da u disignu di u compostu è a scelta di u sistema di vulcanizazione). Dopu a fusione di i cristalli d'etilene, u polimeru mostra una forma amorfa, è per esaminà l'effettu di u cuntenutu di etilene, i testi sò stati fatti à 23 ° C. I polimeri cù un cuntenutu di etilenu più altu chjaramente anu una deformazione permanente più altu (più di duie volte), è l'effettu di u cuntenutu di etilene hè ancu più grande quandu hè pruvatu à -20 ° C è -40 ° C. I polimeri cù più di 60% di cuntenutu di etilene anu una alta deformazione permanente (> 80%); à -40 ° C, solu i polimeri cumpletamente amorfi anu una deformazione permanente bassa (17%).
7.5 Effettu di u cuntenutu di etilene nantu à l'indurimentu di a temperatura bassa da i testi di Gehman. Data una temperatura, u più altu u cantonu, u più bassu l'aumentu di a rigidità (o aumentu di u modulu). À basse temperature, u modulu di rigidità aumenta significativamente cù l'aumentu di u cuntenutu di etilene. Per i polimeri amorfi, u T2 hè -47 ° C, mentri u polimeru di più altu cuntenutu di etilenu hà un T2 di solu -16 ° C.
7.6TR Measuring shrinkage recovery of specimens after extension freezing, u cuntenutu di etilene hà un effettu significativu nantu à u metudu di prova, chì hè torna simile à a prova di Gehman.
Questu hè simili à a prova di Gehman. U shrinkage (%) di i diversi polimeri varieghja in funzione di a temperatura, cù i polimeri amorfi chì anu a più alta ricuperazione di shrinkage à bassu temperature; in ogni modu, cum'è previstu, a ricuperazione deteriorates cum'è u cuntenutu di etilene aumenta à una determinata temperatura.
a ricuperazione si deteriora. U valore di TR10 varieghja da -53 ° C per i polimeri amorfi à -28 ° C per i polimeri cù un altu cuntenutu di etilene.
7.7 Ciclu di rilassazione di u stress compressive (CSR).
Ciclu. Cumpressà i cumposti, permettenu di rilassate à 25 ° C per 24 h, è poi mette in un ciculu di temperatura chì varieghja da -20 ° C à 110 ° C intermittenti per 24 h. Quandu cumpressu per a prima volta, dopu à u periodu di equilibriu, u polimeru cristalinu E hà una perdita di stress più altu ch'è u polimeru amorfu, è quandu si cala à -20 ° C a forza di sigillatura di i dui polimeri diminuisce, mentre chì u polimeru amorfu A hà una alta retenzioni di stress (più altu F / F0). Riscaldamentu di u compostu à 110 ° C hà ristabilitu a so forza di sigillatura, è quandu si rimette à -20 ° C, a forza di sigillatura restante di u polimeru cristalinu era menu di u 20% di u so valore, chì hè generalmente cunsideratu troppu bassu per a maiò parte di l'applicazioni, cù u polimeru amorfu chì conserva più di u 50% di a so forza di sigillatura, è dinò u polimeru amorfu più altu di u polimeru amorfu. U ciculu dopu hà datu cunclusioni simili. Hè chjaru chì i polimeri amorfi sò superiori per l'applicazioni di sigillatura induve hè necessariu un rendimentu di temperatura alta è bassa.
8. Effettu di u cuntenutu di Diolefin
Per furnisce u puntu insaturatu necessariu per a vulcanizazione, i diolefine non-conjugated cum'è ENB, HX è DCPD sò aghjuntu à i polimeri di propilenu di etilene. Un ligame doppiu reagisce in a matrice di polimeru, mentre chì u sicondu agisce cum'è un cumplementu à a catena moleculare polimerizata è furnisce u puntu di vulcanizazione per a vulcanizazione gialla di sulfuru. L'effettu di l'ENB hè statu evaluatu in i profili di barra di parabrisa (pioggia). Polymers chì cuntenenu 2%, 6% è 8% ENB sò stati paragunati. L'aghjuntu di ENB hà avutu un effettu significativu nantu à e caratteristiche di vulcanizazione è a densità di reticulazione. U modulu aumentava mentre l'allungamentu diminuì significativamente. A durezza hà aumentatu è u settore di compressione hà migliuratu durante l'aumentu di a temperatura. Quandu u cuntenutu ENB aumenta, u tempu di carbonizazione diventa più corta.
L'ENB hè un materiale amorfu, è quandu aghjunghje à a spina di polimeru, disturba a cristallizazione di a parte di l'etilene di u polimeru, per quessa chì i polimeri cù u listessu cuntenutu di etilene ponu esse acquistati, è u cuntenutu più altu di ENB migliurà e proprietà di a bassa temperatura. À a temperatura di l'ambienti, u cuntenutu ENB più altu migliurà ligeramente a cumpressione stabilita per via di a densità di crosslink mejorata. Tuttavia, a bassa temperatura, u settore di cumpressione di i polimeri cun cuntenutu ENB più altu hè significativamente megliu cà quellu di i polimeri cun 2% di cuntenutu ENB. L'effettu di u cuntenutu ENB nantu à a temperatura di fragilità, a retrazione di a temperatura, è a prova di Gehman ùn anu micca mostratu alcuna differenza significativa in a temperatura di fragilità trà i polimeri in generale, è per a prova di Gehman è a prova TR, ogni polimeru hà mostratu una migliione di e proprietà di bassa temperatura cù u cuntenutu di ENB crescente.
9. Effettu di mooney Viscosità nant'à Pruprietà Low Temperature
Hè ben cunnisciutu chì a viscosità mooney (massa moleculare) hà un effettu significativu nantu à u cumpurtamentu di trasfurmazioni di elastomeri. In l'applicazioni di estrusione è di mudificazione In l'applicazioni di estrusione è di mudificazione, hè impurtante selezziunà un compostu cù un valore di viscosità Mooney adattatu. Utilizendu a listessa formulazione chì hè stata aduprata per studià l'effettu di u terzu monomeru, ENB, nantu à e proprietà di bassu temperatura per esaminà a viscosità Mooney, i polimeri cù viscosità Mooney di 30, 60 è 80 sò stati paragunati, è a viscosità Mooney di i cumposti cresce cum'è a viscosità Mooney di i polimeri utilizati aumentava. A forza di trazione, u modulu è a forza di gomma cruda anu aumentatu cù l'aumentu di a viscosità Mooney. L'effettu di a viscosità di Mooney nantu à e proprietà di bassa temperatura di l'EPDM ùn era micca significativu. Tuttavia, a deformazione permanente di compressione à a temperatura di l'ambienti, -20 ° C è -40 ° C aumenta cù a massa moleculare crescente. Tuttavia, a compressione stabilita à a temperatura di l'ambienti, -20 ° C è -40 ° C ùn hà micca cambiatu significativamente cù l'aumentu di a massa moleculare, mentre chì a compressione stabilita à temperature elevate (175 ° C) hà mostratu alcuni cambiamenti per e viscosità mooney più elevate di l'adesivi EPDM.
10. Cunclusioni
U cuntenutu di etilene è diolefina hà un effettu significativu nantu à a prestazione di elastomeri EPDM in applicazioni di bassa temperatura, cù polimeri cù un cuntenutu bassu di etilefinu chì facenu bè è polimeri cù un altu cuntenutu di diolefine chì si migliurà per via di a cristallizazione disrupta di a parte di etilene di u polimeru. I polimeri di pocu cuntenutu di etilenu devenu esse usatu quandu u rendiment à bassa temperatura hè una limitazione.
