Am Géigesaz zu Thermoplastik ginn Elastomere typesch iwwer eng breet Palette vun Temperaturen a wesentlech iwwer hir Glasiwwergangstemperatur (Tg) benotzt. D'Virdeeler vun Elastomeren iwwer Thermoplastik sinn hir Fäegkeet fir bal komplett aus dem Spannungszoustand (héich Elastizitéit) ze recuperéieren, wéi och hir generaliséiert Elastizitéit, geréng Härtheet an niddereg Moduluseigenschaften. Wann Elastomere ënner Raumtemperatur benotzt ginn, weisen se eng Erhéijung vun der Härte, eng Erhéijung vum Modulus an eng Ofsenkung vun der Elastizitéit. Wann Elastomere ënner Raumtemperatur benotzt ginn, gëtt et eng Tendenz fir d'Häert ze erhéijen, de Modul ze erhéijen, d'Elastizitéit ze reduzéieren (niddereg Spannung) an d'Kompressioun ze erhéijen. Ofhängeg vum Problem mam Elastomer, kënnen zwee Phänomener zur selwechter Zäit optrieden - Glashärtung a partiell Kristalliséierung - CR, EPDM, NR sinn e puer Beispiller vun Elastomeren déi Kristalliséierung weisen.
1. Iwwersiicht vun niddereg Temperatur Testen
Breetheet, Kompressioun permanent Verformung, Réckzuch, Härtung a Kryogenhärte gi fir vill Jore benotzt fir Polymereigenschaften bei niddregen Temperaturen ze charakteriséieren. Kompressiv Stress Entspanung ass relativ nei a konzentréiert sech op d'Bestëmmung vun der Dichtungskraaft vun engem Material iwwer eng Zäitperiod ënner verschiddenen Ëmweltbedéngungen.
2. Brittleness Temperatur
ASTM D 2137 definéiert d'Brëtzheetstemperatur als déi niddregst Temperatur bei där vulkaniséierte Gummi keng Fraktur oder Broch ënner spezifizéierten Impaktbedéngungen weist. Fënnef Gummi-Exemplare vu virbestëmmter Form ginn virbereet, an enger Kammer oder flëssege Medium plazéiert, op eng festgeluegt Temperatur fir 3 ± 0,5min ënnerworf, an dann eng Auswierkungsgeschwindegkeet vun 2,0 ± 0,2m / s. D'Exemplare ginn ewechgeholl an en Impakt- oder Brochtest ausgesat. D'Exemplar gëtt ewechgeholl a getest fir Impakt oder Fraktur, alles ouni Schued. Den Test gouf bis zur Brëtschtemperatur widderholl - déi niddregst Temperatur bei där keng Fraktur fonnt gouf war ganz no bei 1 ° C.
3. Niddereg Temperatur Kompressioun Set an Niddereg Temperatur Hardening
D'Testprozedur fir Low-Temperatur Kompressiounsset ass ganz no bei deem fir Standard Kompressiounsset, ausser datt d'Temperatur duerch eng Energiemethod kontrolléiert gëtt, wéi dréchen Äis, flëssege Stickstoff oder mechanesche Methoden, an de Wäert ass bannent ± 1 ° C vun der virausgesater Temperatur. No der Erhuelung vun der Fixture gëtt d'Exemplar och op der virgestëmmter niddereger Temperatur plazéiert an zu engem Duerchmiesser vu 29 mm an enger Dicke vun 12,5 mm geformt. Niddereg-Temperatur Kompressiounsset ass eng indirekt Method fir d'Versiegelung vun Uwendungen vun der betreffender Verbindung. Kompressive Stress Entspanung ass déi direkt Method a wäert spéider diskutéiert ginn. Niddereg Temperaturhärtung gëtt och normalerweis mat engem vulkaniséierte Kompressiounsexemplar (29mm x 12,5mm) bestëmmt, awer nei getest bei enger niddereger Temperaturkontroll, déi d'selwecht ass wéi déi fir Kompressiounsset, an dann erëm bei der selwechter Temperatur wéi hir festgeluechte Temperatur. D'Hären an d'Tieftemperaturkompressiounsset ginn direkt vun der Ofkillung beaflosst, awer och duerch d'Tendenz vum Polymer ze kristalliséieren, mat der Kristalliséierungsquote ofhängeg vun der Temperatur, zB CR kristalliséiert am schnellsten ëm -10 ° C, an fällt dann bei méi nidderegen Temperaturen erof, haaptsächlech wéinst der Immobilitéit vun de Polymerkettensegmenter (d'molekulare Rearrangement vun de Moleketten).
4. Gehman Low Temperature Hardening
ASTM D 1053 beschreift d'Tieftemperaturhärtemethod wéi follegt: eng Serie vun elastesche Polymerexemplare si fixéiert un engem Drot mat enger bekannter Torsiounskonstant befestegt, an den aneren Enn vum Drot ass un engem Torsiounskop befestegt, deen et erlaabt datt den Drot verdreift. D'Exemplare ginn an engem Wärmetransfermedium bei enger spezifescher Temperatur ënner der normaler ënnergeet, zu där Zäit de Torsiounskop ëm 180° verdreift, an dann ginn d'Exemplare mat engem Betrag (manner wéi 180°) verdreift, deen ofhängeg vun der Inverse vun der Flexibilitéit an der Steifheit vum Exemplar ass. Dann benotzt d'Quantitéit vum Goniometer fir d'Quantitéit vum Exemplar-Twist, de Wénkel vum Twist an d'Häert vum Gummimaterial ze bestëmmen. D'Temperatur vum System gëtt graduell op dësem Punkt erhéicht, an e Komplott vum Wénkel vum Twist géint d'Temperatur gëtt kritt. D'Temperaturen, bei deenen de Modulus T2, T10 an T100 erreecht, ginn normalerweis als gläich mam Moduluswäert bei Raumtemperatur opgeholl.
5. Niddereg Temperatur Réckzuch (TR Test)
Den TR-Test gëtt benotzt fir d'Fäegkeet vun engem Exemplar am Spannungszoustand ze evaluéieren wann kompressive permanente Verformung a Kompressivstressrelaxatioun, bestëmmt duerch Kompressiounsstress, benotzt gi fir niddereg Temperatureffekter ze bestëmmen. Wéi virdru ofgedeckt, wäerte vill Polymere wéi NR a PVC bei niddregen Temperaturen kristalliséieren, awer d'Stretching kann och kristalliséieren, wat zu zousätzlech Faktoren féiert wann Dir op niddereg Temperatureigenschaften kuckt. Fir Evaluatioun Uwendungen wéi Auspuff Suspension, TR ënner Spannung ass ganz gëeegent an dacks benotzt. An dësem Test gëtt d'Prouf verlängert (dacks ëm 50% oder 100%) a gefruer am verlängerten Zoustand. D'Prouf gëtt entlooss, zu där Zäit d'Temperatur mat engem bestëmmten Taux erhéicht gëtt fir d'Erhuelung vum Exemplar ze moossen, d'Längt vum Schrump gëtt gemooss an d'Verlängerung opgeholl. D'Temperaturen, bei deenen d'Prouf ëm 10%, 30%, 50% a 70% schrumpft ginn normalerweis als TR10, TR30, TR50 an TR70 bemierkt. TR10 bezitt sech op d'Britterheetstemperatur; TR70 bezitt sech op d'permanente Verformung vum Exemplar an der Tieftemperaturkompressioun; an den Ënnerscheed tëscht TR10 an TR70 gëtt benotzt fir d'Kristalliséierung vum Exemplar ze moossen (wat méi grouss ass den Ënnerscheed, dest méi grouss ass d'Tendenz ze kristalliséieren).
6 . Niddereg Temperatur Kompressive Stress Relaxatioun (CSR)
Den CSR Test ka benotzt ginn fir Prognosen iwwer d'Leeschtung an d'Liewen vun Dichtungsmaterialien ze maachen. Wann eng elastomere Verbindung eng konstant Verformung gëtt, gëtt eng kombinéiert Kraaft erstallt, an d'Fäegkeet vum Material fir dës Kraaft bannent engem bestëmmten Ëmweltberäich ze halen, misst seng Fäegkeet ze versiegelen. Béid physesch a chemesch Mechanismen droen zur Stressrelaxatioun bäi, baséiert op Zäit an Temperatur, ee Faktor wäert dominéieren, kierperlech Entspanung gëtt bei niddregen Temperaturen observéiert, direkt no engem bestëmmte Stress, wat zu Kettenrearrangement a Verännerungen an de Gummi-Filler a Filler-Filler Flächen féiert, an d'Entspanung vum Stressentfernungssystem ass reversibel. Bei méi héijen Temperaturen bestëmmt d'chemesch Zesummesetzung den Taux vun der Entspanung, wann déi physesch Prozesser scho kleng sinn an déi chemesch Entspanung irreversibel ass, wat zu Kettenbriechung a Cross-linking Reaktiounen féiert. Temperatur Cycling oder plötzlech Erhéijung vun der Temperatur kënnen en Effekt op Stressrelaxatioun an Elastomeren hunn. Wärend dem CSR Test gëtt d'Testexemplar plazéiert
Wärend dem CSR Test gëtt d'Stressrelaxatioun erhéicht wann d'Testexemplar erhéigen Temperaturen ënnerworf gëtt. Wann Stress Entspanung fréi am Test geschitt, de Montant vun zousätzlech Entspanung erhéicht éischt an huet e Maximum Wäert während dem éischten Zyklus. An engem tensile grousst Test Stéck gasket Echantillon ze produzéieren (19mm baussenzegen Duerchmiesser, bannenzegen Duerchmiesser vun 15mm), mat engem elastesche Fixture gëtt op d'Prouf op hir Raumtemperatur deck vun 25% kompriméiert ginn, a bei 25 ℃ an der Ëmwelt Test Chamber, d'Temperatur bei 25 ℃ ze erhalen ℃ 24h, an dann erhalen vun 24h, 24h, an dann gehalen, Déi nächst Temperatur tëscht -20 ~ 110 ℃ Zyklus vun 24h, déi ganz Testzäit bei Testtemperatur, Testtemperatur, kontinuéierlech Kraaftbestëmmung. D'Kraaftmessung gëtt kontinuéierlech während der Testzäit bei der Testtemperatur duerchgefouert.
7. Effet vun Ethylen Inhalt
7.1 Ethylen Inhalt huet de gréissten Impakt op déi niddreg Temperatur Leeschtung vun EPDM Polymer. Polymere mat Ethylen Inhalt rangéiert vun 48% bis 72% goufen ënner héichwäerteg Versiegelung Formuléierungen bewäert. All zielt d'Variatioun vun der Mooney-Viskositéit ze reduzéieren andeems ENB an dëse verschiddene Polymere agefouert gëtt.
EPDM Gummi ass amorph wann den Ethylen / Propylen Verhältnis gläich ass an d'Verdeelung vun den zwee Monomeren an der Polymerkette zoufälleg ass. EPDM mat 48% an 54% Ethylen Inhalt kristalliséiert net bei oder iwwer Raumtemperatur. Wann den Ethylengehalt 65% erreecht, fänken d'Ethylensequenzen un an der Zuel an der Längt eropzegoen a kënne Kristalle bilden, déi an de Kristalliséierungspeaks op den DSC-Kéiren ëm 40°C observéiert ginn. Wat méi grouss d'DSC Peaks sinn, wat méi grouss d'Kristalle bilden.
7.2 Nieft dem Effet vum Ethylengehalt op d'Tieftemperatureigenschaften, déi spéider diskutéiert ginn, beaflosst d'Kristallitgréisst d'Liichtegkeet vun der Vermëschung an der Veraarbechtung vu Verbindungen déi Kristalle enthalen. Wat méi grouss d'Kristallitgréisst ass, wat méi Hëtzt a Schéieraarbecht ass an der Mëschstadium erfuerderlech fir de Polymer komplett mat den anere Komponenten ze vermëschen. D'Raw Gummistécker Kraaft vun EPDM Verbindungen Erhéijunge mat Erhéijung Ethylen Inhalt. Bei Versiegelungsformulatiounen, wou den Effekt vum Ethylengehalt gemooss gouf, huet eng Erhéijung vum Ethylengehalt vu 50% op 68% op d'mannst eng véierfach Erhéijung vun der Stäerkt vum Gummi gefouert. D'Raumtemperaturhärkeet erhéicht och mat Erhéijung vum Ethylengehalt. D'Shore A Härheet vum amorphen Polymerklebstoff ass 63 °, wärend d'Shore A Härheet vum Polymer mam héchsten Ethylengehalt 79 ° ass. Dëst ass wéinst der Erhéijung vun der Ethylensekvens, der Erhéijung vun der Kristalliséierung am Klebstoff, an der entspriechender Erhéijung vun thermoplastesche Polymeren.
7.3 Wann d'Häert bei niddregen Temperaturen gemooss gëtt, am Géigesaz zu de Polymere mat héijen Ethylengehalt, weisen déi amorph Polymere manner Ännerung an der Härte, wärend d'Ännerung vun der Härtheet vum méi héije Ethylengehalt kee linear Muster weist an d'Härheet bei Raumtemperatur héich bleift, sou datt d'Polymeren déi méi héich Ethylengehalt enthalen déi héchste Hardness bei nidderegen Temperaturen weiderhin hunn.
7.4 Kompressiounsset ass gréisstendeels ofhängeg vun der Testtemperatur. Wann et bei 175 ° C getest gëtt, gëtt et keen Ënnerscheed am Kompressiounsset tëscht engem vun de Polymeren (Set gëtt beaflosst vum Design vun der Verbindung an der Wiel vum Vulkaniséierungssystem). No der Schmelzung vun den Ethylenkristalle weist de Polymer eng amorph Form, a fir den Effekt vum Ethylengehalt z'ënnersichen, goufen Tester bei 23°C gemaach. Polymere mat engem méi héije Ethylengehalt hunn kloer méi héich permanent Verformung (méi wéi duebel sou vill), an den Effekt vum Ethylengehalt ass nach méi grouss wann se bei -20 ° C an -40 ° C getest ginn. Polymere mat méi wéi 60% Ethylen Inhalt hunn héich permanent Deformatioun (> 80%); bei -40°C hunn nëmmen déi voll amorph Polymer eng niddreg permanent Verformung (17%).
7.5 Effet vun Ethylen Inhalt op niddereg Temperatur Hardening aus Gehman Tester. Gitt eng Temperatur, wat méi héich ass den Eck, dest manner d'Erhéijung vun der Steifheit (oder d'Erhéijung vum Modulus). Bei niddregen Temperaturen erhéicht de Steifheitsmodul wesentlech mat Erhéijung vum Ethylengehalt. Fir amorfe Polymere ass den T2 -47°C, während den héchsten Ethylengehalt Polymer en T2 vun nëmmen -16°C huet.
7.6TR Miessunge Schrumpfung Erhuelung vun Exemplairen no Verlängerung Afréiere, huet den Ethylen Inhalt e wesentleche Effekt op d'Test Method, déi nees ähnlech dem Gehman Test ass.
Dëst ass ähnlech dem Gehman Test. D'Schrumpfung (%) vun de verschiddene Polymere variéiert als Funktioun vun der Temperatur, mat den amorphen Polymeren déi héchste Schrumpfungserhuelung bei niddregen Temperaturen hunn; awer, wéi virausgesot, d'Erhuelung verschlechtert wéi den Ethylengehalt bei enger bestëmmter Temperatur eropgeet.
Erhuelung verschlechtert. De Wäert vun TR10 variéiert vun -53 ° C fir amorfe Polymere bis -28 ° C fir Polymere mat héijen Ethylengehalt.
7.7 Compressive Stress Relaxation (CSR) Zyklus
Zyklus. Kompriméiert d'Verbindungen, erlaabt se bei 25 ° C fir 24 Stonnen ze relaxen, a plazéiert se dann an engem Zyklus vun Temperaturen tëscht -20 ° C bis 110 ° C intermittent fir 24 Stonnen. Wann et fir d'éischte Kéier kompriméiert gëtt, no der Equilibratiounsperiod, huet de kristalline Polymer E e méi héije Stressverloscht wéi den amorphen Polymer, a wann se op -20 ° C erofgesat ginn, fällt d'Versiegelungskraaft vun den zwee Polymeren erof, während den amorphen Polymer A eng héich Retention vu Stress huet (méi héich F / F0). D'Erhëtzung vun der Verbindung op 110 ° C huet seng Dichtungskraaft restauréiert, a wann se zréck op -20 ° C bruecht gouf, war déi verbleiwen Dichtungskraaft vum kristallinesche Polymer manner wéi 20% vu sengem Wäert, wat allgemeng als ze niddreg ugesi gëtt fir déi meescht Uwendungen, mat dem amorphen Polymer méi wéi 50% vu senger Dichtungskraaft behalen, an den amorphen Polymer huet erëm eng méi héich Polymer Erhuelung. Den nächsten Zyklus huet ähnlech Conclusiounen bruecht. Et ass kloer datt amorph Polymere superieur si fir Versiegelungsapplikatiounen wou héich an niddreg Temperaturleistung erfuerderlech ass.
8. Effet vun Diolefin Inhalt
Fir den onsaturéierte Punkt fir Vulkaniséierung erfuerderlech ze bidden, ginn net konjugéiert Diolefinen wéi ENB, HX an DCPD un Ethylenpropylenpolymere bäigefüügt. Eng Duebelbindung reagéiert an der Polymermatrix, während déi zweet als Ergänzung zu der polymeriséierter molekulare Kette wierkt an de Vulkaniséierungspunkt fir Schwefelgiel Vulkaniséierung liwwert. Den Effet vun ENB war an windshield (Reen) Bar Profiler évaluéieren. Polymere mat 2%, 6% an 8% ENB goufen verglach. D'Zousätzlech vun ENB hat e wesentlechen Effekt op d'Vulkaniséierungseigenschaften an d'Verknüpfungsdicht. De Modul ass eropgaang wärend d'Verlängerung wesentlech erofgaang ass. D'Härheet ass eropgaang an d'Kompressiounsset verbessert während der Temperaturerhéijung. Wéi den ENB Inhalt eropgeet, gëtt d'Verkulningszäit méi kuerz.
ENB ass en amorpht Material, a wann et un de Polymer Réckgrat bäigefüügt gëtt, stéiert et d'Kristalliséierung vum Ethylen-Deel vum Polymer, sou datt Polymere mat deemselwechten Ethylengehalt kritt kënne ginn, an de méi héije Inhalt vun ENB verbessert d'Tieftemperatureigenschaften. Bei Raumtemperatur verbessert de méi héije ENB Inhalt liicht de Kompressiounsset wéinst der verbesserter Crosslink Dicht. Wéi och ëmmer, bei niddregen Temperaturen ass de Kompressiounsset vun de Polymere mat méi héijen ENB Inhalt wesentlech besser wéi dee vun de Polymere mat 2% ENB Inhalt. Den Effet vun ENB Inhalt op brittleness Temperatur, Temperatur Réckzuch, an Gehman d'Test huet kee groussen Ënnerscheed zu brittleness Temperatur tëscht Polymer am Allgemengen weisen, a fir de Gehman d'Test an den TR Test, all Polymer huet eng Verbesserung vun niddereg-Temperatur Eegeschafte mat Erhéijung ENB Inhalt gewisen.
9. Effet vun mooney Viskositéit op niddereg Temperatur Eegeschafte
Et ass bekannt datt Mooney Viskositéit (molekulare Mass) e wesentlechen Effekt op d'Veraarbechtungsverhalen vun Elastomeren huet. Bei Extrusiouns- a Schimmelapplikatiounen Bei Extrusiouns- a Schimmelapplikatiounen ass et wichteg eng Verbindung mat engem passenden Mooney Viskositéitswäert ze wielen. Mat der selweschter Formuléierung déi benotzt gouf fir den Effekt vum drëtte Monomer, ENB, op niddereg-Temperatureigenschaften z'ënnersichen fir d'Mooney Viskositéit z'ënnersichen, goufen Polymere mat Mooney Viskositéiten vun 30, 60 an 80 verglach, an d'Mooney Viskositéit vun de Verbindungen erhéicht wéi d'Mooney Viskositéit vun de benotzte Polymeren eropgaange sinn. Spannkraaft, Modulus, a roude Gummistäerkt erhéicht mat der Erhéijung vun der Mooney Viskositéit. Den Effekt vun der Mooney Viskositéit op d'Tieftemperatureigenschaften vun EPDM war net bedeitend. Wéi och ëmmer, d'Kompressioun permanent Verformung bei Raumtemperatur, -20°C an -40°C erhéicht mat der Erhéijung vun der Molekülmass. Wéi och ëmmer, de Kompressiounsset bei Raumtemperatur, -20 ° C an -40 ° C huet sech net wesentlech mat der Erhéijung vun der Molekülmass geännert, wärend de Kompressiounsset bei erhéigen Temperaturen (175 ° C) e puer Ännerungen fir déi méi héich mooney Viskositéite vun den EPDM Klebstoff gewisen huet.
10. Conclusioun
Den Ethylen- an Diolefingehalt huet e wesentlechen Effekt op d'Performance vun EPDM Elastomeren bei niddregen Temperaturen Uwendungen, mat Polymere mat nidderegen Ethylengehalt gutt performant a Polymere mat héije Diolefingehalt verbesseren wéinst der gestéierter Kristalliséierung vum Ethylen Deel vum Polymer. Niddereg Ethylengehalt Polymere solle benotzt ginn wann d'Tieftemperaturleistung eng Begrenzung ass.
