Yn wahanol i thermoplastigion, defnyddir elastomers yn nodweddiadol dros ystod eang o dymheredd ac yn sylweddol uwchlaw eu tymheredd trosglwyddo gwydr (TG). Manteision elastomers dros thermoplastigion yw eu gallu i adfer bron yn llwyr o'r cyflwr tynnol (hydwythedd uchel), yn ogystal â'u hydwythedd cyffredinol, caledwch isel ac eiddo modwlws isel. Pan ddefnyddir elastomers o dan dymheredd yr ystafell, maent yn dangos cynnydd mewn caledwch, cynnydd mewn modwlws, a gostyngiad mewn hydwythedd. Pan ddefnyddir elastomers o dan dymheredd yr ystafell, mae tueddiad i galedwch gynyddu, modwlws i gynyddu, hydwythedd i ostwng (tynnol isel) a'r cywasgiad a osodir i gynyddu. Yn dibynnu ar y broblem gyda'r elastomer, gall dau ffenomen ddigwydd ar yr un pryd - mae caledu gwydr a chrisialu rhannol - CR, EPDM, NR yn rhai enghreifftiau o elastomers sy'n arddangos crisialu.
1. Trosolwg o brofion tymheredd isel
Mae disgleirdeb, cywasgu dadffurfiad parhaol, tynnu'n ôl, caledu a chaledu cryogenig wedi'u defnyddio ers blynyddoedd lawer er mwyn nodweddu priodweddau polymer ar dymheredd isel. Mae ymlacio straen cywasgol yn gymharol newydd ac yn canolbwyntio ar bennu grym selio deunydd dros gyfnod o amser o dan amrywiol amodau amgylcheddol.
2. Tymheredd disgleirdeb
Mae ASTM D 2137 yn diffinio'r tymheredd disgleirdeb fel y tymheredd isaf lle na fydd rwber vulcanedig yn dangos toriad na rhwyg o dan amodau effaith benodol. Mae pum sbesimen rwber o siâp a bennwyd ymlaen llaw yn cael eu paratoi, eu rhoi mewn siambr neu gyfrwng hylif, yn destun tymheredd penodol ar gyfer 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 effaith neu rwygo. Mae'r sbesimen yn cael ei dynnu a'i brofi am effaith neu doriad, i gyd heb ddifrod. Ailadroddwyd y prawf hyd at y tymheredd disgleirdeb - roedd y tymheredd isaf lle na ddarganfuwyd 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 y un ar gyfer set cywasgu safonol, ac eithrio bod y tymheredd yn cael ei reoli gan ryw ddull ynni, megis rhew sych, nitrogen hylifol, neu ddulliau mecanyddol, ac mae'r gwerth o fewn ± 1 ° C i'r tymheredd rhagosodedig. Ar ôl gwella o'r gêm, mae'r sbesimen hefyd yn cael ei osod 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 yn cael ei bennu fel arfer gan ddefnyddio sbesimen set cywasgu vulcanedig (29mm x 12.5mm), ond mae'n cael ei ail-brofi ar reolaeth tymheredd isel, sydd yr un fath â'r un ar gyfer set cywasgu, ac yna eto ar yr un tymheredd â'u tymheredd penodol. Mae set gywasgu caledu a thymheredd isel yn cael eu heffeithio'n uniongyrchol gan oeri, ond hefyd gan duedd y polymer i grisialu, gyda chyfradd y crisialu yn dibynnu ar dymheredd, ee, mae CR yn crisialu cyflymaf oddeutu -10 ° C, ac yna'n gostwng ar dymheredd is, yn bennaf oherwydd bod y cadwyn polyn yn rhewi.
4. Gehman yn caledu tymheredd isel
Mae ASTM D 1053 yn disgrifio'r dull caledu tymheredd isel fel a ganlyn: mae cyfres o sbesimenau polymer elastig ynghlwm yn sefydlog â gwifren gyda chysonyn torsional hysbys, ac mae pen arall y wifren ynghlwm wrth ben torsion sy'n gallu caniatáu i'r wifren gael ei throelli. Mae'r sbesimenau'n cael eu trochi mewn cyfrwng trosglwyddo gwres ar dymheredd penodol yn is na'r arfer, ac ar yr adeg honno mae'r pen torsion yn cael ei droelli 180 °, ac yna mae'r sbesimenau'n cael 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 dro sbesimen, ongl y troelli a chaledwch y deunydd rwber. Cynyddir tymheredd y system yn raddol ar y pwynt hwn, a cheir llain o ongl y troelli yn erbyn tymheredd. Mae'r tymereddau y mae'r modwlws yn cyrraedd T2, T10, a T100 fel arfer yn cael eu cofnodi fel rhai sy'n hafal i werth y modwlws ar dymheredd yr 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 cwmpaswyd 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 briodweddau 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 hirgul (yn aml 50% neu 100%) ac wedi'i rewi yn y cyflwr hirgul. 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, mae hyd y crebachu yn cael ei fesur a chofnodir yr elongation. Mae'r tymereddau y 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'r tymheredd disgleirdeb; Mae TR70 yn ymwneud â dadffurfiad parhaol y sbesimen mewn cywasgiad tymheredd isel; a defnyddir y gwahaniaeth rhwng TR10 a TR70 i fesur crisialu'r sbesimen (y mwyaf yw'r gwahaniaeth, y mwyaf yw'r duedd i grisialu).
6. Ymlacio 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 cyfun, 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, gwelir ymlacio corfforol ar dymheredd isel, yn syth ar ôl straen penodol, sy'n arwain at aildrefnu cadwyn a newidiadau yn yr arwynebau llanw rwber a llenwi llenwi, ac mae ymlacio'r system tynnu straen yn wrthdroadwy. Ar dymheredd uwch, mae'r cyfansoddiad cemegol yn pennu cyfradd yr ymlacio, pan fydd y prosesau ffisegol eisoes yn fach ac mae'r ymlacio cemegol yn anghildroadwy, gan arwain at dorri cadwyn ac adweithiau traws-gysylltu. 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 tymereddau uchel. Os yw ymlacio straen yn digwydd yn gynnar yn y prawf, mae maint yr ymlacio ychwanegol yn cynyddu gyntaf ac mae ganddo werth uchaf yn ystod y cylch cyntaf. Mewn darn prawf mawr tynnol i gynhyrchu samplau gasged (diamedr allanol 19mm, bydd diamedr mewnol o 15mm), gyda gosodiad elastig yn cael ei gywasgu i'r sbesimen i drwch tymheredd eu hystafell o 25%, ac ar 25 ℃ i mewn i siambr y prawf amgylcheddol, mae'r tymheredd ar 25 ~ i lawr ar gyfer --20 ℃, a chynnal y tymheredd, a chynnal y tymheredd, a chynnal y tymheredd nesaf, a chynnal y tymheredd, a chynnal y tymheredd nesaf, a chynnal a thymheredd nesaf, a chynnal a chadw --20 ℃, yn cael ei gynnal i --20 ℃, yn ei gynnal i 24h, yr amser prawf cyfan ar dymheredd y prawf, tymheredd y prawf, penderfyniad grym parhaus. Perfformir mesuriad yr heddlu yn barhaus trwy gydol amser y 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 ethylen yn amrywio o 48% i 72% o dan fformwleiddiadau selio o ansawdd uchel. Nod pob un yw lleihau'r amrywiad mewn gludedd Mooney trwy gyflwyno ENB yn y gwahanol bolymerau hyn.
Mae rwber EPDM yn amorffaidd os yw'r gymhareb ethylen/propylen yn gyfartal a bod dosbarthiad y ddau fonomer yn y gadwyn polymer ar hap. Nid yw EPDM gyda chynnwys ethylen 48% a 54% yn crisialu ar dymheredd yr ystafell neu'n uwch. Pan fydd y cynnwys ethylen yn cyrraedd 65%, mae'r dilyniannau ethylen yn dechrau cynyddu mewn nifer a hyd a gallant ffurfio crisialau, a welir yn y copaon crisialu ar gromliniau'r DSC oddeutu 40 ° C. Po fwyaf yw'r copaon DSC, y mwyaf yw'r crisialau sy'n ffurfio.
7.2 Yn ychwanegol at effaith cynnwys ethylen ar briodweddau tymheredd isel a drafodir yn ddiweddarach, mae maint crisialit yn effeithio ar hwylustod cymysgu a phrosesu cyfansoddion sy'n cynnwys crisialau. Po fwyaf yw'r maint crisialit, y mwyaf o waith gwres a chneifio sy'n ofynnol yn y cam cymysgu i asio'r polymer yn llawn â'r cydrannau eraill. Mae cryfder rwber amrwd cyfansoddion EPDM yn cynyddu gyda chynnwys ethylen cynyddol. Mewn fformwleiddiadau selio lle mesurwyd effaith cynnwys ethylen, arweiniodd cynnydd yng nghynnwys ethylen o 50% i 68% at gynnydd o leiaf bedair gwaith yng nghryfder y rwber. Mae'r caledwch tymheredd ystafell hefyd yn cynyddu gyda chynnwys ethylen cynyddol. Y lan sy'n galedwch y glud polymer amorffaidd yw 63 °, ond y lan sy'n galedwch y polymer gyda'r cynnwys ethylen uchaf yw 79 °. Mae hyn oherwydd y cynnydd yn y dilyniant ethylen, y cynnydd mewn crisialu yn y glud, a'r cynnydd cyfatebol mewn polymerau thermoplastig.
7.3 Pan fydd y caledwch yn cael ei fesur ar dymheredd isel, mewn cyferbyniad â'r polymerau sydd â chynnwys ethylen uchel, mae'r polymerau amorffaidd yn dangos llai o newid mewn caledwch, ond nid yw'r newid mewn caledwch y cynnwys ethylen 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 tymheredd ethylen uwch yn parhau i barhau i fod yn rhaniad uchod yn parhau i fod yn uwch -gynnwys uwch -dalen uchaf yn parhau i gael y cynnwys ethylen uwch.
7.4 Mae set gywasgu yn dibynnu i raddau helaeth ar dymheredd y prawf. Os caiff ei brofi ar 175 ° C, nid oes gwahaniaeth yn y cywasgiad a osodwyd rhwng unrhyw un o'r polymerau (mae dyluniad y cyfansoddyn a'r dewis o system vulcanization yn dylanwadu ar y set a osodir). Ar ôl toddi'r crisialau ethylen, mae'r polymer yn arddangos ffurf amorffaidd, ac er mwyn archwilio effaith y cynnwys ethylen, gwnaed profion ar 23 ° C. Mae'n amlwg bod gan bolymerau sydd â chynnwys ethylen uwch ddadffurfiad parhaol uwch (mwy na dwywaith cymaint), ac mae effaith y cynnwys ethylen hyd yn oed yn fwy wrth ei brofi ar -20 ° C a -40 ° C. Mae gan bolymerau â mwy na 60% o gynnwys ethylen ddadffurfiad parhaol uchel (> 80%); Ar -40 ° C, dim ond y polymerau cwbl amorffaidd sydd ag anffurfiad parhaol isel (17%).
7.5 Effaith cynnwys ethylen ar galedu tymheredd isel o brofion Gehman. O ystyried tymheredd, po uchaf yw'r gornel, yr isaf yw'r cynnydd mewn stiffrwydd (neu gynnydd mewn modwlws). Ar dymheredd isel, mae'r modwlws stiffrwydd yn cynyddu'n sylweddol gyda chynnwys ethylen cynyddol. Ar gyfer polymerau amorffaidd, y T2 yw -47 ° C, tra bod gan y polymer cynnwys ethylen uchaf T2 o ddim ond -16 ° C.
7.6tr Mesur Adfer Crebachu Sbesimenau Ar ôl Rhewi Estyniad, Mae'r Cynnwys Ethylene yn cael effaith sylweddol ar y dull prawf, sydd eto'n debyg i Brawf Gehman.
Mae hyn yn debyg i Brawf Gehman. Mae crebachu (%) y gwahanol bolymerau yn amrywio fel swyddogaeth tymheredd, gyda'r polymerau amorffaidd â'r adferiad crebachu uchaf ar dymheredd isel; Fodd bynnag, fel y rhagwelwyd, mae'r adferiad yn dirywio wrth i'r cynnwys ethylen gynyddu ar dymheredd penodol.
Mae adferiad yn dirywio. Mae gwerth TR10 yn amrywio o -53 ° C ar gyfer polymerau amorffaidd i -28 ° C ar gyfer polymerau sydd â chynnwys ethylen uchel.
7.7 Cylch Ymlacio Straen Cywasgol (CSR)
Beicio. Cywasgwch y cyfansoddion, gadewch iddynt ymlacio ar 25 ° C am 24 h, ac yna eu rhoi 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 cydbwyso, mae gan y polymer crisialog e straen yn uwch na'r polymer amorffaidd, ac wrth ei ostwng i -20 ° C mae grym selio'r ddau bolymer yn gostwng, tra bod y polymer amorffaidd A yn cadw straen uchel (F/F0 uwch). Fe wnaeth gwresogi'r cyfansoddyn i 110 ° C adfer ei rym selio, ac wrth ddod yn ôl i lawr i -20 ° C, roedd grym selio gweddill y polymer crisialog yn llai nag 20% o'i werth, sy'n cael ei ystyried yn gyffredinol yn rhy isel ar gyfer y mwyafrif o gymwysiadau, gyda'r polymer amorffaidd yn crefus yn cadw mwy na 50% o'i boler selio eto. 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 sy'n ofynnol ar gyfer vulcanization, ychwanegir diolefinau heb gyfun fel ENB, HX a DCPD at bolymerau propylen ethylen. Mae un bond dwbl yn adweithio yn y matrics polymer, tra bod yr ail yn gweithredu fel cyflenwad i'r gadwyn foleciwlaidd 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 y nodweddion vulcanization a dwysedd croesgysylltiad. Cynyddodd modwlws wrth i estyn ostwng yn sylweddol. Cynyddodd y caledwch a gwellodd y gosodiad cywasgu yn ystod codiad tymheredd. Wrth i'r cynnwys ENB gynyddu, mae'r amser gwefru yn dod yn fyrrach.
Mae ENB yn ddeunydd amorffaidd, ac wrth ei ychwanegu at asgwrn cefn y polymer, mae'n tarfu ar grisialu cyfran ethylen y polymer, fel y gellir cael polymerau sydd â'r un cynnwys ethylen, ac mae cynnwys uwch ENB yn gwella'r priodweddau tymheredd isel. Ar dymheredd yr ystafell, mae'r cynnwys ENB uwch yn gwella'r set gywasgu ychydig oherwydd y dwysedd croesgysylltiad gwell. Fodd bynnag, ar dymheredd isel, mae set gywasgu'r polymerau sydd â chynnwys ENB uwch yn sylweddol well nag un y polymerau sydd â chynnwys ENB 2%. Ni ddangosodd effaith cynnwys ENB ar dymheredd disgleirdeb, tynnu tymheredd, a phrawf Gehman unrhyw wahaniaeth sylweddol yn y tymheredd disgleirdeb rhwng polymerau yn gyffredinol, ac ar gyfer prawf Gehman a'r prawf TR, dangosodd pob polymer welliant mewn priodweddau tymheredd isel gyda chynnwys ENB cynyddol.
9. Effaith Gludedd Mooney 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 cyfansoddyn gyda 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 poleye a ddefnyddiwyd. Cynyddodd cryfder tynnol, modwlws, a chryfder rwber amrwd gyda gludedd mooney cynyddol. Nid oedd effaith gludedd mooney ar briodweddau tymheredd isel EPDM yn arwyddocaol. Fodd bynnag, mae'r dadffurfiad parhaol cywasgu ar dymheredd yr ystafell, -20 ° C a -40 ° C yn cynyddu gyda màs moleciwlaidd cynyddol. Fodd bynnag, ni newidiodd y set gywasgu ar dymheredd yr ystafell, -20 ° C a -40 ° C yn sylweddol gyda màs moleciwlaidd cynyddol, ond dangosodd y set gywasgu ar dymheredd uchel (175 ° C) rai newidiadau ar gyfer gludedd mooney uwch y gludyddion EPDM.
10. Casgliad
Mae'r cynnwys ethylen a diolefin yn cael effaith sylweddol ar berfformiad elastomers EPDM mewn cymwysiadau tymheredd isel, gyda pholymerau â chynnwys ethylen isel yn perfformio'n dda a pholymerau â chynnwys diolefin uchel yn gwella oherwydd crisialu amharu ar gyfran ethylen y polymer. Dylid defnyddio polymerau cynnwys ethylen isel pan fydd perfformiad tymheredd isel yn gyfyngiad.
