Yn wahanol i thermoplastigion, defnyddir elastomers fel arfer dros ystod eang o dymereddau ac yn sylweddol uwch na'u tymheredd trawsnewid gwydr (Tg). Manteision elastomers dros thermoplastigion yw eu gallu i adfer bron yn gyfan gwbl o'r cyflwr tynnol (elastigedd uchel), yn ogystal â'u hydwythedd cyffredinol, caledwch isel a phriodweddau modwlws isel. Pan ddefnyddir elastomers yn is na thymheredd yr ystafell, maent yn dangos cynnydd mewn caledwch, cynnydd mewn modwlws, a gostyngiad mewn elastigedd. Pan ddefnyddir elastomers yn is na thymheredd yr ystafell, mae tueddiad i galedwch gynyddu, modwlws i gynyddu, elastigedd i ostwng (tynnol isel) a gosod cywasgu i gynyddu. Yn dibynnu ar y broblem gyda'r elastomer, gall dau ffenomen ddigwydd ar yr un pryd - caledu gwydr a chrisialu rhannol - mae CR, EPDM, NR yn rhai enghreifftiau o elastomers sy'n arddangos crisialu.
1. Trosolwg o brofi tymheredd isel
Mae brau, dadffurfiad parhaol cywasgu, tynnu'n ôl, caledu a chaledu cryogenig wedi'u defnyddio ers blynyddoedd lawer er mwyn nodweddu priodweddau polymerau ar dymheredd isel. Mae ymlacio straen cywasgol yn gymharol newydd ac yn canolbwyntio ar bennu grym selio deunydd dros gyfnod o amser o dan amodau amgylcheddol amrywiol.
2. Tymheredd Brittleness
Mae ASTM D 2137 yn diffinio'r tymheredd brau fel y tymheredd isaf lle na fydd rwber vulcanized yn dangos toriad neu rwyg o dan amodau effaith penodedig. Mae pum sbesimen rwber o siâp a bennwyd ymlaen llaw yn cael eu paratoi, eu gosod mewn siambr neu gyfrwng hylif, yn ddarostyngedig i dymheredd penodol am 3 ± 0.5 munud, ac yna rhoddir cyflymder effaith o 2.0 ± 0.2m/s. Mae'r sbesimenau'n cael eu tynnu ac yn destun prawf trawiad neu rwyg. Mae'r sbesimen yn cael ei dynnu a'i brofi am drawiad neu dorri asgwrn, i gyd heb ei ddifrodi. Ailadroddwyd y prawf hyd at y tymheredd brau - roedd y tymheredd isaf lle na chanfuwyd unrhyw doriad yn agos iawn at 1°C.
3. Set Cywasgu Tymheredd Isel a Chaledu Tymheredd Isel
Mae'r weithdrefn brawf ar gyfer set cywasgu tymheredd isel yn agos iawn at yr un ar gyfer set gywasgu safonol, ac eithrio bod y tymheredd yn cael ei reoli gan ryw ddull ynni, fel rhew sych, nitrogen hylifol, neu ddulliau mecanyddol, a bod y gwerth o fewn ± 1 ° C i'r tymheredd rhagosodedig. Ar ôl adferiad o'r gosodiad, gosodir y sbesimen hefyd ar y tymheredd isel rhagosodedig a'i fowldio i ddiamedr o 29 mm a thrwch o 12.5 mm. Mae set cywasgu tymheredd isel yn ddull anuniongyrchol ar gyfer selio cymwysiadau'r cyfansoddyn dan sylw. Ymlacio straen cywasgol yw'r dull uniongyrchol a bydd yn cael ei drafod yn nes ymlaen. Mae caledu tymheredd isel hefyd fel arfer yn cael ei bennu gan ddefnyddio sbesimen set cywasgu vulcanized (29mm x 12.5mm), ond yn cael ei ail-brofi ar reolaeth tymheredd isel, sydd yr un fath â'r un ar gyfer set gywasgu, ac yna eto ar yr un tymheredd â'u tymheredd gosod. Mae caledu a set cywasgu tymheredd isel yn cael eu heffeithio'n uniongyrchol gan oeri, ond hefyd gan dueddiad y polymer i grisialu, gyda'r gyfradd grisialu yn dibynnu ar dymheredd, ee, mae CR yn crisialu gyflymaf o gwmpas -10 ° C, ac yna'n gostwng ar dymheredd is, yn bennaf oherwydd ansymudedd y segmentau cadwyn polymerau (mae'r cadwyni moleciwlaidd yn rhewi cyn ad-drefnu).
4. Gehman Caledu Tymheredd Isel
Mae ASTM D 1053 yn disgrifio'r dull caledu tymheredd isel fel a ganlyn: mae cyfres o sbesimenau polymer elastig wedi'u cysylltu'n sefydlog â gwifren â chysonyn torsionol hysbys, ac mae pen arall y wifren ynghlwm wrth ben dirdro sy'n gallu caniatáu i'r wifren gael ei throi. Mae'r sbesimenau'n cael eu trochi mewn cyfrwng trosglwyddo gwres ar dymheredd penodol islaw'r arferol, ac ar yr adeg honno mae'r pen dirdro yn cael ei droelli gan 180 °, ac yna caiff y sbesimenau eu troelli gan swm (llai na 180 °) sy'n dibynnu ar wrthdro hyblygrwydd ac anystwythder y sbesimen. Yna defnyddiwch faint o goniometer i bennu faint o sbesimen twist, ongl twist a chaledwch y deunydd rwber. Cynyddir tymheredd y system yn raddol ar y pwynt hwn, a cheir llain o'r ongl twist yn erbyn tymheredd. Mae'r tymereddau y mae'r modwlws yn cyrraedd T2, T10, a T100 yn cael eu cofnodi fel arfer yn hafal i'r gwerth modwlws ar dymheredd ystafell.
5. Tynnu Tymheredd Isel (Prawf TR)
Defnyddir y prawf TR i werthuso gallu sbesimen yn y cyflwr tynnol pan ddefnyddir dadffurfiad parhaol cywasgol ac ymlacio straen cywasgol a bennir gan straen cywasgol i bennu effeithiau tymheredd isel. Fel y soniwyd yn gynharach, bydd llawer o bolymerau fel NR a PVC yn crisialu ar dymheredd isel, ond gall ymestyn hefyd grisialu, gan arwain at ffactorau ychwanegol wrth edrych ar eiddo tymheredd isel. Ar gyfer cymwysiadau gwerthuso fel ataliad gwacáu, mae TR o dan densiwn yn briodol iawn ac yn cael ei ddefnyddio'n aml. Yn y prawf hwn, mae'r sbesimen yn hir (yn aml 50% neu 100%) ac wedi'i rewi yn y cyflwr hirfaith. Mae'r sbesimen yn cael ei ryddhau, ac ar yr adeg honno mae'r tymheredd yn cael ei godi ar gyfradd benderfynol i fesur adferiad y sbesimen, mesurir hyd y crebachu a chofnodir yr elongation. Mae'r tymereddau lle mae'r sbesimen yn crebachu 10%, 30%, 50%, a 70% fel arfer yn cael eu nodi fel TR10, TR30, TR50, a TR70. Mae TR10 yn ymwneud â thymheredd brau; Mae TR70 yn ymwneud ag anffurfiad parhaol y sbesimen mewn cywasgu tymheredd isel; a defnyddir y gwahaniaeth rhwng TR10 a TR70 i fesur crisialu'r sbesimen (po fwyaf yw'r gwahaniaeth, y mwyaf yw'r duedd i grisialu).
6 . Ymlacio â Straen Cywasgol Tymheredd Isel (CSR)
Gellir defnyddio'r prawf CSR i wneud rhagfynegiadau am berfformiad a bywyd deunyddiau selio. Pan roddir dadffurfiad cyson i gyfansoddyn elastomerig, crëir grym cyfunol, ac mae gallu'r deunydd i gynnal y grym hwn o fewn ystod amgylcheddol benodol yn mesur ei allu i selio. Mae mecanweithiau ffisegol a chemegol yn cyfrannu at ymlacio straen, yn seiliedig ar amser a thymheredd, bydd un ffactor yn dominyddu, arsylwir ymlacio corfforol ar dymheredd isel, yn syth ar ôl straen penodol, sy'n arwain at ad-drefnu cadwyn a newidiadau yn yr arwynebau llenwi rwber a llenwi, ac mae ymlacio'r system tynnu straen yn wrthdroadwy. Ar dymheredd uwch, mae'r cyfansoddiad cemegol yn pennu'r gyfradd ymlacio, pan fo'r prosesau ffisegol eisoes yn fach ac mae'r ymlacio cemegol yn anghildroadwy, gan arwain at dorri cadwyn ac adweithiau trawsgysylltu. Gall beicio tymheredd neu gynnydd sydyn mewn tymheredd gael effaith ar ymlacio straen mewn elastomers. Yn ystod y prawf CSR, gosodir y sbesimen prawf
Yn ystod profion CSR, cynyddir ymlacio straen pan fydd y sbesimen prawf yn destun tymheredd uchel. Os bydd ymlacio straen yn digwydd yn gynnar yn y prawf, mae faint o ymlacio ychwanegol yn cynyddu yn gyntaf ac mae ganddo uchafswm gwerth yn ystod y cylch cyntaf. Mewn darn prawf mawr tynnol i gynhyrchu samplau gasged (diamedr allanol 19mm, diamedr mewnol o 15mm), gyda gosodiad elastig bydd yn cael ei gywasgu i'r sbesimen i'w drwch tymheredd ystafell o 25%, ac ar 25 ℃ i mewn i'r siambr prawf amgylcheddol, y tymheredd ar 25 ℃ i gynnal 24h, ac yna i lawr i -20 ℃, a gynhelir -1 ℃ ar gyfer y cylch nesaf rhwng 24 awr, 20 ℃ rhwng 24 ℃, a gynhelir rhwng 24 ℃, tymheredd -1 o 24 ℃, a gynhelir rhwng 24 ℃ nesaf, a gynhelir rhwng 24 ℃ a 24 ℃ nesaf. 24h, yr amser prawf cyfan ar dymheredd y prawf, tymheredd y prawf, penderfyniad grym parhaus. Perfformir y mesuriad grym yn barhaus trwy gydol yr amser prawf ar dymheredd y prawf.
7. Effaith Cynnwys Ethylene
7.1 Cynnwys ethylene sy'n cael yr effaith fwyaf ar berfformiad tymheredd isel polymerau EPDM. Gwerthuswyd polymerau â chynnwys Ethylene yn amrywio o 48% i 72% o dan fformwleiddiadau selio o ansawdd uchel. Mae pob un yn anelu at leihau'r amrywiad mewn gludedd mooney trwy gyflwyno ENB yn y gwahanol bolymerau hyn.
Mae rwber EPDM yn amorffaidd os yw'r gymhareb ethylene / propylen yn gyfartal a bod dosbarthiad y ddau fonomer yn y gadwyn bolymerau ar hap. Nid yw EPDM gyda chynnwys ethylene 48% a 54% yn crisialu ar dymheredd ystafell neu'n uwch. Pan fydd y cynnwys ethylene yn cyrraedd 65%, mae'r dilyniannau ethylene yn dechrau cynyddu mewn nifer a hyd a gallant ffurfio crisialau, a welir yn y brigau crisialu ar y cromliniau DSC tua 40 ° C. Po fwyaf yw'r brigau DSC, y mwyaf yw'r crisialau sy'n ffurfio.
7.2 Yn ogystal ag effaith cynnwys ethylene ar eiddo tymheredd isel a drafodir yn ddiweddarach, mae maint crystallite yn effeithio ar ba mor hawdd yw cymysgu a phrosesu cyfansoddion sy'n cynnwys crisialau. Po fwyaf yw'r maint crisialog, y mwyaf o waith gwres a chneifio sydd ei angen yn y cam cymysgu i asio'r polymer yn llawn â'r cydrannau eraill. Mae cryfder rwber amrwd cyfansoddion EPDM yn cynyddu gyda chynnwys ethylene cynyddol. Mewn fformwleiddiadau selio lle mesurwyd effaith cynnwys ethylene, arweiniodd cynnydd yn y cynnwys ethylene o 50% i 68% at gynnydd pedair gwaith o leiaf yng nghryfder y rwber. Mae caledwch tymheredd yr ystafell hefyd yn cynyddu gyda chynnwys ethylene yn cynyddu. Caledwch Traeth A y gludydd polymer amorffaidd yw 63°, tra bod caledwch Shore A y polymer sydd â'r cynnwys ethylene uchaf yn 79°. Mae hyn oherwydd y cynnydd yn y dilyniant ethylene, y cynnydd mewn crisialu yn y gludiog, a'r cynnydd cyfatebol mewn polymerau thermoplastig.
7.3 Pan fydd y caledwch yn cael ei fesur ar dymheredd isel, yn wahanol i'r polymerau â chynnwys ethylene uchel, mae'r polymerau amorffaidd yn dangos llai o newid mewn caledwch, tra nad yw'r newid yng nghaledwch y cynnwys ethylene uwch yn dangos patrwm llinellol ac mae'r caledwch yn parhau i fod yn uchel ar dymheredd yr ystafell, fel bod y polymerau sy'n cynnwys y cynnwys ethylene uwch yn parhau i fod â'r caledwch uchaf ar dymheredd isel.
7.4 Mae set cywasgu yn dibynnu i raddau helaeth ar dymheredd y prawf. Os caiff ei brofi ar 175 ° C, nid oes unrhyw wahaniaeth yn y set gywasgu rhwng unrhyw un o'r polymerau (mae dyluniad y cyfansoddyn a'r dewis o system vulcanization yn dylanwadu ar y set). Ar ôl toddi'r crisialau ethylene, mae'r polymer yn arddangos ffurf amorffaidd, ac er mwyn archwilio effaith y cynnwys ethylene, cynhaliwyd profion ar 23 ° C. Mae'n amlwg bod gan bolymerau â chynnwys ethylene uwch anffurfiad parhaol uwch (mwy na dwywaith cymaint), ac mae effaith y cynnwys ethylene hyd yn oed yn fwy pan gaiff ei brofi ar -20 ° C a -40 ° C. Mae gan bolymerau â mwy na 60% o gynnwys ethylene anffurfiad parhaol uchel (>80%); ar -40 ° C, dim ond y polymerau cwbl amorffaidd sydd ag anffurfiad parhaol isel (17%).
7.5 Effaith Cynnwys Ethylene ar Galedu Tymheredd Isel o Brofion Gehman. O ystyried tymheredd, yr uchaf yw'r gornel, yr isaf yw'r cynnydd mewn anystwythder (neu'r cynnydd mewn modwlws). Ar dymheredd isel, mae'r modwlws anystwythder yn cynyddu'n sylweddol gyda chynnwys ethylene yn cynyddu. Ar gyfer polymerau amorffaidd, y T2 yw -47 ° C, tra bod gan y polymer cynnwys ethylene uchaf T2 o -16 ° C yn unig.
7.6TR Mesur adferiad crebachu sbesimenau ar ôl rhewi estyniad, mae'r cynnwys ethylene yn cael effaith sylweddol ar y dull prawf, sydd eto yn debyg i'r prawf Gehman.
Mae hyn yn debyg i brawf Gehman. Mae crebachu (%) y polymerau amrywiol yn amrywio fel swyddogaeth tymheredd, gyda'r polymerau amorffaidd yn cael yr adferiad crebachu uchaf ar dymheredd isel; fodd bynnag, fel y rhagwelwyd, mae'r adferiad yn dirywio wrth i'r cynnwys ethylene gynyddu ar dymheredd penodol.
adferiad yn gwaethygu. Mae gwerth TR10 yn amrywio o -53 ° C ar gyfer polymerau amorffaidd i -28 ° C ar gyfer polymerau â chynnwys ethylene uchel.
7.7 Cylch ymlacio straen cywasgol (CSR).
Beicio. Cywasgu'r cyfansoddion, caniatáu iddynt ymlacio ar 25 ° C am 24 h, ac yna eu gosod mewn cylch o dymheredd yn amrywio o -20 ° C i 110 ° C yn ysbeidiol am 24 h. Pan gaiff ei gywasgu am y tro cyntaf, ar ôl y cyfnod ecwilibreiddio, mae gan y polymer crisialog E golled straen uwch na'r polymer amorffaidd, a phan gaiff ei ostwng i -20 ° C, mae grym selio'r ddau bolymer yn lleihau, tra bod gan y polymer amorffaidd A gadw straen uchel (F / F0 uwch). Adferodd gwresogi'r cyfansawdd i 110 ° C ei rym selio, a phan gafodd ei ddwyn yn ôl i -20 ° C, roedd grym selio gweddill y polymer crisialog yn llai nag 20% o'i werth, a ystyrir yn gyffredinol yn rhy isel ar gyfer y rhan fwyaf o geisiadau, gyda'r polymer amorffaidd yn cadw mwy na 50% o'i rym selio, a'r polymer amorffaidd eto'n cael adferiad uwch na'r polymer crisialog. Daeth y cylch nesaf i gasgliadau tebyg. Mae'n amlwg bod polymerau amorffaidd yn well ar gyfer selio cymwysiadau lle mae angen perfformiad tymheredd uchel ac isel.
8. Effaith Cynnwys Diolefin
Er mwyn darparu'r pwynt annirlawn sydd ei angen ar gyfer vulcanization, ychwanegir deuolefins nad ydynt yn gyfun fel ENB, HX a DCPD at bolymerau ethylene propylen. Mae un bond dwbl yn adweithio yn y matrics polymer, tra bod yr ail yn gweithredu fel cyflenwad i'r gadwyn moleciwlaidd polymerized ac yn darparu'r pwynt vulcanization ar gyfer vulcanization melyn sylffwr. Gwerthuswyd effaith ENB mewn proffiliau bar windshield (glaw). Cymharwyd polymerau sy'n cynnwys 2%, 6% ac 8% ENB. Cafodd ychwanegu ENB effaith sylweddol ar nodweddion vulcanization a dwysedd crosslink. Cynyddodd modwlws tra gostyngodd elongation yn sylweddol. Cynyddodd y caledwch a gwellodd y set gywasgu yn ystod codiad tymheredd. Wrth i'r cynnwys ENB gynyddu, mae'r amser llosgi yn mynd yn fyrrach.
Mae ENB yn ddeunydd amorffaidd, ac o'i ychwanegu at asgwrn cefn y polymer, mae'n amharu ar grisialu cyfran ethylene y polymer, fel y gellir cael polymerau gyda'r un cynnwys ethylene, ac mae cynnwys uwch ENB yn gwella'r eiddo tymheredd isel. Ar dymheredd ystafell, mae'r cynnwys ENB uwch ychydig yn gwella'r set gywasgu oherwydd y dwysedd crosslink gwell. Fodd bynnag, ar dymheredd isel, mae set gywasgu'r polymerau â chynnwys ENB uwch yn sylweddol well na set y polymerau â chynnwys ENB 2%. Ni ddangosodd effaith cynnwys ENB ar dymheredd brittleness, tymheredd tynnu'n ôl, a phrawf Gehman unrhyw wahaniaeth sylweddol mewn tymheredd brittleness rhwng polymerau yn gyffredinol, ac ar gyfer prawf Gehman a'r prawf TR, dangosodd pob polymer welliant mewn eiddo tymheredd isel gyda chynnwys ENB cynyddol.
9. Effaith Gludedd lleuad ar Eiddo Tymheredd Isel
Mae'n hysbys bod gludedd mooney (màs moleciwlaidd) yn cael effaith sylweddol ar ymddygiad prosesu elastomers. Mewn cymwysiadau allwthio a mowldio Mewn cymwysiadau allwthio a mowldio, mae'n bwysig dewis cyfansawdd sydd â gwerth gludedd Mooney addas. Gan ddefnyddio'r un fformiwleiddiad a ddefnyddiwyd i ymchwilio i effaith y trydydd monomer, ENB, ar briodweddau tymheredd isel i archwilio gludedd Mooney, cymharwyd polymerau â gludedd Mooney o 30, 60, ac 80, a chynyddodd gludedd Mooney y cyfansoddion wrth i gludedd Mooney y polymerau a ddefnyddiwyd gynyddu. Cynyddodd cryfder tynnol, modwlws, a chryfder rwber amrwd gyda gludedd cynyddol Mooney. Nid oedd effaith gludedd Mooney ar briodweddau tymheredd isel EPDM yn arwyddocaol. Fodd bynnag, mae'r dadffurfiad parhaol cywasgu ar dymheredd ystafell, -20 ° C a -40 ° C yn cynyddu gyda màs moleciwlaidd cynyddol. Fodd bynnag, ni newidiodd y cywasgu a osodwyd ar dymheredd ystafell, -20 ° C a -40 ° C yn sylweddol gyda màs moleciwlaidd cynyddol, tra bod y cywasgu a osodwyd ar dymheredd uchel (175 ° C) yn dangos rhai newidiadau ar gyfer gludedd lleuad uwch y gludyddion EPDM.
10. Casgliad
Mae'r cynnwys ethylene a deuilefin yn cael effaith sylweddol ar berfformiad elastomers EPDM mewn cymwysiadau tymheredd isel, gyda pholymerau â chynnwys ethylene isel yn perfformio'n dda a pholymerau â chynnwys deuilefin uchel yn gwella oherwydd amhariad ar grisialu cyfran ethylene y polymer. Dylid defnyddio polymerau cynnwys ethylene isel pan fo perfformiad tymheredd isel yn gyfyngiad.
