Erinevalt termoplastidest kasutatakse elastomeerisid tavaliselt laias temperatuurides ja oluliselt üle nende klaasist üleminekutemperatuuri (TG). Elastomeeride eelised termoplastide ees on nende võime taastuda peaaegu täielikult tõmbeseisundist (kõrge elastsus), aga ka nende üldistatud elastsus, madal karedus ja madalam mooduliomadused. Kui elastomeerid kasutatakse toatemperatuurist allpool, näitavad need kareduse suurenemist, mooduli suurenemist ja elastsuse vähenemist. Kui elastomeerid kasutatakse allpool toatemperatuurist, on kalduvus kareduseks suureneda, moodul suureneda, elastsus väheneda (madal tõmbejõud) ja kokkusurumine. Sõltuvalt elastomeeri probleemist võivad tekkida kaks nähtust - klaasi kõvenemine ja osaline kristalliseerumine - CR, EPDM, NR on mõned näited elastomeeridest, millel on kristalliseerumine.
1. Ülevaade madala temperatuuri testimisest
Polümeeri omaduste iseloomustamiseks madalatel temperatuuridel on aastaid kasutatud juba aastaid rabelemist, kokkusurumise püsivat deformatsiooni, tagasitõmbumist, kõvenemist ja krüogeenset kõvenemist. Survepinge lõdvestamine on suhteliselt uus ja keskendub materjali tihendusjõu määramisele teatud aja jooksul erinevates keskkonnatingimustes.
2. Britteness'i temperatuur
ASTM D 2137 määratleb rabeduse temperatuuri madalaima temperatuurina, mille korral vulkaniseeritud kumm ei näita kindlaksmääratud mõjutingimustes luumurdu ega rebenemist. Valmistatakse viis eelnevalt kindlaksmääratud kujuga kummist proovi, asetatakse kambrisse või vedelasse söötmesse, allutatud temperatuurile 3 ± 0,5 minutit ja seejärel antakse löögikiirus 2,0 ± 0,2 m/s. Proovid eemaldatakse ja need tehti löögi- või rebenemiskatse. Proov eemaldatakse ja testitakse löögi või luumurru suhtes, kõik ilma kahjustusteta. Testi korrati kuni rabeduse temperatuurini - madalaim temperatuur, mille korral luumurdu ei leitud, oli väga lähedal 1 ° C.
3. madal temperatuuriga kokkusurumine ja madal temperatuuri kõvenemine
Madala temperatuuriga kokkusurumiskomplekti katseprotseduur on väga lähedal standardse kokkusurumise komplekti omale, välja arvatud see, et temperatuuri kontrollitakse mõne energiameetodi abil, näiteks kuiv jää, vedela lämmastik või mehaanilised meetodid, ja väärtus on eelnevalt temperatuurist ± 1 ° C. Pärast kinnitusest taastumist asetatakse proov ka eelseadistatud madalale temperatuurile ja vormitakse läbimõõduga 29 mm ja paksus 12,5 mm. Madala temperatuuriga kokkusurumiskomplekt on kaudne meetod kõnealuse ühendi tihendamiseks. Survepinge lõdvestamine on otsene meetod ja seda arutatakse hiljem. Madala temperatuuri kõvenemine määratakse tavaliselt ka vulkaniseeritud survekomplekti proovi (29 mm x 12,5 mm) abil, kuid testitakse ümber madala temperatuuriga kontrolli korral, mis on sama mis kokkusurumise komplekti korral, ja siis jälle sama temperatuuril kui nende seatud temperatuur. Kõvenemis- ja madala temperatuuriga kokkusurumiskomplekti mõjutab otseselt jahutamine, aga ka polümeeri kalduvus kristalliseeruda, temperatuurist sõltuva kristalliseerumise kiirusega, nt CR kristalliseerub kiiremini umbes -10 ° C paiku ja väheneb seejärel madalamatel temperatuuridel, peamiselt polümeeri ahelate liikumatuse tõttu (molekulaarne sirge).
4. Gehmani madal temperatuuri kõvenemine
ASTM D 1053 kirjeldab madala temperatuuriga kõvenemismeetodit järgmiselt: elastsete polümeerproovide seeria kinnitatakse kindla vääriskonstandiga traadi külge ja traadi teine ots kinnitatakse väändepea külge, mis võimaldab traati keerduda. Proovid sukeldatakse soojusülekande söötmesse konkreetsel temperatuuril alla normi, sel ajal väänatakse väändepea 180 ° võrra ja seejärel keeratakse proovid koguse (alla 180 °) võrra, mis sõltub proovi paindlikkusest ja jäikusest pöördvõrdest. Seejärel kasutage goniomeetri kogust proovi keerdumise koguse, keerdusnurga ja kummimaterjali kõvaduse määramiseks. Süsteemi temperatuur suureneb sellel hetkel järk -järgult ja temperatuuri vastu keerme nurga graafik. Temperatuurid, mille korral moodul jõuab T2, T10 ja T100 -ni, registreeritakse tavaliselt toatemperatuuril moodulväärtusega võrdne.
5. madal temperatuuri tagasitõmbumine (TR -test)
TR -testi kasutatakse proovide võimete hindamiseks tõmbeseisundis, kui madala temperatuuriga mõju määramiseks kasutatakse survepinge abil määratud püsivat deformatsiooni ja survepinge lõdvestamist. Nagu varem kaetud, kristalliseeruvad paljud polümeerid nagu NR ja PVC madalatel temperatuuridel, kuid venitamine võib ka kristalliseeruda, põhjustades madalate temperatuuride omaduste vaatamisel täiendavaid tegureid. Hindamisrakenduste jaoks, näiteks heitgaasi vedrustus, on TR pinge all väga sobiv ja sageli kasutatav. Selles katses on proov piklik (sageli 50% või 100%) ja külmutatakse pikliks olekus. Proov vabastatakse, sel ajal tõstetakse temperatuur proovi taastumise mõõtmiseks kindla kiirusega, mõõdetakse kokkutõmbumise pikkust ja registreeritakse pikenemine. Temperatuure, mille korral proov kahaneb 10%, 30%, 50%ja 70%, on tavaliselt märgitud kui TR10, TR30, TR50 ja TR70. TR10 on seotud rabeduse temperatuuriga; TR70 on seotud proovi püsiva deformatsiooniga madala temperatuuriga kokkusurumisel; ning erinevust TR10 ja TR70 vahel kasutatakse proovi kristalliseerumise mõõtmiseks (mida suurem on erinevus, seda suurem on kalduvus kristalliseeruda).
6. Madala temperatuuriga survepinge lõdvestamine (CSR)
CSR -testi saab kasutada pitseerimismaterjalide jõudluse ja eluea ennustamiseks. Kui elastomeersele ühendile antakse pidev deformatsioon, luuakse kombineeritud jõud ja materjali võime säilitada see jõud teatud keskkonnavahemikus mõõdab selle pitseerimisvõimet. Nii füüsikalised kui ka keemilised mehhanismid soodustavad stressi lõdvestamist, tuginedes ajale ja temperatuurile, domineerib üks tegur, füüsilist lõdvestamist täheldatakse madalatel temperatuuridel vahetult pärast antud pinget, mis viib ahela ümberkorraldamise ja kummist täispindade muutusteni ning stressi eemaldamise süsteemi lõdvestumiseni. Kõrgematel temperatuuridel määrab keemiline koostis lõõgastumise kiiruse, kui füüsikalised protsessid on juba väikesed ja keemiline lõdvestus on pöördumatu, põhjustades ahela purunemise ja ristsidumise reaktsioone. Temperatuuri tsüklimine või temperatuuri järsk tõus võib mõjutada elastomeeride pinge lõdvestamist. CSR -testi ajal asetatakse katseproov
CSR -testimise ajal suureneb stressi lõdvestamine, kui katseproov on kõrgendatud temperatuuriga. Kui stressi lõdvestamine toimub testi alguses, suureneb kõigepealt täiendav lõdvestus ja sellel on esimese tsükli jooksul maksimaalne väärtus. Tihendiproovide saamiseks (19 mm välisläbimõõt, sisemise läbimõõt 15 mm) saamiseks surutakse elastse kinnitusega tihendatavaks proovile oma toatemperatuuri paksuseni 25%ja 25 ℃ keskkonnakatsekambrisse, temperatuuril 25 ℃ kuni 24H, 24 -aastase temperatuuriga temperatuuril 24h, kuni järgmise temperatuuriga temperatuuril -24h, temperatuuril 25 ℃, mis on 24 -aastane temperatuuril, temperatuuril 25 ℃. Aeg testi temperatuuril, testi temperatuur, pidev jõu määramine. Jõu mõõtmine toimub pidevalt kogu katseaja temperatuuril.
7. Etüleenisisalduse mõju
7.1 etüleenisisaldus mõjutab EPDM -i polümeeride madala temperatuuri jõudlusele suurimat mõju. Polümeerisid, mille etüleenisisaldus oli vahemikus 48% kuni 72%, hinnati kvaliteetsete tihenduspreparaatide abil. Kõigi eesmärk on vähendada Mooney viskoossuse erinevusi, tutvustades ENB -d nendes erinevates polümeerides.
EPDM kumm on amorfne, kui etüleen/propüleensuhe on võrdne ja kahe monomeeri jaotus polümeeriahelas on juhuslik. 48% ja 54% etüleenisisaldusega EPDM ei kristalliseeru toatemperatuuril ega sellest kõrgemal. Kui etüleenisisaldus ulatub 65%-ni, hakkavad etüleenijärjestused suurenema arvu ja pikkusega ning võivad moodustada kristalle, mida täheldatakse DSC kõverate kristalliseerumispiikides umbes 40 ° C. Mida suurem on DSC tipp, seda suuremad on moodustuvad kristallid.
7.2 Lisaks etüleensisalduse mõjule hiljem käsitletud madala temperatuuriga omadustele mõjutab kristalliidi suurus kristalle sisaldavate ühendite segamise ja töötlemise lihtsust. Mida suurem on kristalliidi suurus, seda rohkem on segunemisjärgus vaja soojust ja nihketööd, et polümeeri täielikult ühendada teiste komponentidega. EPDM -ühendite toores kummitugevus suureneb etüleenisisalduse suurenemisega. Tihenduspreparaatides, kus mõõdeti etüleenisisaldust, põhjustas etüleenisisalduse suurenemine 50% -lt 68% -ni vähemalt kummi tugevuse suurenemise. Toa-temperatuuri kõvadus suureneb ka etüleenisisalduse suurenemisega. Kalda Amorfse polümeerliimi kõvadus on 63 °, samas kui kaldal on kõrgeima etüleenisisaldusega polümeeri kõvadus 79 °. Selle põhjuseks on etüleenjärjestuse suurenemine, kristalliseerumise suurenemine liimis ja termoplastiliste polümeeride vastav suurenemine.
7.3 Kui kõvadust mõõdetakse madalatel temperatuuridel, vastupidiselt kõrge etüleenisisaldusega polümeeridele, näitavad amorfsed polümeerid vähem kareduse muutust, samas kui kõrgema etüleenisisalduse kareduse muutumine ei näita lineaarset mustrit ja karedus püsib toatemperatuuril kõrgel, nii et kõrgemat etüleenisisaldust sisaldavad polümeerid jäävad madalaks.
7.4 Kompressioonikomplekt sõltub suuresti katsetemperatuurist. Kui testitakse temperatuuril 175 ° C, ei ole ühegi polümeeri vahel erinevusi kokkusurumisel (komplekti mõjutab ühendi kujundus ja vulkaniseerimissüsteemi valik). Pärast etüleenkristallide sulamist on polümeeril amorfne vorm ja etüleenisisalduse mõju uurimiseks tehti temperatuuril 23 ° C. Kõrgema etüleensisaldusega polümeeridel on selgelt suurem püsiv deformatsioon (rohkem kui kaks korda rohkem) ja etüleensisalduse mõju on veelgi suurem, kui seda testitakse temperatuuril -20 ° C ja -40 ° C. Enam kui 60% etüleenisisaldusega polümeeridel on kõrge püsiv deformatsioon (> 80%); temperatuuril -40 ° C on ainult täielikult amorfsetel polümeeridel püsiv deformatsioon (17%).
7.5 Etüleenisisalduse mõju madalale temperatuurile kõvenemisele Gehmani testidest. Arvestades temperatuuri, seda suurem on nurk, seda madalam on jäikuse suurenemine (või mooduli suurenemine). Madalatel temperatuuridel suureneb jäikuse moodul etüleensisalduse suurenemisega märkimisväärselt. Amorfsete polümeeride puhul on T2 -47 ° C, samas kui kõrgeima etüleensisalduse polümeeri T2 on ainult -16 ° C.
7.6tr mõõtes proovide kokkutõmbumise taastamist pärast pikenduse külmutamist, et etüleensisaldus on testimismeetodile oluline mõju, mis sarnaneb jällegi Gehmani testiga.
See sarnaneb Gehmani testiga. Erinevate polümeeride kokkutõmbumine (%) varieerub temperatuuri funktsioonina, amorfsete polümeeride korral on madalatel temperatuuridel suurim kahanemise taastumine; Nagu ennustatud, halveneb taastumine, kui etüleensisaldus suureneb antud temperatuuril.
Taastumine halveneb. TR10 väärtus varieerub amorfsete polümeeride -53 ° C -st kuni -28 ° C -ni kõrge etüleeni sisaldusega polümeeride puhul.
7.7 Survepinge lõdvestamise (CSR) tsükkel
Tsükkel. Suruge ühendid kokku, laske neil lõdvestuda temperatuuril 25 ° C 24 tundi ja asetage need siis temperatuuri tsüklisse vahemikus -20 ° C kuni 110 ° C vahelduvalt 24 tundi. Esmakordselt kokkusurutamisel, pärast tasakaalustamisperioodi, on kristalsel polümeeril E suurem stressi kadu kui amorfsel polümeeril ja kui see langeb temperatuurini -20 ° C, väheneb kahe polümeeri tihendusjõud, samas kui amorfsel polümeer A on kõrge stressipeetus (suurem F/F0). Ühendi kuumutamine temperatuurini 110 ° C taastas selle tihendusjõu ja kui tuua tagasi temperatuurini -20 ° C, oli kristalse polümeeri ülejäänud tihendusjõud vähem kui 20% selle väärtusest, mida peetakse enamiku rakenduste jaoks üldiselt liiga madalaks, amorfse polümeeriga säilitatakse rohkem kui 50% tihendamisjõust ja amorfoosne polümeerist taas kui kristalliline polümer kui. Järgmine tsükkel andis sarnased järeldused. On selge, et amorfsed polümeerid on tihendusrakenduste jaoks paremad, kus on vaja kõrget ja madalat temperatuuri jõudlust.
8. Diolefiini sisu mõju
Vulkaniseerimiseks vajaliku küllastumata punkti saamiseks lisatakse etüleeni propüleeni polümeeridele mittekonjugeerimata diolefiinid nagu ENB, HX ja DCPD. Üks kahekordne side reageerib polümeermaatriksis, teine aga polümeriseeritud molekulaarse ahela komplemendina ja annab vulkaniseerumispunkti väävli kollase vulkaniseerimise jaoks. ENB mõju hinnati esiklaasi (vihma) baariprofiilides. Võrreldi polümeerisid, mis sisaldasid 2%, 6% ja 8% ENB. ENB lisamisel oli oluline mõju vulkaniseerumise omadustele ja ristsideme tihedusele. Moodul suurenes, samas kui pikenemine vähenes märkimisväärselt. Kõvadus suurenes ja kokkusurumiskomplekt paranes temperatuuri tõusu ajal. Kui ENB sisu suureneb, muutub söestumisaeg lühemaks.
ENB on amorfne materjal ja polümeeri selgroole lisamisel häirib see polümeeri etüleeniosa kristalliseerumist, nii et sama etüleenisisaldusega polümeerid on võimalik saada ja ENB kõrgem sisaldus parandab madala temperatuuriga omadusi. Toatemperatuuril parandab kõrgem ENB sisaldus pisut paranenud ristsideme tiheduse tõttu survekomplekti. Madalatel temperatuuridel on kõrgema ENB sisaldusega polümeeride kokkusurumiskomplekt oluliselt parem kui 2% ENB sisaldusega polümeeridel. ENB sisalduse mõju rabeduse temperatuurile, temperatuuri tagasitõmbamisele ja Gehmani testile ei näidanud olulist erinevust polümeeride vahel üldiselt ning Gehmani testi ja TR-testi vahel näitas iga polümeeri madalama temperatuuri omaduste paranemist ENB sisaldusega suureneva ENB sisaldusega.
9. Mooney viskoossuse mõju madala temperatuuriga omadustele
On hästi teada, et Mooney viskoossus (molekulmass) mõjutab olulist mõju elastomeeride töötlemiskäitumisele. Ekstrusiooni- ja vormimisrakendustes ekstrusiooni- ja vormimisrakendustes on oluline valida sobiva Mooney viskoossuse väärtusega ühend. Kasutades sama koostist, mida kasutati kolmanda monomeeri mõju ENB, kasutades madala temperatuuriga omadustele Mooney viskoossuse uurimiseks, võrreldi polümeeri viskoossust 30, 60 ja 80 ning ühendite Mooney viskoossus suurenes, kuna kasutatud Mooney viskoossus suurenes. Tõmbetugevus, moodul ja toores kummitugevus suurenesid Mooney viskoossuse suurenemisega. Mooney viskoossuse mõju EPDM -i madala temperatuuriga omadustele ei olnud märkimisväärne. Kuid surundusega püsiv deformatsioon toatemperatuuril, -20 ° C ja -40 ° C suurenevad molekulmassi suurenemisega. Kuid toatemperatuuril, -20 ° C ja -40 ° C ei muutunud märkimisväärselt molekulmassi suurenemisega, samas kui kõrgendatud temperatuuril (175 ° C) oli kokkusurumine EPDM -i lihvide kõrgemate Mooney viskoossuse osas mõningaid muutusi.
10. Järeldus
Etüleeni ja diolefiinisisaldusel on oluline mõju EPDM elastomeeride jõudlusele madala temperatuuriga rakendustes, kusjuures madala etüleenisisaldusega polümeerid täidavad hästi hästi ja polümeeridega kõrge diolefiinisisaldusega polümeerid paranevad polümeeri etüleeni osa häiritud kristalliseerumise tõttu. Madala etüleensisaldusega polümeerisid tuleks kasutada siis, kui madala temperatuuri jõudlus on piirang.
