Tidak seperti termoplastik, elastomer biasanya digunakan pada berbagai suhu dan secara signifikan di atas suhu transisi kaca (TG). Keuntungan elastomer dibandingkan termoplastik adalah kemampuan mereka untuk pulih hampir sepenuhnya dari keadaan tarik (elastisitas tinggi), serta elastisitas umum, kekerasan rendah dan sifat modulus rendah. Ketika elastomer digunakan di bawah suhu kamar, mereka menunjukkan peningkatan kekerasan, peningkatan modulus, dan penurunan elastisitas. Ketika elastomer digunakan di bawah suhu kamar, ada kecenderungan kekerasan meningkat, modulus meningkat, elastisitas untuk menurun (tarik rendah) dan kompresi ditetapkan untuk meningkat. Bergantung pada masalah dengan elastomer, dua fenomena dapat terjadi pada saat yang sama - pengerasan kaca dan kristalisasi parsial - CR, EPDM, NR adalah beberapa contoh elastomer yang menunjukkan kristalisasi.
1. Gambaran Umum Pengujian Suhu Rendah
Brittleness, kompresi deformasi permanen, retraksi, pengerasan dan pengerasan kriogenik telah digunakan selama bertahun -tahun untuk mengkarakterisasi sifat polimer pada suhu rendah. Relaksasi stres tekan relatif baru dan berfokus pada menentukan gaya penyegelan suatu bahan selama periode waktu dalam berbagai kondisi lingkungan.
2. Suhu kerapuhan
ASTM D 2137 mendefinisikan suhu kerapuhan sebagai suhu terendah di mana karet vulkanisir tidak akan menunjukkan fraktur atau pecah di bawah kondisi dampak yang ditentukan. Lima spesimen karet dari bentuk yang telah ditentukan disiapkan, ditempatkan dalam ruang atau media cair, dikenakan suhu yang ditetapkan selama 3 ± 0,5 menit, dan kemudian diberi kecepatan dampak 2,0 ± 0,2 m/s. Spesimen dihapus dan dikenakan uji dampak atau pecah. Spesimen dihapus dan diuji untuk dampak atau patah, semua tanpa kerusakan. Tes diulangi hingga suhu kerapuhan - suhu terendah di mana tidak ada fraktur yang ditemukan sangat dekat dengan 1 ° C.
3. Set kompresi suhu rendah dan pengerasan suhu rendah
Prosedur pengujian untuk set kompresi suhu rendah sangat dekat dengan set kompresi standar, kecuali bahwa suhu dikendalikan oleh beberapa metode energi, seperti es kering, nitrogen cair, atau metode mekanis, dan nilainya berada dalam ± 1 ° C dari suhu yang telah ditentukan. Setelah pemulihan dari fixture, spesimen juga ditempatkan pada suhu rendah yang telah ditentukan dan dicetak ke diameter 29 mm dan ketebalan 12,5 mm. Set kompresi suhu rendah adalah metode tidak langsung untuk menyegel aplikasi senyawa yang dimaksud. Relaksasi stres tekan adalah metode langsung dan akan dibahas nanti. Pengerasan suhu rendah juga biasanya ditentukan menggunakan spesimen set kompresi vulkanisir (29mm x 12.5mm), tetapi diuji ulang pada kontrol suhu rendah, yang sama dengan set kompresi, dan kemudian lagi pada suhu yang sama dengan suhu yang ditetapkan. Perkumpulan kompresi pengerasan dan suhu rendah secara langsung dipengaruhi oleh pendinginan, tetapi juga oleh kecenderungan polimer untuk mengkristal, dengan laju kristalisasi tergantung pada suhu, misalnya, CR mengkristalisasi paling cepat di sekitar -10 ° C, dan kemudian berkurang pada suhu yang lebih rendah, terutama karena pengabaian rantai polimer (The Molecular Corranga.
4. Pengerasan suhu rendah Gehman
ASTM D 1053 menjelaskan metode pengerasan suhu rendah sebagai berikut: serangkaian spesimen polimer elastis secara flatikan melekat pada kawat dengan konstanta torsional yang diketahui, dan ujung kawat lainnya melekat pada kepala torsi yang mampu memungkinkan kawat dipelintir. Spesimen direndam dalam media perpindahan panas pada suhu spesifik di bawah normal, pada saat itu kepala torsi dipelintir sebesar 180 °, dan kemudian spesimen dipelintir dengan jumlah (kurang dari 180 °) yang tergantung pada kebalikan dari fleksibilitas dan kekakuan spesimen. Kemudian gunakan jumlah goniometer untuk menentukan jumlah twist spesimen, sudut twist dan kekerasan bahan karet. Suhu sistem secara bertahap meningkat pada titik ini, dan plot sudut twist terhadap suhu diperoleh. Suhu di mana modulus mencapai T2, T10, dan T100 biasanya dicatat sama dengan nilai modulus pada suhu kamar.
5. Retraksi suhu rendah (TR TR)
Tes TR digunakan untuk mengevaluasi kemampuan spesimen dalam keadaan tarik ketika deformasi permanen tekan dan relaksasi tegangan tekan yang ditentukan oleh tegangan tekan digunakan untuk menentukan efek suhu rendah. Seperti yang ditanggung sebelumnya, banyak polimer seperti NR dan PVC akan mengkristal pada suhu rendah, tetapi peregangan juga dapat mengkristal, yang mengarah ke faktor tambahan ketika melihat sifat suhu rendah. Untuk aplikasi evaluasi seperti suspensi buang, TR di bawah ketegangan sangat tepat dan sering digunakan. Dalam tes ini, spesimen memanjang (seringkali sebesar 50% atau 100%) dan dibekukan di negara memanjang. Spesimen dilepaskan, pada saat itu suhu dinaikkan pada laju yang ditentukan untuk mengukur pemulihan spesimen, panjang penyusutan diukur dan perpanjangan dicatat. Suhu di mana spesimen menyusut sebesar 10%, 30%, 50%, dan 70%biasanya dicatat sebagai TR10, TR30, TR50, dan TR70. TR10 berkaitan dengan suhu kerapuhan; TR70 berkaitan dengan deformasi permanen spesimen dalam kompresi suhu rendah; dan perbedaan antara TR10 dan TR70 digunakan untuk mengukur kristalisasi spesimen (semakin besar perbedaannya, semakin besar kecenderungan untuk mengkristal).
6. Relaksasi stres tekan suhu rendah (CSR)
Tes CSR dapat digunakan untuk membuat prediksi tentang kinerja dan kehidupan bahan penyegelan. Ketika senyawa elastomer diberi deformasi konstan, gaya gabungan dibuat, dan kemampuan material untuk mempertahankan gaya ini dalam rentang lingkungan tertentu mengukur kemampuannya untuk menyegel. Baik mekanisme fisik dan kimia berkontribusi pada relaksasi stres, berdasarkan waktu dan suhu, satu faktor akan mendominasi, relaksasi fisik diamati pada suhu rendah, segera setelah stres yang diberikan, yang mengarah pada penataan ulang rantai dan perubahan dalam permukaan pengisi karet dan pengisi pengisi, dan relaksasi sistem penghilangan stres dapat dibalik. Pada suhu yang lebih tinggi, komposisi kimia menentukan laju relaksasi, ketika proses fisik sudah kecil dan relaksasi kimianya tidak dapat diubah, yang menyebabkan kerusakan rantai dan reaksi cross-linking. Siklus suhu atau peningkatan suhu mendadak dapat memiliki efek pada relaksasi stres pada elastomer. Selama tes CSR, spesimen uji ditempatkan
Selama pengujian CSR, relaksasi stres meningkat ketika spesimen uji mengalami peningkatan suhu. Jika relaksasi stres terjadi di awal tes, jumlah relaksasi tambahan meningkat terlebih dahulu dan memiliki nilai maksimum selama siklus pertama. Dalam potongan uji besar tarik untuk menghasilkan sampel gasket (diameter luar 19mm, diameter dalam 15mm), dengan perlengkapan elastis akan dikompresi ke spesimen ke ketebalan suhu kamar mereka 25%, dan pada 25 ℃ ke dalam suhu lingkungan, suhu di antara 25 jam, dan kemudian mempertahankan 24 jam. Waktu uji pada suhu uji, suhu uji, penentuan gaya kontinu. Pengukuran gaya dilakukan terus menerus sepanjang waktu uji pada suhu uji.
7. Pengaruh konten etilen
7.1 Kandungan etilen memiliki dampak terbesar pada kinerja suhu rendah polimer EPDM. Polimer dengan kandungan etilena mulai dari 48% hingga 72% dievaluasi di bawah formulasi penyegelan berkualitas tinggi. Semua bertujuan untuk mengurangi variasi dalam viskositas Mooney dengan memperkenalkan ENB dalam polimer yang berbeda ini.
Karet EPDM adalah amorf jika rasio etilena/propilena sama dan distribusi dua monomer dalam rantai polimer adalah acak. EPDM dengan kandungan etilen 48% dan 54% tidak mengkristal pada atau di atas suhu kamar. Ketika kandungan etilen mencapai 65%, urutan etilen mulai meningkat jumlah dan panjang dan dapat membentuk kristal, yang diamati pada puncak kristalisasi pada kurva DSC sekitar 40 ° C. Semakin besar puncak DSC, semakin besar kristal yang terbentuk.
7.2 Selain efek kandungan etilen pada sifat suhu rendah yang dibahas kemudian, ukuran kristalitas mempengaruhi kemudahan pencampuran dan pemrosesan senyawa yang mengandung kristal. Semakin besar ukuran kristal, semakin banyak pekerjaan panas dan geser diperlukan pada tahap pencampuran untuk sepenuhnya memadukan polimer dengan komponen lainnya. Kekuatan karet mentah senyawa EPDM meningkat dengan meningkatnya kandungan etilen. Dalam formulasi penyegelan di mana efek kandungan etilena diukur, peningkatan kandungan etilen dari 50% menjadi 68% menghasilkan setidaknya peningkatan kekuatan karet empat kali lipat. Kekerasan suhu kamar juga meningkat dengan meningkatnya kandungan etilena. Pantai Kekerasan perekat polimer amorf adalah 63 °, sedangkan pantai merupakan kekerasan polimer dengan kandungan etilen tertinggi adalah 79 °. Hal ini disebabkan oleh peningkatan urutan etilen, peningkatan kristalisasi pada perekat, dan peningkatan yang sesuai dalam polimer termoplastik.
7.3 Ketika kekerasan diukur pada suhu rendah, berbeda dengan polimer dengan kandungan etilena yang tinggi, polimer amorf menunjukkan lebih sedikit perubahan kekerasan, sedangkan perubahan kekerasan kandungan etilen yang lebih tinggi tidak menunjukkan pola linier dan kekerasan tetap tinggi pada suhu kamar, sehingga suhu yang rendah yang mengandung kandungan etilen yang lebih tinggi terus memiliki kandungan tinggi.
7.4 Set kompresi sebagian besar tergantung pada suhu uji. Jika diuji pada 175 ° C, tidak ada perbedaan dalam set kompresi antara salah satu polimer (set dipengaruhi oleh desain senyawa dan pilihan sistem vulkanisasi). Setelah melelehkan kristal etilen, polimer menunjukkan bentuk amorf, dan untuk menguji efek kandungan etilena, tes dilakukan pada 23 ° C. Polimer dengan kandungan etilena yang lebih tinggi jelas memiliki deformasi permanen yang lebih tinggi (lebih dari dua kali lipat), dan efek kandungan etilena bahkan lebih besar ketika diuji pada -20 ° C dan -40 ° C. Polimer dengan lebih dari 60% kandungan etilen memiliki deformasi permanen yang tinggi (> 80%); Pada -40 ° C, hanya polimer amorf yang memiliki deformasi permanen yang rendah (17%).
7.5 Pengaruh kandungan etilen pada pengerasan suhu rendah dari tes Gehman. Diberi suhu, semakin tinggi sudut, semakin rendah peningkatan kekakuan (atau peningkatan modulus). Pada suhu rendah, modulus kekakuan meningkat secara signifikan dengan meningkatnya kandungan etilena. Untuk polimer amorf, T2 adalah -47 ° C, sedangkan polimer kandungan etilena tertinggi memiliki T2 hanya -16 ° C.
7.6TR Mengukur pemulihan penyusutan spesimen setelah pembekuan ekstensi, kandungan etilena memiliki efek yang signifikan pada metode pengujian, yang sekali lagi mirip dengan uji Gehman.
Ini mirip dengan tes Gehman. Penyusutan (%) dari berbagai polimer bervariasi sebagai fungsi suhu, dengan polimer amorf memiliki pemulihan penyusutan tertinggi pada suhu rendah; Namun, seperti yang diperkirakan, pemulihan memburuk ketika kandungan etilena meningkat pada suhu tertentu.
Pemulihan memburuk. Nilai TR10 bervariasi dari -53 ° C untuk polimer amorf hingga -28 ° C untuk polimer dengan kandungan etilen tinggi.
7.7 Siklus Relaksasi Stres Tekan (CSR)
Siklus. Kompres senyawa, memungkinkannya untuk rileks pada 25 ° C selama 24 jam, dan kemudian menempatkannya dalam siklus suhu mulai dari -20 ° C hingga 110 ° C sebentar -sebentar selama 24 jam. Ketika dikompresi untuk pertama kalinya, setelah periode kesetimbangan, polimer kristal E memiliki kehilangan stres yang lebih tinggi daripada polimer amorf, dan ketika diturunkan ke -20 ° C Gaya penyegelan dari dua polimer berkurang, sedangkan polimer amorf A memiliki retensi stres yang tinggi (F/F0 yang lebih tinggi). Memanaskan senyawa hingga 110 ° C memulihkan gaya penyegelannya, dan ketika dibawa kembali ke -20 ° C, gaya penyegelan yang tersisa dari polimer kristal kurang dari 20% dari nilainya, yang umumnya dianggap terlalu rendah untuk sebagian besar aplikasi, dengan polimer yang tidak memiliki polimer yang lebih tinggi daripada polimer yang lebih tinggi dari 50% dari polimer yang lebih tinggi daripada polimer yang tidak memiliki polimer yang lebih tinggi dari 50% yang memiliki polimer yang memiliki polimer amorf. Siklus berikutnya menghasilkan kesimpulan yang sama. Jelas bahwa polimer amorf lebih unggul untuk aplikasi penyegelan di mana kinerja suhu tinggi dan rendah diperlukan.
8. Pengaruh Konten Diolefin
Untuk memberikan titik tak jenuh yang diperlukan untuk vulkanisasi, diolefin yang tidak terkonjugasi seperti ENB, HX dan DCPD ditambahkan ke polimer etilena propilen. Satu ikatan rangkap bereaksi dalam matriks polimer, sedangkan yang kedua bertindak sebagai pelengkap rantai molekul yang terpolimerisasi dan memberikan titik vulkanisasi untuk vulkanisasi kuning belerang. Efek ENB dievaluasi dalam profil batang kaca depan (hujan). Polimer yang mengandung 2%, 6% dan 8% ENB dibandingkan. Penambahan ENB memiliki efek yang signifikan pada karakteristik vulkanisasi dan kepadatan tautan silang. Modulus meningkat sementara perpanjangan menurun secara signifikan. Kekerasan meningkat dan set kompresi meningkat selama kenaikan suhu. Ketika konten ENB meningkat, waktu untuk menjadi lebih pendek.
ENB adalah bahan amorf, dan ketika ditambahkan ke tulang punggung polimer, ia mengganggu kristalisasi bagian etilena polimer, sehingga polimer dengan kandungan etilen yang sama dapat diperoleh, dan kandungan ENB yang lebih tinggi meningkatkan sifat suhu rendah. Pada suhu kamar, kandungan ENB yang lebih tinggi sedikit meningkatkan set kompresi karena peningkatan kepadatan ikatan silang. Namun, pada suhu rendah, set kompresi polimer dengan kandungan ENB yang lebih tinggi secara signifikan lebih baik daripada polimer dengan konten ENB 2%. Efek konten ENB pada suhu kerapuhan, retraksi suhu, dan tes Gehman tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan dalam suhu kerapuhan antara polimer secara umum, dan untuk uji Gehman dan uji TR, setiap polimer menunjukkan peningkatan sifat suhu rendah dengan peningkatan kandungan ENB.
9. Pengaruh viskositas mooney pada sifat suhu rendah
Telah diketahui bahwa viskositas Mooney (massa molekul) memiliki efek signifikan pada perilaku pemrosesan elastomer. Dalam aplikasi ekstrusi dan cetakan dalam aplikasi ekstrusi dan cetakan, penting untuk memilih senyawa dengan nilai viskositas mooney yang sesuai. Menggunakan formulasi yang sama yang digunakan untuk menyelidiki efek monomer ketiga, ENB, pada sifat suhu rendah untuk memeriksa viskositas mooney, polimer dengan viskositas mooney 30, 60, dan 80 dibandingkan, dan viskositas mooney dari senyawa meningkat karena viskositas Mooney dari polimer yang digunakan meningkat. Kekuatan tarik, modulus, dan kekuatan karet mentah meningkat dengan meningkatnya viskositas mooney. Efek viskositas Mooney pada sifat suhu rendah EPDM tidak signifikan. Namun, deformasi permanen kompresi pada suhu kamar, -20 ° C dan -40 ° C meningkat dengan meningkatnya massa molekul. Namun, kompresi yang ditetapkan pada suhu kamar, -20 ° C dan -40 ° C tidak berubah secara signifikan dengan meningkatnya massa molekul, sedangkan kompresi yang ditetapkan pada suhu tinggi (175 ° C) menunjukkan beberapa perubahan untuk viskositas Mooney yang lebih tinggi dari perekat EPDM.
10. Kesimpulan
Kandungan etilen dan diolefin memiliki efek yang signifikan pada kinerja elastomer EPDM dalam aplikasi suhu rendah, dengan polimer dengan kandungan etilen rendah yang berkinerja baik dan polimer dengan kandungan diolefin yang tinggi meningkat karena gangguan kristalisasi etilen dari polimer. Polimer kandungan etilen yang rendah harus digunakan ketika kinerja suhu rendah merupakan batasan.
