بررسی خواص شکنندگی در دمای پایین فلورالاستومرها

نقطه ضعف برجسته فلورالاستومر (FKM) مقاومت ضعیف در دمای پایین است. دمای انقباض در دمای پایین (TR10) FKM باینری به طور کلی -18 تا -16 ℃ است و دمای انتقال شیشه (Tg) -20 ℃ است. مقاومت FKM سه تایی در دمای پایین ضعیف تر از FKM باینری است. نوع ویژه با دمای پایین FKM مقاومت خوبی در برابر دمای پایین دارد، اما قیمت آن بسیار بالا است.

FKM در ASTM D 2000-2012 'سیستم طبقه بندی استاندارد محصولات لاستیکی خودرو' محصولات درجه M2، M5، M6 مورد نیاز برای گذراندن آزمون شکنندگی دمای پایین F15 (-25 ℃)، محصولات درجه M4 مورد نیاز برای گذراندن آزمون شکنندگی در دمای پایین F17 (-4). در سال های اخیر، بیشتر و بیشتر محصولات FKM برای برآورده کردن الزامات مقاومت در برابر دمای بالا (250-275 ℃) و شکنندگی دمای پایین F15 یا F17 مورد نیاز هستند. بهترین راه استفاده از FKM با دمای پایین، مانند دمای شکنندگی -45 ~ -40 ℃ Viton GLT نوع FKM است، اما عملکرد این FKM در دمای بالا ضعیف است و قیمت آن برای قابل قبول کردن بازار دشوار است. با بهبود عملکرد ترکیبات دوتایی FKM می توانند به طور همزمان نیازهای مقاومت در برابر دمای پایین و بالا را برآورده کنند و هزینه نیز معقول است، به یک نقطه داغ تحقیقات تبدیل شده است.

این مقاله توصیف عملکرد FKM در دمای پایین Tg، TR10 و دمای شکنندگی (Tbri) رابطه بین دانشجویان کارشناسی ارشد، پرکننده‌ها، فرآیند اختلاط و غیره را بر روی عملکرد شکنندگی چسب FKM باینری و سه تایی برای تهیه چسب FKM مقاوم در برابر درجه حرارت پایین مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌دهد.

1. خصوصیات شکنندگی FKM در دمای پایین

لاستیک دارای تغییر شکل برگشت پذیر است، می تواند تغییر شکل بزرگی را تحت تأثیر یک نیروی خارجی کوچک ایجاد کند و پس از حذف نیروی خارجی می تواند به حالت اولیه خود بازگردد، بنابراین به طور گسترده استفاده می شود. اما با کاهش دما، خاصیت ارتجاعی لاستیک به تدریج کاهش می یابد و زمانی که به Tg می رسد، لاستیک خاصیت ارتجاعی خود را از دست می دهد و از بین می رود. به دلیل تنوع محصولات لاستیکی، در فرآیند استفاده ممکن است در معرض ضربه، کشش، برش، پیچش، اکستروژن، سایش و غیره قرار گیرند، عملکرد شکنندگی آن در دمای پایین باید بر اساس شرایط کاری آن باشد تا روش تست مناسب انتخاب شود. روش‌های تست عملکرد تردی در دمای پایین معمولاً شامل تست Tg، تست دمای شکنندگی ضربه، تست پس‌کشی در دمای پایین، تست سفتی پیچشی در دمای پایین (تست Gimen)، تست مقاومت در برابر کشش و ضریب سرد، تست سختی در دمای پایین، تست تغییر شکل دائمی فشرده‌سازی در دمای پایین و تست آرامش تنش و غیره است.

مقاومت دمای پایین FKM را می توان با Tg، Tbri، TR10 و دمای پیچشی در دمای پایین (TGem) و غیره مشخص کرد. این پارامترها معانی متفاوتی دارند اما رابطه خاصی با یکدیگر دارند.

(1) Tg دمایی است که در آن لاستیک از حالت بسیار الاستیک به حالت شیشه ای و حالت شیشه ای به حالت بسیار الاستیک تغییر می کند که معمولاً حرکت میکروسکوپی زنجیره های مولکولی لاستیک را مشخص می کند.

(2) Tbri دمایی است که در آن هیچ آسیبی به لاستیک تحت شرایط مشخص شده تغییر شکل نیروی ضربه وارد نمی شود، که معمولاً نشان دهنده استحکام لاستیک برای استفاده در دماهای پایین و توانایی آن در مقاومت در برابر آسیب است.

(3) TR10 برای ارزیابی ویسکوالاستیسیته و اثر تبلور لاستیک در دماهای پایین استفاده می‌شود و معمولاً پایین‌ترین دمایی را نشان می‌دهد که در آن یک ماده لاستیکی می‌تواند بازیابی الاستیک خود را حفظ کند.

(4) TGem از یک سیم فولادی پیچشی با ثابت پیچشی شناخته شده به عنوان ماده مرجع برای چرخاندن نمونه در یک زاویه بزرگ استفاده می‌کند، در حالی که با کاهش دما، مدول لاستیک افزایش می‌یابد، سفتی افزایش می‌یابد، و زاویه پیچش تا جایی کاهش می‌یابد که به سختی در Tg می‌پیچد. زاویه پیچش لاستیک با توجه به تغییر دما می تواند عملکرد دمای پایین آن را ارزیابی کند، که معمولاً نشان دهنده کمترین دمایی است که در آن لاستیک خاصیت ارتجاعی خود را حفظ می کند.

2 FKM Tg، TR10 و رابطه بین Tbri

پارامترهای عملکرد تردی در دمای پایین FKM که معمولا استفاده می شود Tg، TR10 و Tbri هستند، تامین کننده معمولاً پارامتر Tg و TR10 را اتخاذ می کند، ASTM پارامتر Tbri را اتخاذ می کند، تفاوت ها و روابط خاصی بین این سه وجود دارد.

2. 1 رابطه بین Tg و TR10

TR10 هر درجه از FKM نزدیک به Tg است (تفاوت بیشتر از 3 ℃ نیست)، که نشان می دهد هر دو Tg و TR10 می توانند حرکت در دمای پایین و دمای حالت شیشه زنجیره مولکولی لاستیک را منعکس کنند.

2.2 رابطه بین محتوای فلوئور FKM و خواص تردی در دمای پایین

در FKM دوتایی و سه تایی مشترک، TR10 با افزایش محتوای فلوئور افزایش می یابد. هنگامی که مونومر چهارم، PMVE، معرفی می شود، محتوای آن تأثیر زیادی بر TR10 دارد.

محتوای آن تأثیر زیادی بر TR10 دارد. اگرچه افزایش محتوای فلوئور می تواند حد بالایی دمای استفاده از FKM را بهبود بخشد، اما در عین حال، به دلیل پیوند CF جایگزین پیوند CH می شود، نرمی زنجیره مولکولی و عملکرد لاستیک در دمای پایین را کاهش می دهد.

2.3 تأثیر پرکننده ها بر خواص شکنندگی در دمای پایین ترکیبات FKM

چسب کربن بلک N774 دارای کمترین Tbri و بهترین مقاومت در برابر دمای پایین است. چسب اکسید روی دارای بالاترین Tbri و بدترین مقاومت در برابر دمای پایین است. عملکرد شکنندگی در دمای پایین پنج نوع چسب تفاوت زیادی ندارد. پس از تجزیه و تحلیل، پس از افزودن پرکننده های مختلف، شکاف و ساختار بین زنجیره های مولکولی FKM متفاوت است و عملکرد تردی در دمای پایین مربوطه متفاوت است.

پس از تجزیه و تحلیل، پس از افزودن پرکننده های مختلف، شکاف ها و ساختارهای بین زنجیره های مولکولی FKM متفاوت است و خواص تردی در دمای پایین مربوطه متفاوت است و پرکننده با مقدار کمی لاستیک دارای محتوای ژل بیشتر و مقاومت بهتر در دمای پایین است.

2.4 اثر فرآیند اختلاط بر خواص شکنندگی در دمای پایین ترکیبات FKM

فرآیند اختلاط همچنین بر خواص شکنندگی در دمای پایین ترکیبات FKM تأثیر دارد. پلاستیک کردن قبل از مخلوط کردن می تواند انعطاف پذیری مولکول لاستیک را بهتر به دست آورد

مقاومت در دمای پایین ترکیب را می توان با پلاستیک کردن قبل از اختلاط بهبود بخشید. عملیات عبور نازک پس از پارک کردن ترکیب می تواند خواص پراکندگی پرکننده ها و سازگار کننده ها را بهبود بخشد و مقاومت در برابر دمای پایین را بهبود بخشد. به طور کلی، هر چه قالب‌گیری طولانی‌تر باشد، ویسکوزیته Mooney لاستیک کمتر است. افزایش تعداد دفعات قالب گیری باعث کاهش Tg لاستیک می شود، اما این پدیده قابل توجه نیست و تفاوت معنی داری بین Tg و Tbri لاستیک FKM با تعداد دفعات قالب گیری متفاوت وجود ندارد.

3 نتیجه گیری

(1) Tg FKM نزدیک به TR10 است، که می تواند حرکت دمای پایین زنجیره مولکولی FKM و دمای حالت شیشه را منعکس کند، و Tbri کمتر از Tg و TR10 است.

کمتر از Tg و TR10 است.

(2) خاصیت شکنندگی دمای پایین FKM با فلوئور بالا سولفوره پراکسید بهتر است و خاصیت شکنندگی دمای پایین FKM سولفوره دوتایی بیسفنل بدتر است.

(3) لاستیک FKM پر شده با کربن سیاه N774 مقاومت بهتری در دمای پایین دارد. لاستیک با مقدار کمی پرکننده دارای محتوای ژل بالاتر و مقاومت بهتر در دمای پایین است.

(4) تعداد دفعات قالب گیری تأثیر کمی بر خاصیت شکنندگی در دمای پایین ترکیبات FKM دارد.