За разлика од термопластиката, еластомерите обично се користат на широк опсег на температури и значително над нивната температура на стаклена транзиција (Tg). Предностите на еластомерите во однос на термопластиките се нивната способност речиси целосно да се опорават од затегнувачката состојба (висока еластичност), како и нивната генерализирана еластичност, ниска цврстина и својства на низок модул. Кога се користат еластомери под собна температура, тие покажуваат зголемување на цврстината, зголемување на модулот и намалување на еластичноста. Кога се користат еластомери под собна температура, постои тенденција за зголемување на тврдоста, зголемување на модулот, намалување на еластичноста (ниско затегнување) и зголемување на поставеноста на компресија. Во зависност од проблемот со еластомерот, може да се појават два феномени истовремено - стврднување на стаклото и делумна кристализација - CR, EPDM, NR се некои примери на еластомери кои покажуваат кристализација.
1. Преглед на тестирање на ниски температури
Кршливост, трајна деформација на компресија, повлекување, стврднување и криогенско стврднување се користат многу години со цел да се карактеризираат својствата на полимерот при ниски температури. Релаксирањето на притисокот на компресија е релативно ново и се фокусира на одредување на силата на запечатување на материјалот во одреден временски период под различни услови на животната средина.
2. Крутост Температура
ASTM D 2137 ја дефинира температурата на кршливост како најниска температура на која вулканизираната гума нема да покаже фрактура или кинење под одредени услови на удар. Се подготвуваат пет гумени примероци со однапред одредена форма, се ставаат во комора или течен медиум, се подложени на поставена температура 3±0,5 мин, а потоа се добива брзина на удар од 2,0±0,2 m/s. Примероците се отстрануваат и се подложени на тест на удар или руптура. Примерокот се отстранува и се тестира за удар или фрактура, сето тоа без оштетување. Тестот се повторуваше до температурата на кршливост - најниската температура на која не беше пронајдена фрактура беше многу блиску до 1°C.
3. Комплет за компресија на ниска температура и стврднување на ниска температура
Процедурата за тестирање за комплетот за компресија на ниска температура е многу блиску до онаа за стандардниот сет за компресија, освен што температурата се контролира со некој енергетски метод, како сув мраз, течен азот или механички методи, а вредноста е во рамките на ± 1°C од претходно поставената температура. По извлекувањето од прицврстувачот, примерокот исто така се поставува на претходно поставената ниска температура и се обликува до дијаметар од 29 mm и дебелина од 12,5 mm. Комплетот за компресија на ниска температура е индиректен метод за запечатување на апликациите на предметното соединение. Компресивното релаксирање на стресот е директен метод и ќе се дискутира подоцна. Стврднувањето на ниска температура, исто така, обично се одредува со помош на примерок од вулканизиран комплет за компресија (29 mm x 12,5 mm), но повторно се тестира на контрола на ниска температура, што е иста како онаа за поставената компресија, а потоа повторно на истата температура како нивната поставена температура. Стврднувањето и комплетот за компресија на ниска температура директно се засегнати од ладењето, но и од тенденцијата на полимерот да се кристализира, при што стапката на кристализација зависи од температурата, на пр., CR најбрзо кристализира околу -10°C, а потоа се намалува на пониски температури, главно поради неподвижноста на полимерниот синџир пред да се ослободат сегментите на синџирот.
4. Геманско стврднување на ниска температура
ASTM D 1053 го опишува методот на нискотемпературно стврднување на следниов начин: серија на еластични полимерни примероци се фиксно прикачени на жица со позната константа на торзија, а другиот крај на жицата е прикачен на торзиона глава способна да дозволи жицата да се извитка. Примероците се потопуваат во медиум за пренос на топлина на специфична температура под нормалата, при што главата на торзијата се извиткува за 180 °, а потоа примероците се извиткуваат за количина (помалку од 180 °) што зависи од обратната флексибилност и вкочанетост на примерокот. Потоа користете ја количината на гониометар за да ја одредите количината на извртување на примерокот, аголот на вртење и цврстината на гумениот материјал. Температурата на системот постепено се зголемува во овој момент и се добива заплет на аголот на вртење во однос на температурата. Температурите при кои модулот достигнува T2, T10 и T100 обично се евидентираат како еднакви на вредноста на модулот на собна температура.
5. Повлекување на ниска температура (TR тест)
Тестот TR се користи за да се процени способноста на примерокот во состојба на истегнување кога се користат трајна деформација на притисок и релаксација на притисокот на притисок, определени со притисок на притисок, за да се утврдат ефектите на ниска температура. Како што беше објаснето претходно, многу полимери како NR и PVC ќе се кристализираат на ниски температури, но истегнувањето исто така може да кристализира, што доведува до дополнителни фактори кога се гледаат својствата на ниска температура. За апликации за евалуација како што е суспензијата за издувни гасови, TR под напнатост е многу соодветен и често се користи. Во овој тест, примерокот е издолжен (често за 50% или 100%) и замрзнат во издолжена состојба. Примерокот се ослободува, при што температурата се зголемува со одредена брзина за да се измери обновувањето на примерокот, се мери должината на собирањето и се евидентира издолжувањето. Температурите на кои примерокот се собира за 10%, 30%, 50% и 70% обично се означени како TR10, TR30, TR50 и TR70. TR10 се однесува на температурата на кршливост; TR70 се однесува на трајната деформација на примерокот при компресија на ниска температура; а разликата помеѓу TR10 и TR70 се користи за мерење на кристализацијата на примерокот (колку е поголема разликата, толку е поголема тенденцијата за кристализација).
6 . Релаксација на притисок со ниска температура (CSR)
Тестот за ООП може да се користи за да се направат предвидувања за перформансите и животниот век на материјалите за заптивање. Кога на еластомерното соединение му се дава постојана деформација, се создава комбинирана сила, а способноста 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, врз основа на времето и температурата, еден фактор ќе доминира, физичката релаксација се забележува на ниски температури, веднаш по дадениот стрес, што доведува до преуредување на синџирот и промени на површините гума-филер и полнење-полнител, а релаксацијата на системот за отстранување на стресот е реверзибилна. На повисоки температури, хемискиот состав ја одредува стапката на релаксација, кога физичките процеси се веќе мали, а хемиската релаксација е неповратна, што доведува до прекин на синџирот и реакции на вкрстено поврзување. Температурниот циклус или наглото зголемување на температурата може да има ефект на релаксација на стресот кај еластомерите. За време на тестот за ООП, се поставува тест-примерокот
За време на тестирањето за ООП, релаксирањето на стресот се зголемува кога тест-примерокот е подложен на покачени температури. Ако релаксација на стресот се појави рано во тестот, количината на дополнителна релаксација прво се зголемува и има максимална вредност во текот на првиот циклус. Во затегнувачко големо парче за тестирање за да се добијат примероци од заптивки (19 mm надворешен дијаметар, внатрешен дијаметар од 15 mm), со еластичен прицврстувач ќе биде компресирана на примерокот до дебелината на собна температура од 25%, а на 25 ℃ во комората за тестирање на животната средина, температурата на 25 ℃ за да се одржи на 24 ℃, потоа се одржува надолу до -2 ч. Следната температура помеѓу -20 ~ 110 ℃ циклус од 24 часа, целиот тест време на тест температура, температурата на тестот, континуирано определување на силата. Мерењето на силата се врши континуирано во текот на времето на тестирање на температурата на испитувањето.
7. Ефект на содржината на етилен
7.1 Содржината на етилен има најголемо влијание врз перформансите на ниски температури на EPDM полимерите. Полимерите со содржина на етилен во опсег од 48% до 72% беа оценети под висококвалитетни формулации за запечатување. Сите имаат за цел да ја намалат варијацијата во вискозноста на месечината со воведување ENB во овие различни полимери.
EPDM гумата е аморфна ако односот етилен/пропилен е еднаков и распределбата на двата мономери во полимерниот синџир е случајна. EPDM со 48% и 54% содржина на етилен не се кристализира на или над собна температура. Кога содржината на етилен ќе достигне 65%, етиленските низи почнуваат да се зголемуваат по број и должина и можат да формираат кристали, кои се забележани во врвовите на кристализација на кривите DSC околу 40°C. Колку се поголеми врвовите на DSC, толку се поголеми кристалите што се формираат.
7.2 Покрај ефектот на содржината на етилен врз особините на ниска температура за кој се дискутираше подоцна, големината на кристалитот влијае на леснотијата на мешање и обработка на соединенијата што содржат кристали. Колку е поголема големината на кристалитот, толку повеќе топлина и работа со смолкнување е потребна во фазата на мешање за целосно да се спои полимерот со другите компоненти. Јачината на сировата гума на EPDM соединенијата се зголемува со зголемување на содржината на етилен. Во формулациите за запечатување каде што беше измерен ефектот на содржината на етилен, зголемувањето на содржината на етилен од 50% на 68% резултираше со најмалку четирикратно зголемување на јачината на гумата. Тврдоста на собна температура исто така се зголемува со зголемување на содржината на етилен. Тврдоста Shore A на аморфното полимерно лепило е 63°, додека тврдоста Shore A на полимерот со најголема содржина на етилен е 79°. Ова се должи на зголемувањето на етиленската низа, зголемувањето на кристализацијата во лепилото и соодветното зголемување на термопластичните полимери.
7.3.
7.4 Комплетот за компресија во голема мера зависи од температурата на испитувањето. Ако се тестира на 175°C, нема разлика во сетот за компресија помеѓу кој било од полимерите (комплетот е под влијание на дизајнот на соединението и изборот на системот за вулканизација). По топењето на етиленските кристали, полимерот покажува аморфна форма, а со цел да се испита ефектот на содржината на етилен, беа направени тестови на 23°C. Полимерите со поголема содржина на етилен очигледно имаат поголема трајна 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 трајна деформација (>80%); на -40°C, само целосно аморфните полимери имаат ниска трајна деформација (17%).
7.5 Ефект на содржината на етилен врз стврднувањето на ниски температури од Геман тестовите. Со оглед на температурата, колку е повисок аголот, толку е помало зголемувањето на вкочанетоста (или зголемувањето на модулот). При ниски температури, модулот на вкочанетост значително се зголемува со зголемување на содржината на етилен. За аморфните полимери, Т2 е -47°C, додека полимерот со најголема содржина на етилен има Т2 од само -16°C.
7.6TR Мерење на обновување на собирање на примероците по продолжено замрзнување, содржината на етилен има значаен ефект врз методот на тестирање, кој повторно е сличен на тестот Геман.
Ова е слично на Геман тестот. Смалувањето (%) на различните полимери варира како функција на температурата, при што аморфните полимери имаат највисоко обновување на собирање при ниски температури; сепак, како што беше предвидено, обновувањето се влошува како што содржината на етилен се зголемува 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 за релаксација на притисокот (CSR).
Циклус. Компресирајте ги соединенијата, оставете ги да се релаксираат на 25°C за 24 часа, а потоа ставете ги во циклус на температури кои се движат од -20°C до 110°C наизменично во текот на 24 часа. Кога ќе се компресира за прв пат, по периодот на рамнотежа, кристалниот полимер Е има поголема загуба на напрегање од аморфниот полимер, а при спуштање на -20°C силата на запечатување на двата полимери се намалува, додека аморфниот полимер А има високо задржување на напрегањето (повисоко F/F0). Загревањето на соединението на 110°C ја обнови неговата запечатувачка сила, а кога се спушти на -20°C, преостанатата запечатувачка сила на кристалниот полимер беше помала од 20% од неговата вредност, што генерално се смета за премногу ниско за повеќето апликации, при што аморфниот полимер задржува повеќе од 50% од неговата заптивна сила од полимерниот полимер, а полимерот повторно има поголема запечатувачка сила од c. Следниот циклус донесе слични заклучоци. Јасно е дека аморфните полимери се супериорни за апликации за запечатување каде што се потребни перформанси на високи и ниски температури.
8. Ефект на содржината на диолефин
За да се обезбеди незаситената точка потребна за вулканизација, неконјугирани 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 синџир и обезбедува точка на вулканизација за сулфурна жолта вулканизација. Ефектот на ENB беше оценет во профилите на шипките на шофершајбната (дожд). Беа споредени полимери кои содржат 2%, 6% и 8% ENB. Додавањето на ENB имаше значаен ефект врз карактеристиките на вулканизација и густината на вкрстената врска. Модулот се зголеми додека издолжувањето значително се намали. Тврдоста се зголеми и сетот за компресија се подобри при пораст на температурата. Како што се зголемува содржината на ENB, времето на јагленисување станува пократко.
ENB е аморфен материјал и кога се додава во столбот на полимерот, ја нарушува кристализацијата на етиленскиот дел од 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, поголемата содржина на ENB малку го подобрува сетот на компресија поради подобрената густина на вкрстено поврзување. Меѓутоа, при ниски температури, сетот 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 ENB врз температурата на кршливост, температурното повлекување и Гемановиот тест не покажа значајна разлика во температурата на кршливост помеѓу полимерите воопшто, а за Гемановиот тест и тестот TR, секој полимер покажа подобрување во својствата на ниски температури со зголемување на содржината на ENB.
9. Ефект на вискозноста на Mooney врз својствата на ниска температура
Добро е познато дека вискозноста на месечината (молекуларната маса) има значително влијание врз однесувањето на обработката на еластомерите. Во апликациите за истиснување и обликување Во апликациите за истиснување и обликување, важно е да се избере соединение со соодветна вредност на вискозноста на Mooney. Користејќи ја истата формулација што беше користена за да се испита ефектот на третиот мономер, ENB, врз својствата на ниски температури за да се испита вискозноста на Муни, полимерите со вискозност на Муни од 30, 60 и 80 беа споредени, а вискозноста на Муни на соединенијата се зголемуваше како што се зголемуваше искористената вискозност на Муни. Јачината на истегнување, модулот и јачината на сировата гума се зголемија со зголемување на вискозноста на Муни. Ефектот на вискозноста на Муни врз својствата на ниска температура на EPDM не беше значаен. Сепак, трајната деформација на компресија на собна температура, -20°C и -40°C се зголемува со зголемување на молекуларната маса. Сепак, поставеноста на компресија на собна температура, -20°C и -40°C не се промени значително со зголемување на молекуларната маса, додека поставената компресија на покачени температури (175°C) покажа некои промени за повисоките месечни вискозитети на EPDM лепилата.
10. Заклучок
Содржината на етилен и диолефин има значаен ефект врз перформансите на EPDM еластомерите при апликации со ниски температури, при што полимерите со ниска содржина на етилен имаат добри резултати и полимерите со висока содржина на диолефин се подобруваат поради нарушената кристализација на етиленскиот дел од полимерот. Полимерите со ниска содржина на етилен треба да се користат кога перформансите на ниска температура се ограничување.
