Na rozdíl od termoplastů se elastomery obvykle používají v širokém rozsahu teplot a výrazně nad jejich skelnou teplotou přechodu (TG). Výhodou elastomerů oproti termoplastům jsou jejich schopnost zotavit se téměř úplně z tahového stavu (vysoká elasticita), jakož i z jejich zobecněné elasticity, nízké tvrdosti a vlastností nízkých modulů. Když jsou elastomery používány pod teplotou místnosti, vykazují zvýšení tvrdosti, zvýšení modulu a snížení elasticity. Když jsou elastomery používány pod teplotou místnosti, existuje tendence k zvýšení tvrdosti, modul ke zvýšení, elasticita ke snížení (nízká tahož) a ke zvýšení komprese. V závislosti na problému s elastomerem se mohou objevit dva jevy současně - kalení skla a částečná krystalizace - CR, EPDM, NR jsou některé příklady elastomerů, které vykazují krystalizaci.
1. Přehled testování nízké teploty
Po mnoho let se používá křehkost, kompresní permanentní deformace, zatažení, kalení a kryogenní kalení, aby se charakterizovaly polymerní vlastnosti při nízkých teplotách. Relaxace napětí na stresu je relativně nová a zaměřuje se na stanovení těsnicí síly materiálu po dobu za různých podmínek prostředí.
2. teplota křehkosti
ASTM D 2137 definuje teplotu křehkosti jako nejnižší teplotu, při které vulkanizovaná guma nevykazuje zlomeninu nebo prasknutí za stanovených podmínek nárazu. Pět gumových vzorků předem stanoveného tvaru je připraveno, umístěné v komoře nebo kapalném médiu, podrobeno nastavené teplotě po dobu 3 ± 0,5 minuty a poté vzhledem k rychlosti nárazu 2,0 ± 0,2 m/s. Vzorky jsou odstraněny a podrobeny testu dopadu nebo prasknutí. Vzorek je odstraněn a testován na dopad nebo zlomeninu, to vše bez poškození. Test se opakoval až na teplotu křehkosti - nejnižší teplota, při které nebyla nalezena žádná zlomenina, byla velmi blízká 1 ° C.
3. sada komprese nízké teploty a kalení nízké teploty
Zkušební postup pro sadu komprese s nízkou teplotou je velmi blízký pro standardní kompresní sadu, kromě toho, že teplota je řízena nějakou energetickou metodou, jako je suchý led, kapalný dusík nebo mechanické metody, a hodnota je v rámci ± 1 ° C přednastavené teploty. Po zotavení ze příslušenství je vzorek také umístěn v přednastavené nízké teplotě a formován na průměr 29 mm a tloušťku 12,5 mm. Nízkoteplotní kompresní sada je nepřímou metodou pro utěsnění aplikací dotyčné sloučeniny. Relaxace stresu na stresu je přímá metoda a bude diskutována později. Kalení nízké teploty se také obvykle stanoví pomocí vzoru vulkanizované kompresní sady (29 mm x 12,5 mm), ale znovu testováno při nízké teplotě, což je stejné jako pro soupravu komprese, a poté znovu při stejné teplotě jako jejich nastavená teplota. Kalení a kompresní sada s nízkou teplotou jsou přímo ovlivněny chlazením, ale také tendencí polymeru krystalizovat, s rychlostí krystalizace v závislosti na teplotě, např. Cr krystalizuje nejrychleji kolem -10 ° C a poté se snižuje při nižších teplotách, hlavně kvůli imobilitě segmentu polymerního řetězce (molekulární řezací řetězce).
4. Gehman nízké teploty
ASTM D 1053 popisuje metodu nízkoteplotního kalení následovně: řada elastických polymerních vzorků je pevně připojena k drátu se známou torzní konstantou a druhý konec drátu je připojen k torzní hlavě schopné kroucenému drátu. Vzorky jsou ponořeny do média přenosu tepla při specifické teplotě pod normální, v té době je torzní hlava zkroucena o 180 °, a poté jsou vzorky zkrouceny množstvím (méně než 180 °), která je závislá na inverzi flexibility a tuhosti vzorku. Poté použijte množství goniometru k určení množství otočení vzorku, úhlu zvratu a tvrdosti gumového materiálu. V tomto bodě se teplota systému postupně zvyšuje a získá se graf úhlu zvratu proti teplotě. Teploty, při kterých modul dosahuje T2, T10 a T100, jsou obvykle zaznamenány jako rovna hodnotě modulu při teplotě místnosti.
5. Retakce nízké teploty (test TR)
TR test se používá k vyhodnocení schopnosti vzorku v tahovém stavu, když se k určení účinku nízkých teplot používá relaxaci permanentní deformace a relaxace stresu určená kompresním napětím. Jak bylo uvedeno dříve, mnoho polymerů jako NR a PVC bude krystalizovat při nízkých teplotách, ale protahování může také krystalizovat, což povede k dalším faktorům při pohledu na nízkoteplotní vlastnosti. Pro hodnocení aplikací, jako je suspenze výfukových plynů, je TR pod napětím velmi vhodné a často se používá. V tomto testu je vzorek protáhl (často o 50% nebo 100%) a zmrazen v prodlouženém stavu. Vzorek se uvolňuje, kdy je teplota zvýšena při určené rychlosti pro měření zotavení vzorku, měřena délka smrštění a zaznamená se prodloužení. Teploty, při kterých se vzorek zmenšuje o 10%, 30%, 50%a 70%, jsou obvykle zaznamenány jako TR10, TR30, TR50 a TR70. TR10 se týká teploty křehkosti; TR70 se týká trvalé deformace vzorku při kompresi s nízkou teplotou; a rozdíl mezi TR10 a TR70 se používá k měření krystalizace vzorku (čím větší je rozdíl, tím větší je tendence krystalizovat).
6. Relaxace napětí na stresu nízké teploty (CSR)
Test CSR lze použít k předpovědi o výkonu a životnosti těsnicích materiálů. Když je elastomerní sloučenina podána konstantní deformace, vytvoří se kombinovaná síla a schopnost materiálu udržovat tuto sílu v určitém rozsahu prostředí měří svou schopnost utěsnit. Fyzikální i chemické mechanismy přispívají k relaxaci stresu na základě času a teploty, bude dominovat jeden faktor, fyzická relaxace je pozorována při nízkých teplotách, okamžitě po daném napětí, což vede k přeskupení řetězu a změnám v povrchu gumové plnění a výplňových povrchů a relaxaci systému odstraňování napětí je reverzibilní. Při vyšších teplotách určuje chemické složení rychlost relaxace, kdy jsou fyzikální procesy již malé a chemická relaxace je nevratná, což vede k zlomení řetězce a zesíťovací reakce. Cyklování teploty nebo náhlé zvýšení teploty může mít vliv na relaxaci stresu v elastomerech. Během testu CSR je zkušební vzorek umístěn
Během testování CSR se zvyšuje relaxace napětí, když je testovací vzorek vystaven zvýšeným teplotám. Pokud napětí napětí dojde na začátku testu, množství další relaxace se zvětšuje nejprve a má maximální hodnotu během prvního cyklu. 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, the Celá doba testu při testovací teplotě, testovací teplotě, stanovení kontinuální síly. Měření síly se provádí nepřetržitě po celou dobu zkoušky při testovací teplotě.
7. Vliv obsahu ethylenu
7.1 Obsah ethylenu má největší dopad na výkon EPDM polymerů s nízkou teplotou. Polymery s obsahem ethylenu v rozmezí od 48% do 72% byly hodnoceny při vysoce kvalitních těsnicích formulacích. Cílem je snížit změnu viskozity Mooney zavedením ENB do těchto různých polymerů.
EPDM guma je amorfní, pokud je poměr ethylen/propylenu stejný a distribuce dvou monomerů v polymerním řetězci je náhodná. EPDM s 48% a 54% obsahem ethylenu nekrystalizuje při teplotě místnosti nebo nad pokojovou teplotou. Když obsah ethylenu dosáhne 65%, ethylenové sekvence se začínají zvyšovat v počtu a délce a mohou tvořit krystaly, které jsou pozorovány v krystalizačních písech na křivkách DSC kolem 40 ° C. Čím větší jsou DSC vrcholy, tím větší jsou krystaly, které se tvoří.
7.2 Kromě vlivu obsahu ethylenu na vlastnosti nízké teploty diskutované později ovlivňuje velikost krystalitu snadnost míchání a zpracování sloučenin obsahujících krystaly. Čím větší je velikost krystalitu, tím více tepla a smykových prací je ve fázi míchání vyžadováno, aby se polymer s ostatními komponenty plně mísil. Síla surové kaučuky sloučenin EPDM se zvyšuje se zvyšujícím se obsahem ethylenu. U těsnicích formulací, kde byl měřen účinek obsahu ethylenu, mělo zvýšení obsahu ethylenu z 50% na 68% přinejmenším čtyřnásobné zvýšení síly gumy. Tvrdost pokojové teploty se také zvyšuje se zvyšujícím se obsahem ethylenu. Shore tvrdost amorfního polymerního lepidla je 63 °, zatímco pobřeží tvrdost polymeru s nejvyšším obsahem ethylenu je 79 °. To je způsobeno zvýšením ethylenové sekvence, zvýšením krystalizace v adhezivu a odpovídajícím zvýšením termoplastických polymerů.
7.3 Když je tvrdost měřena při nízkých teplotách, na rozdíl od polymerů s vysokým obsahem ethylenu, amorfní polymery vykazují menší změnu tvrdosti, zatímco změna tvrdosti vyššího obsahu ethylenu nejedná o lineárním vzoru a tvrdost zůstává při pokojové teplotě, takže polymery obsahují vyšší obsah ethylenu při nejvyšší tvrdosti při nejvyšších teplotách.
7.4 Kompresní sada je do značné míry závislá na testovací teplotě. Pokud je testován při 175 ° C, není žádný rozdíl v kompresní sadě mezi žádným z polymerů (sada je ovlivněna návrhem sloučeniny a výběrem vulkanizačního systému). Po tání ethylenových krystalů vykazuje polymer amorfní formu a za účelem prozkoumání účinku obsahu ethylenu byly testy provedeny při 23 ° C. Polymery s vyšším obsahem ethylenu mají zjevně vyšší trvalou deformaci (více než dvakrát více) a účinek obsahu ethylenu je ještě větší, když je testován při -20 ° C a -40 ° C. Polymery s více než 60% obsahem ethylenu mají vysokou trvalou deformaci (> 80%); Při -40 ° C mají pouze plně amorfní polymery nízkou trvalou deformaci (17%).
7.5 Vliv obsahu ethylenu na kalení nízké teploty z testů Gehman. Vzhledem k teplotě, čím vyšší je roh, tím nižší je zvýšení tuhosti (nebo zvýšení modulu). Při nízkých teplotách se modul tuhosti významně zvyšuje se zvyšujícím se obsahem ethylenu. U amorfních polymerů je T2 -47 ° C, zatímco polymer nejvyššího obsahu ethylenu má T2 pouze -16 ° C.
7,6tr měření smršťování zotavení vzorků po zmrazení prodloužení má obsah ethylenu významný vliv na testovací metodu, která je opět podobná gehmanskému testu.
To je podobné gehmanskému testu. Shrinkage (%) různých polymerů se liší v závislosti na teplotě, přičemž amorfní polymery mají nejvyšší zotavení smrštění při nízkých teplotách; Jak se však předpovídalo, zotavení se zhoršuje, když se obsah ethylenu zvyšuje při dané teplotě.
zotavení se zhoršuje. Hodnota TR10 se pohybuje od -53 ° C pro amorfní polymery do -28 ° C pro polymery s vysokým obsahem ethylenu.
7.7 Cyklus relaxačního stresu (CSR)
Cyklus. Komprimujte sloučeniny, nechte je relaxovat při 25 ° C po dobu 24 hodin a poté je v cyklu teplot v rozmezí od -20 ° C do 110 ° C přerušovaně po dobu 24 hodin. Když je poprvé komprimován, po ekvilibrační periodě má krystalický polymer E vyšší ztrátu stresu než amorfní polymer a když se sníží na -20 ° C, těsnicí síla obou polymerů se snižuje, zatímco amorfní polymer A má vysokou retenci stresu (vyšší F/f0). Vytápění sloučeniny na 110 ° C obnovilo svou těsnicí sílu, a když byla přivedena zpět na -20 ° C, zbývající těsnicí síla krystalického polymeru byla menší než 20% jeho hodnoty, která je obecně považována za příliš nízkou pro většinu aplikací, přičemž amorfní polymer si udržuje více než 50% jeho těsnicí síly, a amorfní polymer znovu a amorfní polymer. Další cyklus přinesl podobné závěry. Je zřejmé, že amorfní polymery jsou lepší pro utěsňovací aplikace, kde je vyžadován vysoký a nízký teplotní výkon.
8. Vliv obsahu diolefinu
K zajištění nenasyceného bodu potřebného pro vulkanizaci se do ethylenpyylenových polymerů přidávají nekonjugované diolefiny, jako jsou ENB, HX a DCPD. Jedna dvojitá vazba reaguje v polymerní matrici, zatímco druhá působí jako doplněk k polymerizovanému molekulárnímu řetězci a poskytuje vulkanizační bod pro žlutou vulkanizaci síry. Účinek ENB byl vyhodnocen v profilech baru s čelním sklem (deště). Byly porovnány polymery obsahující 2%, 6% a 8% ENB. Přidání ENB mělo významný vliv na vulkanizační charakteristiky a hustotu zesítění. Modulus se zvýšil, zatímco prodloužení se výrazně snížilo. Tvrdost se zvyšovala a kompresní sada se během zvýšení teploty zlepšila. Jak se obsah ENB zvyšuje, doba spálení se zkracuje.
ENB je amorfní materiál, a když je přidán k polymernímu páteři, narušuje krystalizaci ethylenové části polymeru, takže polymery se stejným obsahem ethylenu lze získat a vyšší obsah ENB zlepšuje vlastnosti s nízkou teplotou. Při teplotě místnosti vyšší obsah ENB mírně zlepšuje kompresní sadu v důsledku zlepšené hustoty zesítění. Při nízkých teplotách je však kompresní sada polymerů s vyšším obsahem ENB výrazně lepší než u polymerů s 2% obsahem ENB. Vliv obsahu ENB na teplotu křehkosti, teplotní zatažení a Gehmanův test neprokázali žádný významný rozdíl v teplotě křehkosti mezi polymery obecně a na Gehmanův test a test TR vykazoval zlepšení vlastností s nízkou teplotou se zvyšujícím se obsahem ENB.
9. Vliv viskozity Mooney na vlastnosti nízké teploty
Je dobře známo, že mooney viskozita (molekulární hmota) má významný vliv na zpracování elastomerů. Při aplikacích pro vytlačování a formování v aplikacích pro vytlačování a formování je důležité vybrat sloučeninu s vhodnou hodnotou viskozity Mooney. Použití stejné formulace, která byla použita ke zkoumání účinku třetího monomeru, ENB, na nízkoteplotní vlastnosti pro zkoumání viskozity Mooney, polymery s viskozitou Mooney se zvýšily a mooney viskozita sloučenin se zvýšila, když se mooney viskozita použitých polymerů zvýšila. Pevnost v tahu, modul a síla surové kaučuku se zvýšila se zvyšující se viskozitou Mooney. Vliv viskozity Mooney na nízké teploty EPDM nebyl významný. Trvalá deformace komprese při teplotě místnosti, -20 ° C a -40 ° C se zvyšuje se zvyšující se molekulární hmotou. Komprese nastavená při teplotě místnosti, -20 ° C a -40 ° C se však významně nezměnila se zvyšující se molekulární hmotou, zatímco komprese nastavená při zvýšených teplotách (175 ° C) vykazovala určité změny pro vyšší viskozitu money epdm adheziv.
10. Závěr
Obsah ethylenu a diolefinu má významný vliv na výkon EPDM elastomerů v aplikacích s nízkými teplotami, přičemž polymery s nízkým obsahem ethylenu fungují dobře a polymery s vysokým zlepšením obsahu diolefinu v důsledku narušené krystalizace ethylenové části polymeru. Polymery s nízkým obsahem ethylenu by se měly používat, pokud je omezení nízké teploty.
