I modsætning til termoplast bruges elastomerer typisk over en lang række temperaturer og markant over deres glasovergangstemperatur (TG). Fordelene ved elastomerer i forhold til termoplast er deres evne til at komme sig næsten fuldstændigt fra træktilstand (høj elasticitet) såvel som deres generaliserede elasticitet, lav hårdhed og lave modulegenskaber. Når elastomerer anvendes under stuetemperatur, viser de en stigning i hårdhed, en stigning i modul og et fald i elasticitet. Når elastomerer anvendes under stuetemperatur, er der en tendens til, at hårdheden øges, modulus til at stige, elasticitet for at falde (lav træk) og komprimering indstillet til at stige. Afhængigt af problemet med elastomeren kan to fænomener forekomme på samme tid - glashærdning og delvis krystallisation - CR, EPDM, NR er nogle eksempler på elastomerer, der udviser krystallisation.
1. Oversigt over test af lav temperatur
Brittleness, komprimering permanent deformation, tilbagetrækning, hærdning og kryogen hærdning er blevet anvendt i mange år for at karakterisere polymeregenskaber ved lave temperaturer. Tompressiv stressafslapning er relativt ny og fokuserer på at bestemme tætningskraften for et materiale over en periode under forskellige miljøforhold.
2.. Bødelighedstemperatur
ASTM D 2137 definerer den letthedstemperatur som den laveste temperatur, hvor vulkaniseret gummi ikke viser brud eller sprang under specificerede påvirkningsbetingelser. Fem gummiprøver af forudbestemt form fremstilles, anbringes i et kammer eller et flydende medium, udsat for en indstillet temperatur i 3 ± 0,5 minutter og får derefter en påvirkningshastighed på 2,0 ± 0,2 m/s. Prøverne fjernes og udsættes for en påvirkning eller brudtest. Prøven fjernes og testes for påvirkning eller brud, alt uden skade. Testen blev gentaget op til den letthedstemperatur - den laveste temperatur, hvorpå der ikke blev fundet nogen brud, var meget tæt på 1 ° C.
3. komprimeringssæt med lav temperatur og hærdning af lav temperatur
Testproceduren for lavtemperaturkomprimeringssæt er meget tæt på det for standardkomprimeringssæt, bortset fra at temperaturen styres ved hjælp af en eller anden energimetode, såsom tøris, flydende nitrogen eller mekaniske metoder, og værdien er inden for ± 1 ° C fra den forudindstillede temperatur. Efter opsving fra armaturet anbringes også prøven ved den forudindstillede lave temperatur og støbes til en diameter på 29 mm og en tykkelse på 12,5 mm. Lavtemperaturkomprimeringssæt er en indirekte metode til tætning af påføring af den pågældende forbindelse. Tomprimerende stressafslapning er den direkte metode og vil blive diskuteret senere. Hærdning af lav temperatur bestemmes også normalt ved anvendelse af et vulkaniseret komprimeringssætprøve (29 mm x 12,5 mm), men testet igen ved en lav temperaturstyring, som er den samme som for komprimeringsindstilling og derefter igen ved den samme temperatur som deres indstillede temperatur. Hærdning og lavtemperaturkomprimeringssæt påvirkes direkte af afkøling, men også af polymerens tendens til at krystallisere, med hastigheden af krystallisation, der er afhængig af temperatur, f.eks. Crystalliserer Crystalliserer de hurtigste omkring -10 ° C og falder derefter ved lavere temperaturer, hovedsageligt på grund af immobiliteten af polymerkædesegmenterne (molekulære kædere -frie, før det stammede).
4. Gehman lav temperaturhærdning
ASTM D 1053 beskriver den lavtemperaturhærdningsmetode som følger: En række elastiske polymerprøver er fast fastgjort til en ledning med en kendt torsionskonstant, og den anden ende af ledningen er fastgjort til en torsionshoved, der er i stand til at tillade den ledning, der skal drejes. Prøverne er nedsænket i et varmeoverførselsmedium ved en specifik temperatur under det normale, på hvilket tidspunkt torsionshovedet er snoet med 180 °, og derefter er prøverne snoede af et beløb (mindre end 180 °), der er afhængig af omvendt af prøvens fleksibilitet og stivhed. Brug derefter mængden af goniometer til at bestemme mængden af eksemplarvridning, vridningsvinklen og hårdheden af gummimaterialet. Systemets temperatur øges gradvist på dette tidspunkt, og der opnås et plot af vinkelvinklen mod temperaturen. De temperaturer, hvormed modulet når T2, T10 og T100, registreres normalt som lig med modulværdien ved stuetemperatur.
5. tilbagetrækning af lav temperatur (TR -test)
TR -testen anvendes til at evaluere evnen af et prøve i træktilstand, når trykfast deformation og trykafslapning af tryk, der er bestemt ved trykspænding, anvendes til at bestemme lavtemperatureffekter. Som dækket tidligere vil mange polymerer som NR og PVC krystallisere ved lave temperaturer, men strækning kan også krystallisere, hvilket fører til yderligere faktorer, når de ser på lave temperaturegenskaber. Til evalueringsapplikationer såsom udstødningsophæng er TR under spænding meget passende og ofte brugt. I denne test er prøven langstrakt (ofte med 50% eller 100%) og frosset i den langstrakte tilstand. Prøven frigøres, på hvilket tidspunkt temperaturen hæves med en bestemt hastighed for at måle genvindingen af prøven, længden af krympningen måles, og forlængelsen registreres. Temperaturerne, hvor prøven krymper med 10%, 30%, 50%og 70%, bemærkes normalt som TR10, TR30, TR50 og TR70. TR10 vedrører den letthedstemperatur; TR70 vedrører den permanente deformation af prøven i lavtemperaturkomprimering; og forskellen mellem TR10 og TR70 bruges til at måle krystallisation af prøven (jo større er forskellen, jo større er tendensen til at krystallisere).
6. Lav temperatur kompressionsspændingsafslapning (CSR)
CSR -testen kan bruges til at forudsige om ydelsen og levetiden for forseglingsmaterialer. Når en elastomer forbindelse får en konstant deformation, skabes en kombineret kraft, og materialets evne til at opretholde denne kraft inden for et bestemt miljøområde måler dens evne til at forsegle. Både fysiske og kemiske mekanismer bidrager til stressafslapning, baseret på tid og temperatur, en faktor vil dominere, fysisk afslapning observeres ved lave temperaturer, umiddelbart efter en given stress, hvilket fører til kædearrangering og ændringer i gummi-filleren og fyldningsfilteroverfladerne, og afslapningen af stressfjerningssystemet er tilbagevendende. Ved højere temperaturer bestemmer den kemiske sammensætning hastigheden for afslapning, når de fysiske processer allerede er små, og den kemiske afslapning er irreversibel, hvilket fører til kædebrud og tværbindingsreaktioner. Temperaturcykling eller pludselige stigninger i temperatur kan have en effekt på stressafslapning i elastomerer. Under CSR -testen placeres testprøven
Under CSR -test øges stressafslapning, når testprøven udsættes for forhøjede temperaturer. Hvis der forekommer stressafslapning tidligt i testen, øges mængden af yderligere afslapning først og har en maksimal værdi under den første cyklus. I et træk stort teststykke for at fremstille pakningsprøver (19 mm ydre diameter, den indre diameter på 15 mm), med en elastisk armatur komprimeres til prøven til deres stuetemperaturtykkelse på 25%og ved 25 ℃ ind i miljømæssig testkammer, temperaturen ved 25 ℃ for at opretholde 24 timer og derefter ned til -20 ℃, opretholdt til 24H, efterfulgt af den næste temperatur mellem -20 ~ 110 Hele testtid ved testtemperatur, testtemperaturen, kontinuerlig kraftbestemmelse. Kraftmålingen udføres kontinuerligt i hele testtidspunktet ved testtemperaturen.
7. Effekt af ethylenindhold
7.1 Ethylenindhold har den største indflydelse på den lave temperaturydelse af EPDM -polymerer. Polymerer med ethylenindhold, der spænder fra 48% til 72%, blev evalueret under tætning af tætning af tætning. Alle sigter mod at reducere variationen i Mooney -viskositet ved at introducere ENB i disse forskellige polymerer.
EPDM -gummi er amorf, hvis ethylen/propylenforholdet er ens, og fordelingen af de to monomerer i polymerkæden er tilfældig. EPDM med 48% og 54% ethylenindhold krystalliseres ikke ved eller over stuetemperatur. Når ethylenindholdet når 65%, begynder ethylensekvenserne at stige i antal og længde og kan danne krystaller, der observeres i krystallisationstoppene på DSC -kurverne omkring 40 ° C. Jo større DSC -toppe er, jo større er krystallerne, der dannes.
7.2 Ud over virkningen af ethylenindhold på lave temperaturegenskaber, der diskuteres senere, påvirker krystallitstørrelse lethed ved blanding og behandling af forbindelser indeholdende krystaller. Jo større krystallitstørrelse, jo mere varme og forskydningsarbejde kræves på blandingstrinnet for fuldt ud at blande polymeren med de andre komponenter. Den rå gummistyrke af EPDM -forbindelser øges med stigende ethylenindhold. Ved tætningsformuleringer, hvor virkningen af ethylenindhold blev målt, resulterede en stigning i ethylenindhold fra 50% til 68% i mindst en fire gange stigning i gummisstyrken. Rumtemperaturhårdhed øges også med stigende ethylenindhold. Kysten En hårdhed af den amorfe polymerklæbemiddel er 63 °, hvorimod kysten en hårdhed af polymeren med det højeste ethylenindhold er 79 °. Dette skyldes stigningen i ethylen -sekvensen, stigningen i krystallisation i klæbemidlet og den tilsvarende stigning i termoplastiske polymerer.
7.3 Når hårdheden måles ved lave temperaturer, i modsætning til polymererne med højt ethylenindhold, viser de amorfe polymerer mindre ændring i hårdhed, medens ændringen i hårdhed i det højere ethylenindhold ikke viser et lineært mønster og hårdheden forbliver høj ved stuetemperatur, så polymerne indeholdende det højere ethylenindhold fortsætter med at have den højeste hårdhed ved lavtemperaturer.
7.4 Komprimeringssæt er stort set afhængig af testtemperaturen. Hvis testet ved 175 ° C, er der ingen forskel i komprimering mellem nogen af polymererne (sæt påvirkes af designet af forbindelsen og valget af vulkaniseringssystem). Efter smeltning af ethylenkrystaller udviser polymeren en amorf form, og for at undersøge virkningen af ethylenindholdet blev testene udført ved 23 ° C. Polymerer med et højere ethylenindhold har klart højere permanent deformation (mere end dobbelt så meget), og effekten af ethylenindholdet er endnu større, når den testes ved -20 ° C og -40 ° C. Polymerer med mere end 60% ethylenindhold har høj permanent deformation (> 80%); Ved -40 ° C har kun de fuldt amorfe polymerer lav permanent deformation (17%).
7,5 Effekt af ethylenindhold på lav temperaturhærdning fra Gehman -tests. Givet en temperatur, jo højere hjørnet, jo lavere er stigningen i stivhed (eller stigning i modul). Ved lave temperaturer øges stivhedsmodulet markant med stigende ethylenindhold. For amorfe polymerer er T2 -47 ° C, mens den højeste ethylenindholdspolymer kun har en T2 på kun -16 ° C.
7.6TR Måling af krympningsgenvinding af prøver efter forlængelse af frysning af ethylenindholdet har en signifikant effekt på testmetoden, som igen ligner Gehman -testen.
Dette ligner Gehman -testen. Krympningen (%) af de forskellige polymerer varierer som en funktion af temperaturen, hvor de amorfe polymerer har den højeste svindegenvinding ved lave temperaturer; Som forudsagt forværres genoprettelsen imidlertid, når ethylenindholdet øges ved en given temperatur.
Genopretning forværres. Værdien af TR10 varierer fra -53 ° C for amorfe polymerer til -28 ° C for polymerer med højt ethylenindhold.
7.7 CRECRESIVE Stress Relaxation (CSR) cyklus
Cyklus. Komprimerer forbindelserne, lad dem slappe af ved 25 ° C i 24 timer, og placere dem derefter i en cyklus af temperaturer, der spænder fra -20 ° C til 110 ° C intermitterende i 24 timer. Når den er komprimeret for første gang, efter ligevægtsperioden, har den krystallinske polymer E et højere tab af stress end den amorfe polymer, og når den sænkes til -20 ° C, falder tætningskraften for de to polymerer, mens den amorfe polymer A har en høj tilbageholdelse af stress (højere F/F0). Opvarmning af forbindelsen til 110 ° C gendannede sin tætningskraft, og når den blev bragt tilbage til -20 ° C, var den resterende tætningskraft for den krystallinske polymer mindre end 20% af dens værdi, hvilket generelt betragtes som for lav til de fleste anvendelser, hvor den amorf polymer, der fastholdt mere end 50% af dens tætningsstyrke, og den amorfus polymere, der igen har en højere genvinding end den kryme polymer. Den næste cyklus gav lignende konklusioner. Det er tydeligt, at amorfe polymerer er overlegne til tætning af applikationer, hvor høj og lav temperatur ydeevne er påkrævet.
8. Effekt af diolefinindhold
For at tilvejebringe det umættede punkt, der kræves til vulkanisering, tilsættes ikke-konjugerede diolefiner som ENB, HX og DCPD til ethylenpropylenpolymerer. En dobbeltbinding reagerer i polymermatrixen, mens den anden fungerer som et supplement til den polymeriserede molekylkæde og giver vulkaniseringspunktet for svovlgul vulkanisering. Effekten af ENB blev evalueret i forrude (regn) barprofiler. Polymerer indeholdende 2%, 6% og 8% ENB blev sammenlignet. Tilsætningen af ENB havde en signifikant effekt på vulkaniseringsegenskaberne og tværbindetætheden. Modulet steg, mens forlængelsen faldt markant. Hårdheden steg, og komprimeringssættet blev forbedret under temperaturstigningen. Efterhånden som ENB -indholdet øges, bliver forkulletiden kortere.
ENB er et amorft materiale, og når den tilsættes til polymerens rygrad, forstyrrer det krystallisationen af ethylendelen af polymeren, så polymerer med det samme ethylenindhold kan opnås, og det højere indhold af ENB forbedrer de lave temperaturegenskaber. Ved stuetemperatur forbedrer det højere ENB -indhold lidt komprimeringssættet på grund af den forbedrede tværbindingstæthed. Ved lave temperaturer er kompressionssættet af polymererne med højere ENB -indhold imidlertid markant bedre end for polymererne med 2% ENB -indhold. Effekten af ENB-indhold på letthedstemperatur, tilbagetrækning af temperaturen og Gehmans test viste ikke nogen signifikant forskel i ustabilhedstemperatur mellem polymerer generelt og for Gehmans test og TR-testen viste hver polymer en forbedring af lavtemperaturegenskaber med stigende ENB-indhold.
9. Effekt af Mooney viskositet på egenskaber med lav temperatur
Det er velkendt, at Mooney -viskositet (molekylær masse) har en betydelig effekt på behandlingsadfærden af elastomerer. I ekstruderings- og støbningsapplikationer i ekstruderings- og støbningsapplikationer er det vigtigt at vælge en forbindelse med en passende Mooney -viskositetsværdi. Ved anvendelse af den samme formulering, der blev anvendt til at undersøge effekten af den tredje monomer, ENB, blev Polymers med mooney-viskositeter af 30, 60 og 80 sammenlignet, og mooney-viskositeten steg, da Mooney-viskositeten for 30, 60 og 80 blev sammenlignet, og mooney-viskositeten steg, da mooney-viskositeten af 30, anvendte. Trækstyrke, modul og rå gummistyrke steg med stigende Mooney -viskositet. Virkningen af Mooney -viskositet på EPDM's lave temperaturegenskaber var ikke signifikant. Imidlertid øges kompressionspermanent deformation ved stuetemperatur, -20 ° C og -40 ° C med stigende molekylmasse. Imidlertid ændrede kompressionssættet ved stuetemperatur, -20 ° C og -40 ° C ikke signifikant med stigende molekylmasse, medens kompressionssættet ved forhøjede temperaturer (175 ° C) viste nogle ændringer for de højere mooney -viskositeter i EPDM -klæbemidlerne.
10. Konklusion
Ethylen- og diolefinindholdet har en signifikant effekt på ydelsen af EPDM -elastomerer i applikationer med lav temperatur, hvor polymerer med lavt ethylenindhold fungerer godt og polymerer med højt diolefinindhold, der forbedres på grund af forstyrret krystallisation af ethylendelen af polymeren. Polymerer med lavt ethylenindhold skal anvendes, når ydelse med lav temperatur er en begrænsning.
