Hindi tulad ng mga thermoplastics, ang mga elastomer ay karaniwang ginagamit sa isang malawak na hanay ng mga temperatura at higit na mataas sa kanilang glass transition temperature (Tg). Ang mga bentahe ng elastomer sa mga thermoplastics ay ang kanilang kakayahang mabawi ang halos ganap mula sa makunat na estado (mataas na pagkalastiko), pati na rin ang kanilang pangkalahatang pagkalastiko, mababang tigas at mababang mga katangian ng modulus. Kapag ang mga elastomer ay ginagamit sa ibaba ng temperatura ng silid, nagpapakita sila ng pagtaas sa katigasan, pagtaas ng modulus, at pagbaba sa pagkalastiko. Kapag ginamit ang mga elastomer sa ibaba ng temperatura ng silid, may posibilidad na tumaas ang tigas, tumaas ang modulus, bumababa ang elasticity (mababang tensile) at tumaas ang compression. Depende sa problema sa elastomer, dalawang phenomena ang maaaring mangyari sa parehong oras - pagtigas ng salamin at bahagyang pagkikristal - CR, EPDM, NR ang ilang mga halimbawa ng elastomer na nagpapakita ng crystallization.
1. Pangkalahatang-ideya ng pagsubok sa mababang temperatura
Ang brittleness, compression permanenteng deformation, retraction, hardening at cryogenic hardening ay ginamit sa loob ng maraming taon upang makilala ang mga katangian ng polimer sa mababang temperatura. Ang compressive stress relaxation ay medyo bago at nakatutok sa pagtukoy ng sealing force ng isang materyal sa loob ng isang yugto ng panahon sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon sa kapaligiran.
2. Brittleness Temperatura
Tinutukoy ng ASTM D 2137 ang brittleness temperature bilang ang pinakamababang temperatura kung saan ang vulcanized rubber ay hindi magpapakita ng fracture o rupture sa ilalim ng mga tinukoy na kondisyon ng epekto. Ang limang specimen ng goma na paunang natukoy na hugis ay inihanda, inilagay sa isang silid o likidong daluyan, na sumasailalim sa isang itinakdang temperatura para sa 3±0.5min, at pagkatapos ay binibigyan ng bilis ng epekto na 2.0±0.2m/s. Ang mga specimen ay aalisin at sasailalim sa impact o rupture test. Ang ispesimen ay tinanggal at sinusuri kung may epekto o bali, lahat ay walang pinsala. Inulit ang pagsubok hanggang sa temperatura ng brittleness - ang pinakamababang temperatura kung saan walang nakitang bali ay napakalapit sa 1°C.
3. Low Temperature Compression Set at Low Temperature Hardening
Ang pamamaraan ng pagsubok para sa hanay ng compression na may mababang temperatura ay napakalapit sa para sa karaniwang hanay ng compression, maliban na ang temperatura ay kinokontrol ng ilang paraan ng enerhiya, gaya ng dry ice, liquid nitrogen, o mga mekanikal na pamamaraan, at ang halaga ay nasa loob ng ± 1°C ng preset na temperatura. Pagkatapos ng pagbawi mula sa kabit, ang ispesimen ay inilalagay din sa preset na mababang temperatura at hinulma sa diameter na 29 mm at isang kapal na 12.5 mm. Ang low-temperature compression set ay isang hindi direktang paraan para sa pagse-seal ng mga application ng pinag-uusapang compound. Ang compressive stress relaxation ay ang direktang paraan at tatalakayin sa ibang pagkakataon. Karaniwang tinutukoy din ang mababang temperatura na hardening gamit ang isang vulcanized compression set specimen (29mm x 12.5mm), ngunit muling sinusuri sa isang mababang temperatura na kontrol, na kapareho ng para sa compression set, at pagkatapos ay muli sa parehong temperatura ng kanilang nakatakdang temperatura. Ang hardening at low-temperature compression set ay direktang apektado ng paglamig, ngunit gayundin ng pagkahilig ng polimer na mag-kristal, na ang rate ng crystallization ay nakasalalay sa temperatura, halimbawa, ang CR ay pinakamabilis na nag-kristal sa paligid -10°C, at pagkatapos ay bumababa sa mas mababang temperatura, higit sa lahat dahil sa immobility ng mga polymer chain segment (ang pag-freeze ng molekular na chain).
4. Gehman Low Temperature Hardening
Ang ASTM D 1053 ay naglalarawan ng mababang-temperatura na paraan ng hardening tulad ng sumusunod: isang serye ng mga elastic polymer specimens ay nakadikit na nakadikit sa isang wire na may kilalang torsional constant, at ang kabilang dulo ng wire ay nakakabit sa isang torsion head na may kakayahang pahintulutan ang wire na mapilipit. Ang mga specimen ay nilulubog sa isang heat transfer medium sa isang partikular na temperatura na mas mababa sa normal, kung saan ang torsion head ay pinaikot ng 180°, at pagkatapos ay ang mga specimen ay pinaikot ng isang halaga (mas mababa sa 180°) na nakadepende sa kabaligtaran ng flexibility at stiffness ng specimen. Pagkatapos ay gamitin ang dami ng goniometer upang matukoy ang dami ng specimen twist, ang anggulo ng twist at ang tigas ng materyal na goma. Ang temperatura ng system ay unti-unting tumaas sa puntong ito, at ang isang plot ng anggulo ng twist laban sa temperatura ay nakuha. Ang mga temperatura kung saan ang modulus ay umabot sa T2, T10, at T100 ay karaniwang naitala bilang katumbas ng halaga ng modulus sa temperatura ng silid.
5. Mababang Temperatura na Pagbawi (TR Test)
Ang TR test ay ginagamit upang suriin ang kakayahan ng isang ispesimen sa tensile state kapag ang compressive permanent deformation at compressive stress relaxation na tinutukoy ng compressive stress ay ginagamit upang matukoy ang mababang temperatura na epekto. Gaya ng naunang natalakay, maraming polymer tulad ng NR at PVC ang mag-i-kristal sa mababang temperatura, ngunit ang pag-stretch ay maaari ding mag-kristal, na humahantong sa mga karagdagang kadahilanan kapag tumitingin sa mga katangian ng mababang temperatura. Para sa mga aplikasyon ng pagsusuri tulad ng suspensyon ng tambutso, ang TR sa ilalim ng tensyon ay napakaangkop at madalas na ginagamit. Sa pagsusulit na ito, ang ispesimen ay pinahaba (madalas ng 50% o 100%) at nagyelo sa pinahabang estado. Ang ispesimen ay inilabas, kung saan ang temperatura ay itinaas sa isang tinukoy na rate upang masukat ang pagbawi ng ispesimen, ang haba ng pag-urong ay sinusukat at ang pagpahaba ay naitala. Ang mga temperatura kung saan lumiit ang ispesimen ng 10%, 30%, 50%, at 70% ay karaniwang tinutukoy bilang TR10, TR30, TR50, at TR70. Ang TR10 ay nauugnay sa temperatura ng brittleness; Ang TR70 ay nauugnay sa permanenteng pagpapapangit ng ispesimen sa mababang temperatura na compression; at ang pagkakaiba sa pagitan ng TR10 at TR70 ay ginagamit upang sukatin ang pagkikristal ng ispesimen (mas malaki ang pagkakaiba, mas malaki ang tendensiyang mag-kristal).
6 . Mababang Temperatura Compressive Stress Relaxation (CSR)
Ang pagsubok sa CSR ay maaaring gamitin upang gumawa ng mga hula tungkol sa pagganap at buhay ng mga materyales sa sealing. Kapag ang isang elastomeric compound ay binibigyan ng patuloy na pagpapapangit, isang pinagsamang puwersa ang nalilikha, at ang kakayahan ng materyal na mapanatili ang puwersang ito sa loob ng isang tiyak na hanay ng kapaligiran ay sumusukat sa kakayahang mag-seal. Ang parehong pisikal at kemikal na mga mekanismo ay nag-aambag sa pagpapahinga ng stress, batay sa oras at temperatura, isang salik ang mangingibabaw, ang pisikal na pagpapahinga ay sinusunod sa mababang temperatura, kaagad pagkatapos ng isang naibigay na stress, na humahantong sa muling pagsasaayos ng kadena at mga pagbabago sa mga ibabaw ng rubber-filler at filler-filler, at ang pagpapahinga ng sistema ng pag-alis ng stress ay nababaligtad. Sa mas mataas na temperatura, tinutukoy ng komposisyon ng kemikal ang rate ng pagpapahinga, kapag ang mga pisikal na proseso ay maliit na at ang pagpapahinga ng kemikal ay hindi na maibabalik, na humahantong sa pagkasira ng kadena at mga reaksyon ng cross-linking. Ang pagbibisikleta ng temperatura o biglaang pagtaas ng temperatura ay maaaring magkaroon ng epekto sa pagpapahinga ng stress sa mga elastomer. Sa panahon ng pagsubok ng CSR, inilalagay ang ispesimen ng pagsubok
Sa panahon ng pagsusuri sa CSR, ang pagpapahinga ng stress ay tumataas kapag ang test specimen ay sumailalim sa mataas na temperatura. Kung ang pagpapahinga sa stress ay nangyayari nang maaga sa pagsusulit, ang halaga ng karagdagang pagpapahinga ay tataas muna at may pinakamataas na halaga sa unang cycle. Sa isang makunat malaking piraso ng pagsubok upang makabuo ng mga sample ng gasket (19mm panlabas na diameter, panloob na diameter ng 15mm), na may isang nababanat na kabit ay i-compress sa ispesimen sa kanilang kapal ng temperatura ng silid na 25%, at sa 25 ℃ sa silid ng pagsubok sa kapaligiran, ang temperatura sa 25 ℃ upang mapanatili ang 24h, at pagkatapos ay pababa sa -20 ℃, pagkatapos ay pababa sa -20 ℃ 110 ℃ cycle ng 24h, ang buong oras ng pagsubok sa temperatura ng pagsubok, ang temperatura ng pagsubok, patuloy na puwersa pagpapasiya. Ang pagsukat ng puwersa ay patuloy na isinasagawa sa buong oras ng pagsubok sa temperatura ng pagsubok.
7. Epekto ng Ethylene Content
7.1 Ang nilalaman ng ethylene ay may pinakamalaking epekto sa pagganap ng mababang temperatura ng mga polimer ng EPDM. Ang mga polymer na may nilalamang Ethylene mula 48% hanggang 72% ay nasuri sa ilalim ng mataas na kalidad na mga sealing formulation. Lahat ay naglalayon na bawasan ang pagkakaiba-iba sa mooney viscosity sa pamamagitan ng pagpapakilala ng ENB sa iba't ibang polymer na ito.
Ang EPDM rubber ay amorphous kung ang ethylene/propylene ratio ay pantay at ang distribusyon ng dalawang monomer sa polymer chain ay random. Ang EPDM na may 48% at 54% na nilalamang ethylene ay hindi nag-kristal sa o mas mataas sa temperatura ng silid. Kapag ang nilalaman ng ethylene ay umabot sa 65%, ang mga pagkakasunud-sunod ng ethylene ay nagsisimulang tumaas sa bilang at haba at maaaring bumuo ng mga kristal, na sinusunod sa mga peak ng crystallization sa mga kurba ng DSC sa paligid ng 40°C. Kung mas malaki ang mga taluktok ng DSC, mas malaki ang mga kristal na nabubuo.
7.2 Bilang karagdagan sa epekto ng nilalaman ng ethylene sa mga katangian ng mababang temperatura na tinalakay sa ibang pagkakataon, ang laki ng crystallite ay nakakaapekto sa kadalian ng paghahalo at pagproseso ng mga compound na naglalaman ng mga kristal. Kung mas malaki ang mala-kristal na sukat, mas maraming init at gupit na trabaho ang kinakailangan sa yugto ng paghahalo upang ganap na pagsamahin ang polimer sa iba pang mga bahagi. Ang lakas ng hilaw na goma ng mga compound ng EPDM ay tumataas sa pagtaas ng nilalaman ng ethylene. Sa sealing formulations kung saan ang epekto ng ethylene content ay sinusukat, ang pagtaas ng ethylene content mula 50% hanggang 68% ay nagresulta sa hindi bababa sa apat na beses na pagtaas sa lakas ng goma. Ang tigas ng temperatura ng silid ay tumataas din sa pagtaas ng nilalaman ng ethylene. Ang Shore A hardness ng amorphous polymer adhesive ay 63°, samantalang ang Shore A hardness ng polymer na may pinakamataas na ethylene content ay 79°. Ito ay dahil sa pagtaas ng pagkakasunud-sunod ng ethylene, ang pagtaas ng crystallization sa malagkit, at ang kaukulang pagtaas sa mga thermoplastic polymers.
7.3 Kapag ang katigasan ay sinusukat sa mababang temperatura, kabaligtaran sa mga polimer na may mataas na nilalaman ng ethylene, ang mga amorphous na polimer ay nagpapakita ng mas kaunting pagbabago sa katigasan, samantalang ang pagbabago sa katigasan ng mas mataas na nilalaman ng etilena ay hindi nagpapakita ng isang linear na pattern at ang katigasan ay nananatiling mataas sa temperatura ng silid, upang ang mga polimer na naglalaman ng mas mataas na nilalaman ng ethylene ay patuloy na may pinakamataas na katigasan sa mababang temperatura.
7.4 Ang hanay ng compression ay higit na nakadepende sa temperatura ng pagsubok. Kung sinubukan sa 175°C, walang pagkakaiba sa compression set sa pagitan ng alinman sa mga polymer (set ay naiimpluwensyahan ng disenyo ng compound at ang pagpili ng vulcanization system). Matapos matunaw ang mga kristal na ethylene, ang polimer ay nagpapakita ng isang amorphous na anyo, at upang masuri ang epekto ng nilalaman ng ethylene, ang mga pagsusuri ay ginawa sa 23°C. Ang mga polymer na may mas mataas na nilalaman ng ethylene ay malinaw na may mas mataas na permanenteng pagpapapangit (higit sa dalawang beses ang dami), at ang epekto ng nilalaman ng ethylene ay mas malaki pa kapag nasubok sa -20°C at -40°C. Ang mga polymer na may higit sa 60% na nilalaman ng ethylene ay may mataas na permanenteng pagpapapangit (>80%); sa -40°C, tanging ang mga ganap na amorphous na polimer ang may mababang permanenteng pagpapapangit (17%).
7.5 Epekto ng Ethylene Content sa Low Temperature Hardening mula sa Gehman Tests. Dahil sa temperatura, mas mataas ang sulok, mas mababa ang pagtaas ng higpit (o pagtaas ng modulus). Sa mababang temperatura, ang stiffness modulus ay tumataas nang malaki sa pagtaas ng ethylene content. Para sa mga amorphous polymer, ang T2 ay -47°C, habang ang pinakamataas na ethylene content polymer ay may T2 na -16°C lamang.
7.6TR Pagsukat ng pag-urong pagbawi ng mga specimens pagkatapos ng pagyeyelo ng extension, ang nilalaman ng ethylene ay may malaking epekto sa paraan ng pagsubok, na muli ay katulad ng Gehman test.
Ito ay katulad ng pagsubok sa Gehman. Ang pag-urong (%) ng iba't ibang polimer ay nag-iiba bilang isang function ng temperatura, na ang mga amorphous polymer ay may pinakamataas na pagbawi ng pag-urong sa mababang temperatura; gayunpaman, gaya ng hinulaang, lumalala ang pagbawi habang tumataas ang nilalaman ng ethylene sa isang partikular na temperatura.
lumalala ang paggaling. Ang halaga ng TR10 ay nag-iiba mula -53°C para sa amorphous polymers hanggang -28°C para sa polymer na may mataas na ethylene content.
7.7 Compressive stress relaxation (CSR) cycle
Ikot. I-compress ang mga compound, hayaan silang mag-relax sa 25°C sa loob ng 24 na oras, at pagkatapos ay ilagay ang mga ito sa isang cycle ng mga temperatura mula -20°C hanggang 110°C nang paulit-ulit sa loob ng 24 na oras. Kapag na-compress sa unang pagkakataon, pagkatapos ng equilibration period, ang crystalline polymer E ay may mas mataas na pagkawala ng stress kaysa sa amorphous polymer, at kapag ibinaba sa -20°C ang sealing force ng dalawang polymer ay bumababa, habang ang amorphous polymer A ay may mataas na retention ng stress (mas mataas na F/F0). Ang pag-init ng compound sa 110°C ay naibalik ang sealing force nito, at nang ibinalik sa -20°C, ang natitirang sealing force ng crystalline polymer ay mas mababa sa 20% ng halaga nito, na sa pangkalahatan ay itinuturing na masyadong mababa para sa karamihan ng mga application, na may amorphous polymer na nagpapanatili ng higit sa 50% ng sealing force nito, at ang amorphous polymer na muli ay may mas mataas na pagbawi kaysa sa amorphous polymer. Ang susunod na cycle ay nagbunga ng mga katulad na konklusyon. Malinaw na ang mga amorphous polymer ay higit na mahusay para sa mga aplikasyon ng sealing kung saan kinakailangan ang pagganap ng mataas at mababang temperatura.
8. Epekto ng Nilalaman ng Diolefin
Upang maibigay ang unsaturated point na kinakailangan para sa vulcanization, ang mga non-conjugated diolefin tulad ng ENB, HX at DCPD ay idinaragdag sa ethylene propylene polymers. Ang isang dobleng bono ay tumutugon sa polymer matrix, habang ang pangalawa ay nagsisilbing pandagdag sa polymerized molecular chain at nagbibigay ng vulcanization point para sa sulfur yellow vulcanization. Ang epekto ng ENB ay nasuri sa windshield (ulan) bar profile. Ang mga polimer na naglalaman ng 2%, 6% at 8% na ENB ay inihambing. Ang pagdaragdag ng ENB ay may malaking epekto sa mga katangian ng bulkanisasyon at densidad ng crosslink. Ang modulus ay tumaas habang ang pagpahaba ay bumaba nang malaki. Tumaas ang tigas at bumuti ang hanay ng compression sa pagtaas ng temperatura. Habang tumataas ang nilalaman ng ENB, nagiging mas maikli ang charring time.
Ang ENB ay isang amorphous na materyal, at kapag idinagdag sa polymer backbone, ito ay nakakagambala sa pagkikristal ng ethylene na bahagi ng polymer, upang ang mga polymer na may parehong nilalaman ng ethylene ay maaaring makuha, at ang mas mataas na nilalaman ng ENB ay nagpapabuti sa mga katangian ng mababang temperatura. Sa temperatura ng silid, ang mas mataas na nilalaman ng ENB ay bahagyang nagpapabuti sa set ng compression dahil sa pinahusay na density ng crosslink. Gayunpaman, sa mababang temperatura, ang hanay ng compression ng mga polimer na may mas mataas na nilalaman ng ENB ay makabuluhang mas mahusay kaysa sa mga polimer na may 2% na nilalamang ENB. Ang epekto ng ENB content sa brittleness temperature, temperature retraction, at Gehman's test ay hindi nagpakita ng anumang makabuluhang pagkakaiba sa brittleness temperature sa pagitan ng polymer sa pangkalahatan, at para sa Gehman's test at TR test, ang bawat polymer ay nagpakita ng pagpapabuti sa mababang temperatura na mga katangian na may pagtaas ng nilalaman ng ENB.
9. Epekto ng Mooney Viscosity sa Low Temperature Properties
Kilalang-kilala na ang mooney viscosity (molecular mass) ay may malaking epekto sa pagpoproseso ng mga elastomer. Sa extrusion at molding applications Sa extrusion at molding applications, mahalagang pumili ng compound na may angkop na Mooney viscosity value. Gamit ang parehong formulation na ginamit upang siyasatin ang epekto ng ikatlong monomer, ENB, sa mababang temperatura na mga katangian upang suriin ang Mooney viscosity, ang mga polymer na may Mooney viscosities na 30, 60, at 80 ay inihambing, at ang Mooney viscosity ng mga compound ay tumaas habang tumaas ang Mooney viscosity ng polymer na ginamit. Ang lakas ng tensile, modulus, at lakas ng hilaw na goma ay tumaas sa pagtaas ng lagkit ng Mooney. Ang epekto ng lagkit ng Mooney sa mababang mga katangian ng temperatura ng EPDM ay hindi makabuluhan. Gayunpaman, ang permanenteng pagpapapangit ng compression sa temperatura ng silid, -20°C at -40°C ay tumataas sa pagtaas ng molecular mass. Gayunpaman, ang compression na itinakda sa temperatura ng silid, -20°C at -40°C ay hindi nagbago nang malaki sa pagtaas ng molecular mass, samantalang ang compression na itinakda sa mataas na temperatura (175°C) ay nagpakita ng ilang pagbabago para sa mas mataas na mooney viscosities ng EPDM adhesives.
10. Konklusyon
Ang nilalaman ng ethylene at diolefin ay may malaking epekto sa pagganap ng mga elastomer ng EPDM sa mababang temperatura na mga aplikasyon, na may mahusay na pagganap na mga polymer na may mababang nilalaman ng ethylene at ang mga polymer na may mataas na nilalaman ng diolefin ay nagpapabuti dahil sa nagambalang pagkikristal ng bahagi ng ethylene ng polimer. Ang mga polimer na mababa ang nilalaman ng ethylene ay dapat gamitin kapag ang pagganap ng mababang temperatura ay isang limitasyon.
