За разлика од термопластиката, еластомерите обично се користат во широк спектар на температури и значително над нивната температура на транзицијата на стаклото (TG). Предностите на еластомерите над термопластиката се нивната способност да се опорават скоро целосно од состојбата на затегнување (висока еластичност), како и нивната генерализирана еластичност, ниска цврстина и ниски модулски својства. Кога еластомерите се користат под собната температура, тие покажуваат зголемување на цврстината, зголемување на модулот и намалување на еластичноста. Кога еластомерите се користат под собната температура, постои тенденција да се зголеми цврстината, да се зголеми модулот, еластичноста за намалување (ниско затегнување) и компресија поставена да се зголеми. Во зависност од проблемот со еластомерот, може да се појават две феномени во исто време - зацврстување на стаклото и делумна кристализација - CR, EPDM, NR се неколку примери на еластомери кои покажуваат кристализација.
1. Преглед на тестирање на ниска температура
Кршливоста, постојаната деформација на компресијата, повлекувањето, зацврстувањето и криогеното зацврстување се користат многу години со цел да се карактеризираат полимерните својства на ниски температури. Релаксацијата на компресивниот стрес е релативно нова и се фокусира на одредување на силата на запечатување на материјал во текот на еден временски период во различни услови на животната средина.
2. Температура на кршливост
ASTM D 2137 ја дефинира температурата на кршливоста како најниска температура на која вулканизираната гума нема да покаже фрактура или прекин под одредени услови на влијание. Пет гумени примероци од претходно утврдена форма се подготвени, поставени во комора или течен медиум, подложени на поставена температура за 3 ± 0,5 мин, а потоа им се дава брзина на удар од 2,0 ± 0,2м/с. Примероците се отстрануваат и се подложени на тест на удар или прекин. Примерокот се отстранува и тестира за удар или фрактура, сите без оштетување. Тестот се повтори до температурата на кршливоста - најниската температура на која не беше пронајдена фрактура беше многу близу до 1 ° C.
3. Сет за компресија на ниска температура и зацврстување на ниска температура
Постапката за тестирање за комплет за компресија со ниска температура е многу блиску до онаа за стандарден комплет за компресија, освен тоа што температурата е контролирана со одреден енергетски метод, како што се сув мраз, течен азот или механички методи, а вредноста е во рамките на ± 1 ° C од претходно поставената температура. По закрепнувањето од тела, примерокот се става и на претходно поставената ниска температура и се обликува на дијаметар од 29 мм и дебелина од 12,5 мм. Комплетот за компресија со ниска температура е индиректен метод за запечатување апликации на предметната соединение. Релаксацијата на компресивниот стрес е директен метод и ќе се дискутира подоцна. Свртувањето на ниската температура, исто така, обично се одредува со употреба на вулканизиран примерок поставен за компресија (29мм х 12,5 мм), но повторно се тестира на ниска контрола на температурата, што е исто како и за комплетот за компресија, а потоа повторно на иста температура како и нивната поставена температура. Сетот за зацврстување и ниско -температурна компресија се директно погодени од ладење, но исто така и од тенденцијата на полимерот да се кристализира, со стапката на кристализација зависна од температурата, на пр., CR се кристализира најбрзо околу -10 ° C, а потоа се намалува на пониските температури, главно заради неподвижноста на сегментите на полимерниот ланец (молекуларните синџири).
4.
ASTM D 1053 го опишува методот на зацврстување на ниската температура на следниов начин: Серија на еластични полимерни примероци се фиксирано прикачени на жица со позната торзионална константа, а другиот крај на жицата е прикачена на главата на торзијата, способна за дозволување на жицата да биде извртена. Примероците се потопуваат во медиум за пренесување на топлина на одредена температура под нормалата, во кое време главата на торзијата е извртена за 180 °, а потоа примероците се искривени со количина (помалку од 180 °) што зависи од инверзна од флексибилноста и вкочанетоста на примерокот. Потоа, користете ја количината на гониометар за да ја одредите количината на пресврт на примерокот, аголот на пресврт и цврстината на гумениот материјал. Температурата на системот постепено се зголемува во овој момент и се добива заговор на аголот на пресврт против температурата. Температурите на кои модулот достигнува T2, T10 и T100 обично се евидентираат како еднакви на вредноста на модулот на собна температура.
5. Повлекување на ниска температура (тест TR)
Тестот TR се користи за да се процени можноста на примерокот во затегната состојба кога компресивната трајна деформација и компресивната релаксација на стресот утврдена со компресивен стрес се користат за да се утврдат ефектите на ниската температура. Како што е опфатено порано, многу полимери како NR и PVC ќе се кристализираат на ниски температури, но истегнувањето може да се кристализира, што доведува до дополнителни фактори кога гледаат на ниски температурни својства. За апликации за проценка, како што е издувна суспензија, TR под затегнување е многу соодветно и често се користи. Во овој тест, примерокот е издолжен (честопати за 50% или 100%) и замрзнат во издолжена состојба. Примерокот се ослободува, во кое време температурата се зголемува со одредена стапка за мерење на закрепнувањето на примерокот, се мери должината на смалувањето и се евидентира издолжувањето. Температурите на кои примерокот се намалува за 10%, 30%, 50%и 70%обично се забележуваат како TR10, TR30, TR50 и TR70. TR10 се однесува на температурата на кршливоста; TR70 се однесува на постојаната деформација на примерокот во компресија на ниска температура; а разликата помеѓу TR10 и TR70 се користи за мерење на кристализација на примерокот (колку е поголема разликата, толку е поголема тенденцијата за кристализирање).
6. Релаксација на компресивен стрес на ниска температура (ООП)
Тестот за ООП може да се користи за да се направат предвидувања за перформансите и животот на материјалите за запечатување. Кога на еластомерното соединение му се дава постојана деформација, се создава комбинирана сила и можноста на материјалот да ја одржува оваа сила во одреден опсег на животната средина ја мери неговата способност за запечатување. И физичките и хемиските механизми придонесуваат за релаксација на стресот, засновано на време и температура, ќе доминира еден фактор, се забележува физичка релаксација на ниски температури, веднаш по даден стрес, што доведува до преуредување на ланецот и промени во површините за пополнување гума и филер, а релаксацијата на системот за отстранување на стрес е пресврт. На повисоки температури, хемискиот состав ја одредува стапката на релаксација, кога физичките процеси се веќе мали, а хемиската релаксација е неповратна, што доведува до реакции на кршење на ланецот и вкрстено поврзување. Температурниот велосипедизам или ненадејните зголемувања на температурата можат да имаат ефект врз релаксацијата на стресот кај еластомерите. За време на тестот за ООП, примерокот за тестирање е поставен
За време на тестирањето на ООП, релаксацијата на стресот се зголемува кога примерокот за тестирање е подложен на покачени температури. Доколку се појави релаксација на стресот рано на тестот, количината на дополнителна релаксација се зголемува прво и има максимална вредност за време на првиот циклус. In a tensile large test piece to produce gasket samples (19mm outer diameter, inner diameter of 15mm), with an elastic fixture will be compressed to the specimen to their room temperature thickness of 25%, and at 25 ℃ into the environmental test chamber, the temperature at 25 ℃ to maintain 24h, and then down to -20 ℃, maintained for 24h, followed by the next temperature between -20 ~ 110 ℃ cycle of 24h, Целото време на тестирање на температура на тестот, температура на тестот, утврдување на континуирана сила. Мерењето на силата се изведува постојано во текот на времето на тестирање на температура на тестот.
7. Ефект на содржината на етилен
7.1 Содржината на етилен има најголемо влијание врз перформансите на ниска температура на полимерите на EPDM. Полимерите со содржина на етилен кои се движат од 48% до 72% беа проценети под формулации за запечатување со висок квалитет. Сите имаат за цел да ја намалат варијацијата во вискозноста на Муни со воведување на ENB во овие различни полимери.
Гумата EPDM е аморфна ако односот на етилен/пропилен е еднаков, а распределбата на двата мономери во полимерниот ланец е случајна. EPDM со 48% и 54% содржина на етилен не се кристализира на или над собна температура. Кога содржината на етилен достигнува 65%, етиленските секвенци почнуваат да се зголемуваат во бројот и должината и можат да формираат кристали, кои се забележани во врвовите на кристализација на кривините на DSC околу 40 ° C. Колку е поголеми врвовите на DSC, толку се поголеми кристалите што се формираат.
7.2 Покрај ефектот на содржината на етилен врз својствата на ниска температура, дискутирани подоцна, кристалитната големина влијае на леснотијата на мешање и обработка на соединенија што содржат кристали. Колку е поголема кристалитната големина, толку повеќе работи на топлина и смолкнување во фазата на мешање за целосно мешање на полимерот со другите компоненти. Суровата јачина на гума на соединенијата на EPDM се зголемува со зголемена содржина на етилен. Во формулациите за запечатување каде се мери ефектот на содржината на етилен, зголемувањето на содржината на етилен од 50% на 68% резултираше со најмалку четирикратно зголемување на јачината на гумата. Цврстината на просторијата-температура, исто така, се зголемува со зголемена содржина на етилен. Брегот на цврстината на аморфниот полимер лепило е 63 °, додека брегот цврстина на полимерот со најголема содржина на етилен е 79 °. Ова се должи на зголемувањето на секвенцата на етилен, зголемувањето на кристализацијата во лепилото и соодветното зголемување на термопластичните полимери.
7.3 Кога цврстината се мери на ниски температури, за разлика од полимерите со висока содржина на етилен, аморфните полимери покажуваат помала промена во цврстината, додека промената на цврстината на повисоката содржина на етилен не покажува линеарна шема и тврдоста останува висока на собна температура, така што полимерите што содржат повисока содржина на етилен продолжуваат да имаат највисоки вредности.
7.4 Компресија сет во голема мерка зависи од температурата на тестот. Ако се тестира на 175 ° C, нема разлика во комплетната компресија помеѓу кој било од полимерите (сетот е под влијание на дизајнот на соединението и изборот на системот за вулканизација). По топењето на етиленските кристали, полимерот покажува аморфна форма и со цел да се испита ефектот на содржината на етилен, тестовите беа направени на 23 ° C. Полимерите со поголема содржина на етилен јасно имаат поголема постојана деформација (повеќе од двојно повеќе), а ефектот на содржината на етилен е уште поголем кога се тестира на -20 ° C и -40 ° C. Полимерите со повеќе од 60% содржина на етилен имаат висока постојана деформација (> 80%); На -40 ° C, само целосно аморфните полимери имаат мала постојана деформација (17%).
7.5 Ефект на содржината на етилен врз зацврстувањето на ниската температура од тестовите на Геман. Со оглед на температурата, колку е повисок аголот, толку е помало зголемувањето на вкочанетоста (или зголемувањето на модулот). На ниски температури, модулот на вкочанетост значително се зголемува со зголемување на содржината на етилен. За аморфни полимери, T2 е -47 ° C, додека највисокиот полимер со содржина на етилен има Т2 од само -16 ° C.
7.6TR мерење на обновување на примероците по замрзнување на продолжување, содржината на етилен има значителен ефект врз методот на тестирање, што е повторно слично на тестот Геман.
Ова е слично на тестот Геман. Смалувањето (%) на различните полимери варира како функција на температурата, при што аморфните полимери имаат најголемо закрепнување на намалувањето на ниски температури; Како и да е, како што се предвидува, закрепнувањето се влошува со оглед на содржината на етилен на дадена температура.
Закрепнувањето се влошува. Вредноста на TR10 варира од -53 ° C за аморфни полимери до -28 ° C за полимери со висока содржина на етилен.
7.7 Циклус на компресивна стрес (ЦСР) циклус
Циклус. Компресирајте ги соединенијата, оставете им да се релаксираат на 25 ° C за 24 ч, а потоа ставете ги во циклус на температури кои се движат од -20 ° C до 110 ° C наизменично за 24 ч. Кога се компресира за прв пат, по периодот на рамнотежа, кристалниот полимер Е има поголема губење на стресот од аморфниот полимер, а кога се спушта на -20 ° C, силата на запечатување на двата полимери се намалува, додека аморфниот полимер А има високо задржување на стресот (повисок F/F0). Загревањето на соединението на 110 ° C ја врати својата сила за запечатување, и кога се врати на -20 ° C, преостанатата сила за запечатување на кристалниот полимер беше помалку од 20% од неговата вредност, што генерално се смета за премногу ниска за повеќето апликации, со аморфен полимер задржувајќи повеќе од 50% од својата запечатувачка сила, а аморфниот полимер повторно има повисоко обновување од кристалниот полимер. Следниот циклус даде слични заклучоци. Јасно е дека аморфните полимери се супериорни за апликации за запечатување каде што се потребни високи и ниски температурни перформанси.
8. Ефект на содржината на диолефин
За да се обезбеди незаситена точка потребна за вулканизација, не-конјугираните диолефини како ENB, HX и DCPD се додаваат во полимерите на етилен пропилен. Една двојна врска реагира во полимерната матрица, додека втората делува како дополнување на полимеризираниот молекуларен ланец и ја обезбедува точката на вулканизација за сулфур жолта вулканизација. Ефектот на ЕНБ беше оценет во профилите на бар на шофершајбната (дожд). Полимери кои содржат 2%, 6% и 8% ЕНБ беа споредени. Додавањето на ЕНБ имаше значителен ефект врз карактеристиките на вулканизацијата и густината на вкрстената врска. Модулот се зголеми додека издолжувањето значително се намали. Цврстината се зголеми и сетот за компресија се подобри за време на порастот на температурата. Како што се зголемува содржината на ENB, времето на привлечност станува пократко.
ENB е аморфен материјал, а кога се додава во полимерниот 'рбет, ја нарушува кристализацијата на етиленскиот дел на полимерот, така што може да се добијат полимери со иста содржина на етилен, а повисоката содржина на ENB ги подобрува својствата на ниска температура. На собна температура, повисоката содржина на ENB малку го подобрува комплетот за компресија како резултат на подобрената густина на вкрстениот линк. Сепак, на ниски температури, комплетот за компресија на полимерите со поголема содржина на ENB е значително подобар од оној на полимерите со 2% содржина на ENB. Ефектот на содржината на ЕНБ врз температурата на кршливоста, повлекувањето на температурата и тестот на Геман не покажа значителна разлика во температурата на кршливоста помеѓу полимерите воопшто, и за тестот на Геман и ТР-тестот, секој полимер покажа подобрување на својствата на ниска температура со зголемена содржина на ЕНБ.
9. Ефект на вискозност на Муни врз својства на ниска температура
Добро е познато дека вискозноста на Муни (молекуларна маса) има значителен ефект врз однесувањето на обработката на еластомерите. Во апликациите за екструзија и обликување во апликации за екструзија и обликување, важно е да се избере соединение со соодветна вредност на вискозност на Муни. Користејќи ја истата формулација што беше искористена за да се испита ефектот на третиот мономер, ENB, врз својствата на ниска температура за да се испита вискозноста на Муни, се споредуваа полимерите со вискозност на Муни од 30, 60 и 80, а се зголеми вискозноста на Муни со зголемувањето на вискозноста на Муни. Јачината на затегнување, модулот и суровата јачина на гума се зголеми со зголемување на вискозноста на Муни. Ефектот на вискозност на Муни врз својствата на ниска температура на EPDM не беше значаен. Сепак, постојаната деформација на компресија на собна температура, -20 ° C и -40 ° C се зголемува со зголемена молекуларна маса. Како и да е, компресијата поставена на собна температура, -20 ° C и -40 ° C не се промени значително со зголемување на молекуларната маса, додека компресијата поставена на покачени температури (175 ° C) покажа некои промени за повисоките вискозитети на Mooney на лепилата EPDM.
10. Заклучок
Содржината на етилен и диолефин има значителен ефект врз перформансите на еластомерите на EPDM во апликации со ниска температура, со полимери со ниска содржина на етилен кои работат добро и полимерите со висока содржина на диолефин се подобруваат како резултат на нарушената кристализација на етиленскиот дел на полимерот. Полимерите со ниска содржина на етилен треба да се користат кога перформансите на ниска температура се ограничување.
