Termoplastikoak ez bezala, elastomeroak tenperatura sorta zabalean erabiltzen dira normalean eta haien beira-trantsizio tenperatura (Tg) nabarmen baino gehiago. Elastomeroek termoplastikoekiko dituzten abantailak trakzio egoeratik ia erabat berreskuratzeko gaitasuna dira (elastikotasun handia), baita elastikotasun orokortua, gogortasun txikia eta modulu baxuko propietateak ere. Elastomeroak giro-tenperaturatik behera erabiltzen direnean, gogortasuna handitzea, modulua handitzea eta elastikotasuna gutxitzea erakusten dute. Elastomeroak giro-tenperaturatik behera erabiltzen direnean, gogortasuna handitzeko joera dago, modulua handitzeko, elastikotasuna gutxitzeko (trakzio baxua) eta konpresioa handitzeko. Elastomeroaren arazoaren arabera, bi fenomeno gerta daitezke aldi berean - beira gogortzea eta kristalizazio partziala - CR, EPDM, NR kristalizazioa erakusten duten elastomeroen adibide batzuk dira.
1. Tenperatura baxuko proben ikuspegi orokorra
Hauskortasuna, konpresioaren deformazio iraunkorra, erretrakzioa, gogortzea eta gogortze kriogenikoa urte askotan erabili izan dira polimeroen propietateak tenperatura baxuetan ezaugarritzeko. Konpresio-tentsioaren erlaxazioa nahiko berria da eta material baten zigilatzeko indarra denbora-tarte batean ingurumen-baldintza ezberdinetan zehazten du.
2. Hauskortasuna Tenperatura
ASTM D 2137-k hauskortasun-tenperatura gisa definitzen du bulkanizatutako kautxuak hausturarik edo hausturarik erakutsiko ez duen inpaktu-baldintzetan. Aurrez zehaztutako formako bost gomazko ale prestatzen dira, ganbera edo medio likido batean jartzen dira, 3±0,5min-tan ezarritako tenperaturan jarri eta gero 2,0±0,2m/s-ko talka-abiadura ematen zaie. Aleak kendu eta talka- edo haustura-proba bat egiten dute. Alea kendu eta inpaktua edo haustura probatzen da, dena kalterik gabe. Proba hauskortasun-tenperaturaraino errepikatu zen - hausturarik aurkitu ez zen tenperatura baxuena 1°C-tik oso gertu zegoen.
3. Tenperatura baxuko konpresio multzoa eta tenperatura baxuko gogortzea
Tenperatura baxuko konpresio-multzoaren proba-prozedura konpresio-multzo estandarraren oso hurbil dago, tenperatura energia-metodoren batek kontrolatzen duela izan ezik, izotz lehorra, nitrogeno likidoa edo metodo mekanikoen bidez, eta balioa aurrez ezarritako tenperaturaren ± 1°C-ren barruan dago. Gailutik berreskuratu ondoren, alea aurrez ezarritako tenperatura baxuan jartzen da eta 29 mm-ko diametroa eta 12,5 mm-ko lodiera moldatzen dira. Tenperatura baxuko konpresio multzoa kasuan kasuko konposatuaren aplikazioak zigilatzeko zeharkako metodoa da. Estres konpresiboaren erlaxazioa metodo zuzena da eta geroago eztabaidatuko da. Tenperatura baxuko gogortzea normalean konpresio-multzo bulkanizatu baten lagin bat erabiliz zehazten da (29 mm x 12,5 mm), baina berriro probatu da tenperatura baxuko kontrol batean, hau da, konpresio-multzoaren berdina den, eta, ondoren, berriro ezarri duten tenperatura berean. Gogortzeak eta tenperatura baxuko konpresio multzoak hozteak eragiten du zuzenean, baina baita polimeroak kristalizatzeko duen joerak ere, kristalizazio-abiadura tenperaturaren araberakoa izanik, adibidez, CR azkarren kristalizatzen da -10 °C inguruan, eta gero tenperatura baxuagoetan murrizten da, batez ere polimero-katearen segmentuen inmobilismoaren ondorioz (kate molekularrak berriro izoztu aurretik).
4. Gehman tenperatura baxuko gogortzea
ASTM D 1053-k honela deskribatzen du tenperatura baxuko gogortze-metodoa: polimero elastikoko ale sorta bat bihurdura-konstante ezaguna duen hari bati finkoki lotzen zaio, eta hariaren beste muturra hari bihurritu ahal izateko gai den tortsio-buru bati lotzen zaio. Laginak bero-transferentziako medio batean murgiltzen dira normalaren azpitik dagoen tenperatura zehatz batean, eta, momentu horretan, torsio-burua 180°-ko bihurritu egiten da, eta, ondoren, aleak laginaren malgutasunaren eta zurruntasunaren alderantzizkoaren menpe dagoen kopuru batean (180° baino gutxiago) bihurritzen dira. Ondoren, erabili goniometroaren kopurua alearen bihurridura, bira angelua eta gomazko materialaren gogortasuna zehazteko. Puntu honetan sistemaren tenperatura pixkanaka handitzen da, eta tenperaturaren aurkako bihurridura-angeluaren grafikoa lortzen da. Modulua T2, T10 eta T100ra iristen den tenperaturak normalean, giro-tenperaturan dagoen moduluaren balioaren berdinak dira.
5. Tenperatura baxuko erretrakzioa (TR proba)
TR proba tentsio-egoeran ale baten gaitasuna ebaluatzeko erabiltzen da, tenperatura baxuko efektuak zehazteko deformazio iraunkor konpresiboa eta tentsio konpresiboaren erlaxazioa erabiltzen direnean. Lehenago azaldu bezala, NR eta PVC bezalako polimero asko tenperatura baxuetan kristalizatuko dira, baina luzatzeak ere kristalizatu egin daitezke, tenperatura baxuko propietateei begira faktore gehigarriak eraginez. Ebaluazio-aplikazioetarako, hala nola ihes esekidura, TR tentsiopean oso egokia eta maiz erabiltzen da. Proba honetan, alea luzatu egiten da (askotan % 50 edo % 100ean) eta egoera luzantuan izozten da. Alea askatzen da, eta momentu horretan tenperatura zehaztutako abiaduran igotzen da laginaren berreskurapena neurtzeko, uzkurduraren luzera neurtzen da eta luzapena erregistratzen da. Laginak % 10, % 30, % 50 eta % 70 txikitzen dituen tenperaturak TR10, TR30, TR50 eta TR70 gisa adierazi ohi dira. TR10 hauskortasun-tenperaturari dagokio; TR70 laginaren deformazio iraunkorrari dagokio tenperatura baxuko konpresioan; eta TR10 eta TR70-ren arteko aldea alearen kristalizazioa neurtzeko erabiltzen da (zenbat eta aldea handiagoa izan, orduan eta handiagoa izango da kristalizatzeko joera).
6 . Tenperatura Beheko Konpresio Estresaren Erlaxazioa (CSR)
CSR proba zigilatzeko materialen errendimenduari eta bizitzari buruzko iragarpenak egiteko erabil daiteke. Konposatu elastomero bati etengabeko deformazioa ematen zaionean, indar konbinatua sortzen da, eta materialak indar hori ingurune-tarte jakin batean mantentzeko duen gaitasunak zigilatzeko duen gaitasuna neurtzen du. Bi mekanismo fisikoek eta kimikoek estresa erlaxatzen laguntzen dute, denboran eta tenperaturan oinarrituta, faktore bat nagusituko da, erlaxazio fisikoa tenperatura baxuetan ikusten da, estres jakin baten ondoren berehala, eta horrek katearen berrantolaketa eta kautxu-betegarri eta betegarri-betegarri gainazaletan aldaketak eragiten ditu, eta estresa kentzeko sistemaren erlaxazioa itzulgarria da. Tenperatura altuagoetan, konposizio kimikoak erlaxazio-abiadura zehazten du, prozesu fisikoak dagoeneko txikiak direnean eta erlaxazio kimikoa itzulezina denean, kate-haustura eta gurutzatze-erreakzioen ondorioz. Tenperaturaren zikloak edo tenperaturaren bat-bateko igoerak eragina izan dezake elastomeroetan estresa erlaxatzean. CSR proban, probako alea jartzen da
CSR probetan, estresaren erlaxazioa areagotzen da probako laginak tenperatura altuetan jasaten dituenean. Estresaren erlaxazioa probaren hasieran gertatzen bada, erlaxazio gehigarriaren kantitatea handitzen da lehenengo eta balio maximoa du lehen zikloan zehar. Tentsio-proba handi batean junta-laginak ekoizteko (19 mm-ko kanpo-diametroa, barne-diametroa 15 mm-ko), osagarri elastiko batekin laginarekin konprimituko da bere giro-tenperaturaren % 25eko lodiera arte, eta 25 ℃-tan ingurumen-saiakuntza-ganbaran, 25 ℃-ko tenperatura 24h mantentzeko, eta ondoren 4 ℃ -20 orduz mantenduko da. hurrengo tenperatura -20 ~ 110 ℃ arteko 24 orduko zikloa, proba-denbora osoa proba-tenperaturan, proba-tenperatura, etengabeko indarraren zehaztapena. Indarraren neurketa etengabe egiten da proba-denboran zehar proba-tenperaturan.
7. Etileno Edukiaren eragina
7.1 Etileno edukiak eragin handiena du EPDM polimeroen tenperatura baxuko errendimenduan. % 48tik % 72ra bitarteko etileno edukia duten polimeroak kalitate handiko zigilatzeko formulazioetan ebaluatu ziren. Guztiek mooney biskositatearen aldakuntza murriztea dute helburu, polimero ezberdin horietan ENB sartuz.
EPDM kautxu amorfoa da etileno/propileno erlazioa berdina bada eta polimero-katean bi monomeroen banaketa ausazkoa bada. % 48 eta % 54 etileno edukia duen EPDM ez da giro-tenperaturan edo gorago kristalizatzen. Etileno-edukia %65era iristen denean, etileno-sekuentziak kopuruaz eta luzera handitzen hasten dira eta kristalak sor ditzakete, DSC kurbetako kristalizazio-gailurretan 40°C inguruan ikusten direnak. DSC gailurrak zenbat eta handiagoak izan, orduan eta handiagoak izango dira eratzen diren kristalak.
7.2 Geroago eztabaidatuko den tenperatura baxuko propietateetan etileno edukiak duen eraginaz gain, kristalitoaren tamainak kristalak dituzten konposatuen nahasketa eta prozesatzeko erraztasunari eragiten dio. Zenbat eta handiagoa izan kristalitaren tamaina, orduan eta bero eta zizaila lan gehiago behar da nahasketa fasean polimeroa beste osagaiekin guztiz nahasteko. EPDM konposatuen kautxu gordinaren indarra areagotzen da etileno-edukia handitu ahala. Etileno-edukiaren eragina neurtu zen zigilatzeko formulazioetan, etileno-edukiaren %50etik %68ra igotzeak gomaren indarra lau aldiz handitu zuen gutxienez. Giro-tenperaturako gogortasuna ere handitu egiten da etileno-edukia handitu ahala. Polimero amorfo itsasgarriaren Shore A gogortasuna 63°-koa da, eta etileno-eduki handiena duen polimeroaren Shore A gogortasuna 79°-koa da. Hau etilenoaren sekuentzia handitzearen, itsasgarriaren kristalizazioaren gehikuntzaren eta polimero termoplastikoen igoeraren ondorioz gertatzen da.
7.3 Gogortasuna tenperatura baxuetan neurtzen denean, etileno-eduki handia duten polimeroen aldean, polimero amorfoek gogortasun-aldaketa gutxiago erakusten dute, eta etileno-eduki handiagoaren gogortasunaren aldaketak ez du eredu lineal bat erakusten eta gogortasunak altua izaten jarraitzen du giro-tenperaturan, eta horrela etileno-eduki handiagoa duten polimeroek tenperatura baxuenetan jarraitzen dute.
7.4 Konpresio-multzoa probaren tenperaturaren menpe dago neurri handi batean. 175 °C-tan probatzen bada, ez dago konpresio-multzoaren desberdintasunik polimeroren artean (multzoa konposatuaren diseinuak eta bulkanizazio-sistemaren aukerak eragina du). Etileno-kristalak urtu ondoren, polimeroak forma amorfoa erakusten du, eta etileno-edukiaren eragina aztertzeko, 23°C-tan egin ziren probak. Etileno-eduki handiagoa duten polimeroek argi eta garbi deformazio iraunkor handiagoa dute (bikoitza baino gehiago), eta etileno-edukiaren eragina are handiagoa da -20 °C eta -40 °C-tan probatzen denean. Etileno-edukia %60 baino gehiago duten polimeroek deformazio iraunkor handia dute (>%80); -40°C-tan, polimero guztiz amorfoek bakarrik dute deformazio iraunkor baxua (%17).
7.5 Etileno-edukiaren eragina tenperatura baxuko gogortzean Gehman proben arabera. Tenperatura bat emanda, zenbat eta izkina handiagoa izan, orduan eta txikiagoa izango da zurruntasunaren (edo moduluaren igoera). Tenperatura baxuetan, zurruntasun modulua nabarmen handitzen da etileno-edukia handitzean. Polimero amorfoentzat, T2 -47 °C-koa da, eta etileno eduki handieneko polimeroak -16 °C-ko T2 besterik ez du.
7.6TR Luzapena izoztu ondoren aleen uzkurdura berreskuratzea neurtzean, etileno edukiak eragin handia du proba metodoan, Gehman probaren antzekoa dena.
Gehman probaren antzekoa da. Hainbat polimeroren uzkurdura (%) tenperaturaren arabera aldatzen da, polimero amorfoek tenperatura baxuetan duten uzkurtze-berreskurapen handiena dute; hala ere, aurreikusi bezala, susperraldia okertu egiten da etileno-edukia tenperatura jakin batean handitzen den heinean.
berreskuratzeak okerrera egiten du. TR10-ren balioa -53 °C-tik polimero amorfoetarako -28 °C-ra eta etileno-eduki handia duten polimeroetarako aldatzen da.
7.7 Estres konpresiboaren erlaxazioa (CSR) zikloa
Zikloa. Konposatuak konprimitu, utzi 25 °C-tan erlaxatzen 24 orduz eta, ondoren, -20 °C-tik 110 °C bitarteko tenperatura-ziklo batean jarri 24 orduz tarteka. Lehen aldiz konprimitzen denean, oreka-aldiaren ondoren, E polimero kristalinoak tentsio-galera handiagoa du polimero amorfoak baino, eta -20°C-ra jaisten denean bi polimeroen zigilatzeko indarra gutxitzen da, A polimero amorfoak tentsioaren atxikipen handia du (F/F0 handiagoa). Konposatua 110 °C-ra berotzeak bere zigilatzeko indarra berreskuratu zuen, eta -20 °C-ra itzultzean, polimero kristalinoaren gainerako zigilatze indarra bere balioaren % 20 baino txikiagoa izan zen, orokorrean aplikazio gehienetarako baxuegia dena, polimero amorfoak zigilatzeko indarraren % 50 baino gehiago atxiki baitzuen, eta polimero amorfoa berriz estaldura amorfoa baino handiagoa zuen. Hurrengo zikloak antzeko ondorioak atera zituen. Argi dago polimero amorfoak hobeak direla tenperatura altuko eta baxuko errendimendua behar den zigilatzeko aplikazioetarako.
8. Diolefin Edukiaren eragina
Bulkanizaziorako beharrezkoa den puntu asegabea emateko, ENB, HX eta DCPD bezalako diolefina ez-konjokatuak gehitzen zaizkie etileno-propileno polimeroei. Lotura bikoitz batek polimero-matrizean erreakzionatzen du, bigarrenak, berriz, polimerizatutako kate molekularraren osagarri gisa jokatzen du eta sufre horia bulkanizatzeko bulkanizazio-puntua ematen du. ENBren eragina haizetako (euria) barren profiletan ebaluatu da. ENB % 2, % 6 eta % 8 zuten polimeroak alderatu ziren. ENB gehitzeak eragin handia izan zuen bulkanizazio-ezaugarrietan eta lotura-dentsitatean. Modulua handitu egin zen elongazioa nabarmen gutxitu zen bitartean. Gogortasuna handitu eta konpresio-multzoa hobetu zen tenperatura igotzean. ENB edukia handitzen den heinean, kiskatze-denbora laburtu egiten da.
ENB material amorfoa da, eta polimeroaren bizkarrezurrari gehitzen zaionean, polimeroaren etileno zatiaren kristalizazioa eten egiten du, etileno-eduki bera duten polimeroak lor daitezke, eta ENB eduki handiagoak tenperatura baxuko propietateak hobetzen ditu. Giro-tenperaturan, ENB eduki handiagoak apur bat hobetzen du konpresio-multzoa, gurutze-dentsitatea hobetu delako. Hala ere, tenperatura baxuetan, ENB eduki handiagoa duten polimeroen konpresio multzoa %2 ENB edukia duten polimeroena baino nabarmen hobea da. ENB edukiaren eragina hauskortasun-tenperaturan, tenperatura-erretrakzioan eta Gehman-en proban ez zuten polimeroen arteko hauskortasun-tenperaturan desberdintasun handirik erakutsi orokorrean, eta Gehman-en probarako eta TR probarako, polimero bakoitzak tenperatura baxuko propietateen hobekuntza erakutsi zuen ENB edukia handituz.
9. Mooney Biskositateak Tenperatura Beheko Propietateetan duen eragina
Jakina da mooney biskositateak (masa molekularra) eragin handia duela elastomeroen prozesatzeko portaeran. Estrusio- eta moldura-aplikazioetan Estrusio- eta moldura-aplikazioetan, garrantzitsua da Mooney-ren biskositate-balio egokia duen konposatu bat hautatzea. Mooney-ren biskositatea aztertzeko hirugarren monomeroaren, ENB-ren eragina ikertzeko erabili zen formulazio bera erabiliz, Mooney-ren biskositatea aztertzeko, 30, 60 eta 80-ko Mooney-ko biskositateak zituzten polimeroak alderatu ziren, eta konposatuen Mooney-ren biskositatea handitu zen erabilitako polimeroen Mooney-ko biskositatea hazi ahala. Trakzio-erresistentzia, modulua eta kautxu gordinaren indarra handitu egin zen Mooney-ren biskositatea handitzean. Mooney biskositateak EPDMren tenperatura baxuko propietateetan duen eragina ez zen esanguratsua izan. Hala ere, konpresio-deformazio iraunkorra giro-tenperaturan, -20°C eta -40°C-tan handitu egiten da masa molekularra handitu ahala. Hala eta guztiz ere, giro-tenperaturan, -20 °C eta -40 °C-an ezarritako konpresioa ez zen nabarmen aldatu masa molekularra handitzean, tenperatura altuetan (175 °C) ezarri zen konpresioak aldaketa batzuk erakutsi zituen EPDM itsasgarrien biskositate mooney handiagoan.
10. Ondorioa
Etileno- eta diolefinen edukiak eragin handia du tenperatura baxuko aplikazioetan EPDM elastomeroen errendimenduan, etileno-eduki baxua duten polimeroek ondo funtzionatzen dute eta diolefina-eduki handia duten polimeroek hobetzen dute polimeroaren etileno-zatiaren kristalizazio etenaren ondorioz. Etileno eduki baxuko polimeroak erabili behar dira tenperatura baxuko errendimendua muga bat denean.
