Za razliku od termoplastike, elastomeri se obično koriste u širokom rasponu temperatura i značajno iznad njihove temperature stakla (TG). Prednosti elastomera u odnosu na termoplastiku su njihova sposobnost da se gotovo u potpunosti oporave od zateznog stanja (visoka elastičnost), kao i njihova generalizirana elastičnost, niska tvrdoća i niska svojstva modula. Kad se elastomeri koriste ispod sobne temperature, pokazuju povećanje tvrdoće, povećanje modula i smanjenje elastičnosti. Kad se elastomeri koriste ispod sobne temperature, postoji tendencija da se tvrdoća poveća, modul za povećanje, elastičnost za smanjenje (nisko zatezanje) i kompresija postavljena za povećanje. Ovisno o problemu s elastomerom, istodobno se mogu pojaviti dva pojava - stvrdnjavanje stakla i djelomična kristalizacija - Cr, EPDM, NR su neki primjeri elastomera koji pokazuju kristalizaciju.
1. Pregled ispitivanja niskih temperatura
Brittlernost, kompresijska trajna deformacija, povlačenje, otvrdnjavanje i kriogeno otvrdnjavanje koristi se dugi niz godina kako bi se karakterizirale svojstva polimera na niskim temperaturama. Opuštanje kompresijskog stresa relativno je novo i usredotočeno je na određivanje sile zapečaćenja materijala tijekom određenog vremenskog razdoblja u različitim uvjetima okoliša.
2. Temperatura krhkosti
ASTM D 2137 definira temperaturu krhki kao najnižu temperaturu na kojoj vulkanizirana guma neće pokazati lom ili rupturu u navedenim uvjetima udara. Pripremljeno je pet gumenih uzoraka unaprijed određenog oblika, stavljenih u komoru ili tekući medij, podvrgnut postavljenoj temperaturi za 3 ± 0,5 min, a zatim im se daje brzina udara od 2,0 ± 0,2 m/s. Uzorci se uklanjaju i podvrgavaju testu udara ili puknuća. Uzorak se uklanja i testira na udar ili lom, a sve bez oštećenja. Ispitivanje je ponovljeno do temperature krhki - najniža temperatura pri kojoj nije pronađena prijelom bila je vrlo blizu 1 ° C.
3. Skup kompresije niske temperature i očvršćivanje na niskoj temperaturi
Postupak ispitivanja za skup kompresije niske temperature vrlo je blizu onom za standardni skup kompresije, osim što se temperatura kontrolira nekom energetskom metodom, poput suhog leda, tekućeg dušika ili mehaničkih metoda, a vrijednost je unutar ± 1 ° C od unaprijed postavljene temperature. Nakon oporavka od učvršćenja, uzorak se također postavlja na unaprijed postavljenu nisku temperaturu i oblikovan je do promjera od 29 mm i debljine od 12,5 mm. Skup kompresije niske temperature neizravna je metoda za brtvljenje primjene dotičnog spoja. Opuštanje kompresijskog stresa je izravna metoda i bit će raspravljana kasnije. Očvršćivanje niske temperature također se obično određuje pomoću uzorka kompresije vulkaniziranog kompresije (29 mm x 12,5 mm), ali ponovno testirano pri kontroli niske temperature, što je isto kao i za kompresiju, a zatim opet na istoj temperaturi kao njihova postavljena temperatura. Skup otvrdnjavanja i niske temperature izravno utječe hlađenje, ali i tendencija polimera na kristalizaciju, s brzinom kristalizacije ovisno o temperaturi, npr. CR kristalizira najbrže oko -10 ° C, a zatim se smanjuje na donjim temperaturama, uglavnom zbog nepokretnosti polimernih lanca (molekularnih lanca.
4. Gehman očvršćivanje niske temperature
ASTM D 1053 opisuje metodu očvršćivanja s niskim temperaturama na sljedeći način: niz elastičnih uzoraka polimera je pričvršćen na žicu s poznatom torzijskom konstantom, a drugi kraj žice pričvršćen je na torzijsku glavu koja može dopustiti da se žica uvrne. Uzorci su uronjeni u medij za prijenos topline na specifičnoj temperaturi ispod normalne, u koje se vrijeme torzijska glava uvija za 180 °, a zatim se uzorci uvijaju količinom (manjim od 180 °) koja ovisi o inverziji fleksibilnosti i krutosti uzorka. Zatim upotrijebite količinu goniometra za određivanje količine uvijanja uzorka, kuta uvija i tvrdoće gumenog materijala. Temperatura sustava se u ovom trenutku postupno povećava, a dobiva se crta kuta uvijanja prema temperaturi. Temperature na kojima modul doseže T2, T10 i T100 obično se bilježe kao jednake vrijednosti modula na sobnoj temperaturi.
5. Povlačenje niske temperature (TR test)
TR test se koristi za procjenu sposobnosti uzorka u zateznom stanju kada se za određivanje efekata niske temperature koriste stalna deformacija tlačne trajne deformacije i opuštanje kompresijskog naprezanja određenog kompresijskom naponom. Kao što je ranije pokriveno, mnogi polimeri poput NR i PVC kristalizirat će se na niskim temperaturama, ali istezanje se također može kristalizirati, što dovodi do dodatnih čimbenika prilikom gledanja svojstava niske temperature. Za evaluacijske aplikacije kao što je ovjes ispušnih plinova, TR pod napetošću je vrlo prikladan i često se koristi. U ovom je testu uzorak izdužen (često za 50% ili 100%) i smrznut u izduženom stanju. Uzorak se oslobađa, u koje vrijeme se temperatura podiže određenom brzinom za mjerenje oporavka uzorka, mjeri se duljina skupljanja i zabilježeno je izduživanje. Temperature na kojima se uzorak smanjuje za 10%, 30%, 50%i 70%obično se primjećuju kao TR10, TR30, TR50 i TR70. TR10 se odnosi na temperaturu krhkosti; TR70 se odnosi na trajnu deformaciju uzorka u kompresiji niske temperature; a razlika između TR10 i TR70 koristi se za mjerenje kristalizacije uzorka (što je veća razlika, veća je tendencija kristalizacije).
6. Opuštanje na nisko -temperaturnom pritiskom (CSR)
CSR test može se koristiti za predviđanje performansi i života zapečaćenih materijala. Kad se elastomerni spoj daje konstantna deformacija, stvara se kombinirana sila, a sposobnost materijala da održava tu silu u određenom rasponu okoliša mjeri njegovu sposobnost zapečaćenja. I fizikalni i kemijski mehanizmi doprinose opuštanju stresa, na temelju vremena i temperature, jedan će faktor dominirati, fizičko opuštanje se primjećuje pri niskim temperaturama, odmah nakon određenog naprezanja, što dovodi do preuređenja lanca i promjena na površini punila i punila gume, a opuštanje sustava uklanjanja stresa je pouzdan. Pri višim temperaturama kemijski sastav određuje brzinu opuštanja, kada su fizički procesi već mali, a kemijsko opuštanje nepovratno, što dovodi do loma lanca i reakcija umrežavanja. Temperatura biciklizma ili naglo povećanje temperature može utjecati na opuštanje stresa u elastomerima. Tijekom CSR testa postavlja se testni uzorak
Tijekom ispitivanja CSR -a, opuštanje stresa povećava se kada je ispitni uzorak podvrgnut povišenim temperaturama. Ako se opuštanje stresa pojavi na ranom testu, količina dodatnog opuštanja prvo se povećava i ima maksimalnu vrijednost tijekom prvog ciklusa. U zategnutim velikim ispitnim komadom za proizvodnju uzoraka brtve (vanjski promjer 19 mm, unutarnji promjer od 15 mm), s elastičnim učvršćenjem komprimirat će se u uzorku do njihove debljine sobne temperature od 25%, a na 25 ℃ u testnu komoru u okolišu, temperatura na 25 ℃, a zatim je održana do 24 sata, a slijedila je do -20 ℃, održana do cijelog cijelog. Vrijeme na testnoj temperaturi, testnoj temperaturi, kontinuiranom određivanju sile. Mjerenje sile vrši se kontinuirano tijekom vremena ispitivanja na testnoj temperaturi.
7. Učinak sadržaja etilena
7.1 Sadržaj etilena ima najveći utjecaj na performanse EPDM polimera s niskim temperaturama. Polimeri s sadržajem etilena u rasponu od 48% do 72% ocijenjeni su u visokim kvalitetnim formulacijama brtve. Svi imaju za cilj smanjiti varijaciju Mooney viskoznosti uvođenjem ENB -a u ove različite polimere.
EPDM guma je amorfna ako je omjer etilen/propilen jednak, a raspodjela dva monomera u polimernom lancu je slučajna. EPDM s 48% i 54% sadržaja etilena ne kristalizira se na ili iznad sobne temperature. Kad sadržaj etilena dosegne 65%, etilenske sekvence počinju povećavati broj i duljinu i mogu formirati kristale, koji su opaženi u vrhovima kristalizacije na DSC krivuljama oko 40 ° C. Što je DSC vrhnja veći, to su veći kristali koji se formiraju.
7.2 Osim učinka sadržaja etilena na svojstva niske temperature, o kojima je kasnije razmatrano, veličina kristala utječe na lakoću miješanja i obrade spojeva koji sadrže kristale. Što je veća veličina kristalita, to je potrebno više toplinskih i smicanja u fazi miješanja kako bi se polimer u potpunosti spojio s ostalim komponentama. Sirova čvrstoća gume EPDM spojeva povećava se s povećanjem sadržaja etilena. U formulacijama za brtvljenje u kojima je mjeren učinak sadržaja etilena, povećanje sadržaja etilena s 50% na 68% rezultiralo je najmanje četverostrukim povećanjem snage gume. Tvrdoća sobne temperature također se povećava s povećanjem sadržaja etilena. Obala tvrdoća amorfnog polimernog ljepila je 63 °, dok je obala tvrdoća polimera s najvećim sadržajem etilena 79 °. To je zbog povećanja etilenske sekvence, povećanja kristalizacije u ljepilu i odgovarajućeg povećanja termoplastičnih polimera.
7.3 Kada se tvrdoća mjeri na niskim temperaturama, za razliku od polimera s visokim udjelom etilena, amorfni polimeri pokazuju manju promjenu tvrdoće, dok promjena tvrdoće višeg sadržaja etilena ne pokazuje linijski obrazac, a tvrdoća ostaje velika pri sobnoj temperaturi, tako da se tvrdoće sadrže na nisku etilenu.
7.4 Skup kompresije u velikoj mjeri ovisi o temperaturi ispitivanja. Ako se testira na 175 ° C, nema razlike u kompresiji postavljenom između bilo kojeg od polimera (na set utječe dizajn spoja i izbor vulkanizacijskog sustava). Nakon topljenja etilenskih kristala, polimer pokazuje amorfni oblik i kako bi se ispitala učinak sadržaja etilena, ispitivanja su provedena na 23 ° C. Polimeri s većim udjelom etilena očito imaju veću trajnu deformaciju (više nego dvostruko više), a učinak sadržaja etilena je još veći kada se testira na -20 ° C i -40 ° C. Polimeri s više od 60% sadržaja etilena imaju visoku trajnu deformaciju (> 80%); Na -40 ° C samo potpuno amorfni polimeri imaju nisku trajnu deformaciju (17%).
7.5 Utjecaj sadržaja etilena na očvršćivanje na niskoj temperaturi iz Gehmanovih testova. S obzirom na temperaturu, što je veći ugao, to je niži porast krutosti (ili povećanja modula). Pri niskim temperaturama modul krutosti značajno se povećava s povećanjem sadržaja etilena. Za amorfne polimere, T2 je -47 ° C, dok polimer s najvećim etilenom ima T2 od samo -16 ° C.
7.6TR Mjerenje oporavka uzoraka nakon zamrzavanja produženja, sadržaj etilena ima značajan utjecaj na metodu ispitivanja, što je opet slično kao Gehmanov test.
To je slično Gehmanovom testu. Skupljanje (%) različitih polimera varira kao funkcija temperature, a amorfni polimeri imaju najveći oporavak skupljanja pri niskim temperaturama; Međutim, kao što je predviđeno, oporavak se pogoršava kako se sadržaj etilena povećava na određenoj temperaturi.
oporavak se pogoršava. Vrijednost TR10 varira od -53 ° C za amorfne polimere do -28 ° C za polimere s visokim udjelom etilena.
7.7 Ciklus opuštanja kompresijskog stresa (CSR)
Ciklus. Komprimirajte spojeve, ostavite im da se opuštaju na 25 ° C 24 sata, a zatim ih stavite u ciklus temperatura u rasponu od -20 ° C do 110 ° C povremeno tijekom 24 sata. Kada se prvi put komprimira, nakon razdoblja ravnoteže, kristalni polimer E ima veći gubitak stresa od amorfnog polimera, a kad se spusti na -20 ° C, sila brtvljenja dvaju polimera smanjuje se, dok amorfni polimer A ima veliko zadržavanje stresa (viši F/F0). Zagrijavanje spoja na 110 ° C obnovilo je svoju silu brtvljenja, a kad se vrati na -20 ° C, preostala sila zapečaćenja kristalnog polimera bila je manja od 20% njegove vrijednosti, što se uglavnom smatra preniskim za većinu primjena, a amorfni polimer zadržao je više od 50% njegove sile za brtvljenje, a amorfni polimer. Sljedeći je ciklus dao slične zaključke. Jasno je da su amorfni polimeri superiorni za brtvljenje primjene gdje su potrebne visoke i niske temperature.
8. Učinak sadržaja dioolefina
Da bi se osigurala nezasićena točka koja je potrebna za vulkanizaciju, ne-konjugirani dioolefini poput ENB, HX i DCPD dodaju se polimerima etilen propilena. Jedna dvostruka veza reagira u polimernoj matrici, dok druga djeluje kao dodatak polimeriziranom molekularnom lancu i osigurava točku vulkanizacije za sumpornu žutu vulkanizaciju. Učinak ENB -a ocijenjen je u vjetrobranskom staklom (kišnom) profilima. Uspoređeni su polimeri koji sadrže 2%, 6% i 8% ENB. Dodavanje ENB -a imalo je značajan utjecaj na karakteristike vulkanizacije i gustoću umrežene veze. Modul se povećavao, dok se izduživanje značajno smanjilo. Tvrdoća se povećavala i kompresija se poboljšala tijekom porasta temperature. Kako se sadržaj ENB -a povećava, vrijeme šarmiranja postaje kraće.
ENB je amorfni materijal, a kada se doda u polimernu kralježnicu, on ometa kristalizaciju etilenskog dijela polimera, tako da se mogu dobiti polimeri s istim sadržajem etilena, a veći sadržaj ENB-a poboljšava svojstva niske temperature. Na sobnoj temperaturi, viši sadržaj ENB -a malo poboljšava kompresiju zbog poboljšane gustoće umrežene veze. Međutim, pri niskim temperaturama, skup kompresije polimera s većim sadržajem ENB -a značajno je bolji od onog polimera s 2% ENB sadržajem. Učinak sadržaja ENB-a na temperaturu krhkosti, povlačenje temperature i Gehmanov test nije pokazao značajnu razliku u temperaturi krhki između polimera općenito, a za Gehmanov test i TR test, svaki je polimer pokazao poboljšanje svojstava niske temperature s povećanjem sadržaja ENB-a.
9. Učinak Mooney viskoznosti na svojstva niske temperature
Poznato je da Mooney viskoznost (molekularna masa) ima značajan utjecaj na ponašanje elastomera. U primjenama ekstruzije i oblikovanja u aplikacijama za ekstruziju i oblikovanje, važno je odabrati spoj s prikladnom Mooneyjevom vrijednošću viskoznosti. Koristeći istu formulaciju koja je korištena za istraživanje učinka trećeg monomera, ENB, na svojstva niske temperature kako bi se ispitala Mooney viskoznost, polimeri s Mooney viskoznosti od 30, 60 i 80, a Mooney viskoznost spojeva povećavala se kako je Mooney viskoznost polimera koristila. Vlačna čvrstoća, modul i sirova čvrstoća gume povećavali su se s povećanjem Mooney viskoznosti. Učinak Mooney viskoznosti na svojstva niske temperature EPDM nije bio značajan. Međutim, trajna deformacija kompresije na sobnoj temperaturi, -20 ° C i -40 ° C raste s povećanjem molekularne mase. Međutim, kompresija postavljena na sobnoj temperaturi, -20 ° C i -40 ° C nije se značajno promijenila s povećanjem molekularne mase, dok je kompresija postavljena na povišenim temperaturama (175 ° C) pokazala neke promjene za veće Mooney viskoritete EPDM ljepila.
10. zaključak
Sadržaj etilena i dioolefina ima značajan utjecaj na performanse EPDM elastomera u aplikacijama s niskim temperaturama, pri čemu su polimeri s niskim sadržajem etilena dobro izveli i polimeri s visokim sadržajem dioolefina poboljšavajući se zbog poremećenog kristalizacije etilenskog dijela polimera. Polimeri sadržaja niskog etilena trebaju se koristiti kada su performanse niske temperature ograničenje.
