Entwicklung hochelastischer Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Klebstoffe (EPDM) für die Wasserdampfbeständigkeit bei hohen Temperaturen

1 Auswahl an Rohkautschuk

Die Gummidichtung des Plattenwärmetauschers dient gleichzeitig der Gasseite der hohen Temperatur, der Wasserseite der Rolle des Hochdrucks und hat auch Kontakt mit der Luft, wodurch die Arbeitsbedingungen anspruchsvoller werden. Daher sollte das Material eine sehr gute Wärmekompressionsbeständigkeit aufweisen und dem Medium Wasser und dessen Dampf standhalten können. Unter solchen Bedingungen sollte ein Propylen-Massenanteil von 40 % bis 50 % des EPDM gewählt werden, da diese Art der EPDM-Elastizität die beste ist.

 

EPDM mit hohem Massenanteil an drittem Monomer weist eine gute Elastizität und einen niedrigen Druckverformungsrest auf; Aufgrund des hohen Vernetzungsgrades sind jedoch die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung geringer und auch die Alterungsbeständigkeit ist schlecht. Darüber hinaus ist die Alterungsbeständigkeit von EPDM mit ENB als drittem Monomer besser als die von EPDM mit HD.

 

2 Aushärtesystem

Im Allgemeinen kann EPDM-Kautschuk mit zwei Arten von Vulkanisationssystemen vulkanisiert werden: Peroxid- und Schwefelgelbvulkanisation. Die vernetzende Bindungsstruktur des Peroxid-Vulkanisationssystems ist eine CC-Bindung, während die vernetzende Bindungsstruktur des Schwefel-Vulkanisationssystems eine CS-Bindung ist. Die CC-Bindung ist thermisch wesentlich stabiler als die CS-Bindung, daher wird hochtemperaturbeständiger EPDM-Gummi mit Peroxid vulkanisiert. Das am häufigsten verwendete Peroxid ist DCP. Mit der Erhöhung der DCP-Dosierung wandelt sich der vulkanisierte Kautschuk allmählich von der anfänglichen Unterschwefelung, der geringen Festigkeit und der großen Verformung in eine Zunahme der Festigkeit und eine Abnahme der Verformung um; dann wird der Vulkanisationsgrad weiter erhöht, die Festigkeit beginnt abzunehmen und die Verformung erreicht ein Minimum; Schließlich beginnt nach dem Überschuss an Vulkanisationsmittel ein Teil der Molekülkette, den Kettenabbau zu brechen, die Festigkeit nimmt weiter ab und die Verformung nimmt allmählich zu.

 

3.Füller

EPDM gehört zu nichtkristallinem Kautschuk, die Festigkeit des Rohkautschuks ist nicht hoch. Durch die Zugabe von verstärkendem Füllstoff wird die Festigkeit jedoch deutlich erhöht. Verstärkende Füllstoffe haben im Allgemeinen nur geringe Auswirkungen auf die Hitzebeständigkeit, aber eine Erhöhung der Füllstoffmenge trägt dennoch dazu bei, die Hitzebeständigkeit des Gummis zu verbessern, aber auch die Kosten zu senken.

 

Mit zunehmender Rußqualität nimmt der Druckverformungsrest ab, die Elastizität nimmt zu und die Festigkeit nimmt ab. Die Festigkeit von N990-Ruß ist zu gering und in der Produktion schwer zu kontrollieren, sodass er nicht verwendet wird. Durch die Wahl von N762-Ruß kann ein niedriger Wert für den Druckverformungsrest erreicht werden. Um die Dispersion von Ruß zu erleichtern und eine gute Verarbeitungsleistung zu erzielen, wählen Sie eine kleine Menge Weichmacher-Paraffinöl, das sehr gut mit Ethylen-Propylen-Kautschuk kompatibel ist.

 

4. Vernetzungsmittel

Es gibt keine ungesättigte Bindung in der Hauptkette von EPDM, obwohl eine Peroxidvulkanisation verwendet werden kann, aber die Vulkanisationsgeschwindigkeit ist langsam und die Vernetzungseffizienz gering. Um den Vulkanisationsprozess zu stabilisieren und zu beschleunigen, ist die Verwendung von Vernetzungsmitteln erforderlich. Das behandelte TAC/GR eignet sich besser zum Dispergieren und Wiegen.

 

Mit der Erhöhung der TAC/GR-Menge nahmen die Zugfestigkeit, die Bruchdehnung und die bleibende Kompressionsverformung des vulkanisierten Gummis ab und der MH-Wert der konstanten Zugspannung stieg an. Es ist zu erkennen, dass die Vernetzungsdichte des vulkanisierten Kautschuks verbessert wurde, die mechanischen Eigenschaften abnahmen, die Elastizität jedoch größer wurde. Gleichzeitig sank der ML-Wert, was darauf hindeutet, dass die Mooney-  Viskosität abnahm, die Fließfähigkeit des Gummis zunahm und er sich leicht verarbeiten ließ; ts1 blieb grundsätzlich unverändert, der t90-Wert wurde verkürzt und die Vulkanisationsgeschwindigkeit wurde offensichtlich verbessert. Die Alterungsleistung war bei 1,5 TAC/GR schlechter. Dies kann auf das Vorhandensein eines Vernetzungshilfsmittels zurückzuführen sein, das den Peroxid-Vulkanisationsprozess aktiviert, die Vulkanisationszeit verkürzt und die Möglichkeit eines Bruchs der Kautschukmolekülkette und einer Disproportionierung bei hohen Temperaturen verringert. Wenn die Menge zu hoch ist, verstärkt sich die Alterungsvernetzung des Gummis und verringert sich die Hitzebeständigkeit von EPDM. Nach dem Vergleich ist die bleibende Kompressionsverformung bei 2phr besser und die Wärmebeständigkeit wird nicht wesentlich beeinträchtigt, sodass TAC/GR bei 2phr verwendet wird.

 

5. Antioxidans

EPDM kann über einen langen Zeitraum bei 150 verwendet werden °C , aber jenseits von 150 °C beginnen die Moleküle allmählich zu altern, und bei 180 °C zersetzt sich die Molekülkette des Gummis langsam. Um die Leistung bei hohen Temperaturen weiter zu verbessern, müssen schützende Zusätze verwendet werden. Bei Wasserdampfmedien kann das Antioxidans RD verwendet werden, das zwar hohen Temperaturen standhält, aber die Vulkanisation nicht so leicht beeinträchtigt. Darüber hinaus können 0,5 phr Antioxidans D verwendet werden, um die Widerstandsfähigkeit gegen Luftsauerstoff zu stärken und die Biegeermüdungsbeständigkeit zu verbessern. Das Verhältnis von RD/Anti-Butyl = 1,8/0,5.

 

Abschluss

Bei der Entwicklung von wasserdampfbeständigem, hochelastischem EPDM-Gummi bei hohen Temperaturen liegt der Schwerpunkt auf der Erfüllung der mechanischen Eigenschaften unter der Prämisse, die Alterungsbeständigkeit zu maximieren und den Wert der bleibenden Kompressionsverformung zu verringern.

(1) Der rohe EPDM-Kautschuk wird mit 40–50 % Propylen und einem mittleren Massenanteil von ENB als drittem Monomer ausgewählt.

(2) Das Vulkanisationssystem nutzt DCP/TAC, was zur Verbesserung der Vernetzungseffizienz, Alterungsbeständigkeit und Prozessleistung beiträgt.

(3) Verwenden Sie so viel wie möglich hochelastischen Ruß N762, der dazu beitragen kann, die Beständigkeit gegen Mediendurchlässigkeit und Alterungsleistung zu verbessern und die Kosten zu senken.

(4) Übernehmen Sie das Schutzsystem Antioxidans RD/Antioxidans D, mit dem Hochtemperatur-Antioxidans RD als Hauptsystem und dem biegeermüdungsbeständigen und ozonbeständigen Antioxidans D als Hilfssystem.

(5) Der Produktionsprozess nutzt eine Hochtemperatur-Sekundärvulkanisation, um den Vulkanisationsgrad zu erhöhen.

(6) Die Leistung von EPDM in überhitztem Wasser und Wasserdampf ist offensichtlich besser als in Luft (gleiche Temperatur). Aber trotzdem beträgt die Temperatur auf lange Sicht immer noch nicht mehr als 150 ℃ ; Eine Aufpralltemperatur von 165 °C ist angemessen, die höchste darf 180 °C nicht überschreiten.