Tidak seperti termoplastik, elastomer biasanya digunakan pada julat suhu yang luas dan jauh melebihi suhu peralihan kaca (Tg). Kelebihan elastomer berbanding termoplastik adalah keupayaannya untuk pulih hampir sepenuhnya daripada keadaan tegangan (keanjalan tinggi), serta keanjalan umum, kekerasan rendah dan sifat modulus yang rendah. Apabila elastomer digunakan di bawah suhu bilik, ia menunjukkan peningkatan kekerasan, peningkatan modulus, dan penurunan keanjalan. Apabila elastomer digunakan di bawah suhu bilik, terdapat kecenderungan untuk kekerasan meningkat, modulus meningkat, keanjalan menurun (tegangan rendah) dan set mampatan meningkat. Bergantung kepada masalah dengan elastomer, dua fenomena boleh berlaku pada masa yang sama - pengerasan kaca dan penghabluran separa - CR, EPDM, NR adalah beberapa contoh elastomer yang mempamerkan penghabluran.
1. Gambaran keseluruhan ujian suhu rendah
Kerapuhan, ubah bentuk kekal mampatan, penarikan balik, pengerasan dan pengerasan kriogenik telah digunakan selama bertahun-tahun untuk mencirikan sifat polimer pada suhu rendah. Kelonggaran tegasan mampatan adalah agak baharu dan memfokuskan pada penentuan daya pengedap sesuatu bahan dalam tempoh masa di bawah pelbagai keadaan persekitaran.
2. Suhu kerapuhan
ASTM D 2137 mentakrifkan suhu kerapuhan sebagai suhu terendah di mana getah tervulkan tidak akan menunjukkan keretakan atau pecah di bawah keadaan hentaman tertentu. Lima spesimen getah bentuk yang telah ditentukan disediakan, diletakkan di dalam ruang atau medium cecair, tertakluk kepada suhu yang ditetapkan selama 3±0.5min, dan kemudian diberi halaju hentaman 2.0±0.2m/s. Spesimen dikeluarkan dan tertakluk kepada ujian kesan atau pecah. Spesimen dikeluarkan dan diuji untuk kesan atau patah, semuanya tanpa kerosakan. Ujian diulang sehingga suhu kerapuhan - suhu paling rendah di mana tiada patah ditemui adalah sangat hampir kepada 1°C.
3. Set Mampatan Suhu Rendah dan Pengerasan Suhu Rendah
Prosedur ujian untuk set mampatan suhu rendah adalah sangat hampir dengan set mampatan standard, kecuali suhu dikawal oleh beberapa kaedah tenaga, seperti ais kering, nitrogen cecair atau kaedah mekanikal, dan nilainya berada dalam ± 1°C daripada suhu pratetap. Selepas pemulihan daripada lekapan, spesimen juga diletakkan pada suhu rendah pratetap dan dibentuk kepada diameter 29 mm dan ketebalan 12.5 mm. Set mampatan suhu rendah ialah kaedah tidak langsung untuk menutup aplikasi sebatian yang dipersoalkan. Kelonggaran tekanan mampatan adalah kaedah langsung dan akan dibincangkan kemudian. Pengerasan suhu rendah juga biasanya ditentukan menggunakan spesimen set mampatan tervulkan (29mm x 12.5mm), tetapi diuji semula pada kawalan suhu rendah, yang sama seperti set mampatan, dan sekali lagi pada suhu yang sama dengan suhu set mereka. Set mampatan pengerasan dan suhu rendah secara langsung dipengaruhi oleh penyejukan, tetapi juga oleh kecenderungan polimer untuk menghablur, dengan kadar penghabluran bergantung pada suhu, contohnya, CR menghablur paling cepat sekitar -10°C, dan kemudian berkurangan pada suhu yang lebih rendah, terutamanya disebabkan oleh ketidakbolehgerakan segmen rantai polimer (beku sebelum rantaian semula molekul).
4. Pengerasan Suhu Rendah Gehman
ASTM D 1053 menerangkan kaedah pengerasan suhu rendah seperti berikut: satu siri spesimen polimer elastik dilekatkan secara tetap pada wayar dengan pemalar kilasan yang diketahui, dan hujung wayar yang satu lagi dipasang pada kepala kilasan yang mampu membenarkan wayar dipintal. Spesimen direndam dalam medium pemindahan haba pada suhu tertentu di bawah normal, pada masa itu kepala kilasan dipintal sebanyak 180°, dan kemudian spesimen dipintal dengan jumlah (kurang daripada 180°) yang bergantung pada songsangan kelenturan dan kekakuan spesimen. Kemudian gunakan jumlah goniometer untuk menentukan jumlah putaran spesimen, sudut putaran dan kekerasan bahan getah. Suhu sistem meningkat secara beransur-ansur pada ketika ini, dan plot sudut twist terhadap suhu diperolehi. Suhu di mana modulus mencapai T2, T10, dan T100 biasanya direkodkan sama dengan nilai modulus pada suhu bilik.
5. Tarik Balik Suhu Rendah (Ujian TR)
Ujian TR digunakan untuk menilai keupayaan spesimen dalam keadaan tegangan apabila ubah bentuk kekal mampatan dan kelonggaran tegasan mampatan yang ditentukan oleh tegasan mampatan digunakan untuk menentukan kesan suhu rendah. Seperti yang dibincangkan sebelum ini, banyak polimer seperti NR dan PVC akan menghablur pada suhu rendah, tetapi regangan juga boleh mengkristal, membawa kepada faktor tambahan apabila melihat sifat suhu rendah. Untuk aplikasi penilaian seperti penggantungan ekzos, TR di bawah ketegangan adalah sangat sesuai dan kerap digunakan. Dalam ujian ini, spesimen dipanjangkan (selalunya sebanyak 50% atau 100%) dan dibekukan dalam keadaan memanjang. Spesimen dilepaskan, pada masa itu suhu dinaikkan pada kadar yang ditentukan untuk mengukur pemulihan spesimen, panjang pengecutan diukur dan pemanjangan direkodkan. Suhu di mana spesimen mengecut sebanyak 10%, 30%, 50%, dan 70% biasanya dinyatakan sebagai TR10, TR30, TR50 dan TR70. TR10 berkaitan dengan suhu kerapuhan; TR70 berkaitan dengan ubah bentuk kekal spesimen dalam pemampatan suhu rendah; dan perbezaan antara TR10 dan TR70 digunakan untuk mengukur penghabluran spesimen (semakin besar perbezaan, semakin besar kecenderungan untuk mengkristal).
6 . Relaksasi Tekanan Mampatan Suhu Rendah (CSR)
Ujian CSR boleh digunakan untuk membuat ramalan tentang prestasi dan hayat bahan pengedap. Apabila sebatian elastomer diberi ubah bentuk yang berterusan, daya gabungan tercipta, dan keupayaan bahan untuk mengekalkan daya ini dalam julat persekitaran tertentu mengukur keupayaannya untuk mengelak. Kedua-dua mekanisme fizikal dan kimia menyumbang kepada kelonggaran tekanan, berdasarkan masa dan suhu, satu faktor akan mendominasi, kelonggaran fizikal diperhatikan pada suhu rendah, sejurus selepas tegasan tertentu, yang membawa kepada penyusunan semula rantai dan perubahan pada permukaan pengisi getah dan pengisi, dan kelonggaran sistem penyingkiran tegasan boleh diterbalikkan. Pada suhu yang lebih tinggi, komposisi kimia menentukan kadar kelonggaran, apabila proses fizikal sudah kecil dan kelonggaran kimia tidak dapat dipulihkan, yang membawa kepada pemecahan rantai dan tindak balas silang silang. Berbasikal suhu atau peningkatan mendadak dalam suhu boleh memberi kesan kepada kelonggaran tekanan dalam elastomer. Semasa ujian CSR, spesimen ujian diletakkan
Semasa ujian CSR, kelonggaran tekanan meningkat apabila spesimen ujian tertakluk kepada suhu tinggi. Jika kelonggaran tekanan berlaku pada awal ujian, jumlah kelonggaran tambahan meningkat dahulu dan mempunyai nilai maksimum semasa kitaran pertama. Dalam sekeping ujian besar tegangan untuk menghasilkan sampel gasket (diameter luar 19mm, diameter dalam 15mm), dengan lekapan elastik akan dimampatkan kepada spesimen kepada ketebalan suhu bilik mereka sebanyak 25%, dan pada 25 ℃ ke dalam ruang ujian alam sekitar, suhu pada 25 ℃ untuk mengekalkan 24j, dan kemudian turun kepada -20 ℃ seterusnya hingga -20 ℃. Kitaran 110 ℃ 24j, keseluruhan masa ujian pada suhu ujian, suhu ujian, penentuan daya berterusan. Pengukuran daya dilakukan secara berterusan sepanjang masa ujian pada suhu ujian.
7. Kesan Kandungan Etilena
7.1 Kandungan etilena mempunyai kesan yang paling besar terhadap prestasi suhu rendah polimer EPDM. Polimer dengan kandungan Etilena antara 48% hingga 72% telah dinilai di bawah formulasi pengedap berkualiti tinggi. Semuanya bertujuan untuk mengurangkan variasi dalam kelikatan mooney dengan memperkenalkan ENB dalam polimer berbeza ini.
Getah EPDM adalah amorf jika nisbah etilena/propilena adalah sama dan taburan dua monomer dalam rantai polimer adalah rawak. EPDM dengan 48% dan 54% kandungan etilena tidak mengkristal pada atau melebihi suhu bilik. Apabila kandungan etilena mencapai 65%, jujukan etilena mula bertambah dalam bilangan dan panjang dan boleh membentuk kristal, yang diperhatikan dalam puncak penghabluran pada lengkung DSC sekitar 40°C. Semakin besar puncak DSC, semakin besar kristal yang terbentuk.
7.2 Sebagai tambahan kepada kesan kandungan etilena pada sifat suhu rendah yang dibincangkan kemudian, saiz hablur mempengaruhi kemudahan pencampuran dan pemprosesan sebatian yang mengandungi hablur. Lebih besar saiz kristal, lebih banyak haba dan kerja ricih diperlukan pada peringkat pencampuran untuk mengadun sepenuhnya polimer dengan komponen lain. Kekuatan getah mentah sebatian EPDM meningkat dengan peningkatan kandungan etilena. Dalam formulasi pengedap di mana kesan kandungan etilena diukur, peningkatan kandungan etilena daripada 50% kepada 68% menyebabkan sekurang-kurangnya empat kali ganda peningkatan kekuatan getah. Kekerasan suhu bilik juga meningkat dengan peningkatan kandungan etilena. Kekerasan Shore A bagi pelekat polimer amorf ialah 63°, manakala kekerasan Shore A bagi polimer dengan kandungan etilena tertinggi ialah 79°. Ini disebabkan oleh peningkatan dalam jujukan etilena, peningkatan penghabluran dalam pelekat, dan peningkatan yang sepadan dalam polimer termoplastik.
7.3 Apabila kekerasan diukur pada suhu rendah, berbeza dengan polimer dengan kandungan etilena yang tinggi, polimer amorf menunjukkan perubahan kekerasan yang kurang, sedangkan perubahan kekerasan kandungan etilena yang lebih tinggi tidak menunjukkan pola linear dan kekerasannya tetap tinggi pada suhu bilik, sehingga polimer yang mengandung kandungan etilena yang lebih tinggi terus memiliki kekerasan tertinggi pada suhu rendah.
7.4 Set mampatan sebahagian besarnya bergantung pada suhu ujian. Jika diuji pada 175°C, tiada perbezaan dalam set mampatan antara mana-mana polimer (set dipengaruhi oleh reka bentuk sebatian dan pilihan sistem pemvulkanan). Selepas mencairkan kristal etilena, polimer mempamerkan bentuk amorf, dan untuk mengkaji kesan kandungan etilena, ujian telah dilakukan pada 23°C. Polimer dengan kandungan etilena yang lebih tinggi jelas mempunyai ubah bentuk kekal yang lebih tinggi (lebih daripada dua kali lebih banyak), dan kesan kandungan etilena lebih besar apabila diuji pada -20°C dan -40°C. Polimer dengan lebih daripada 60% kandungan etilena mempunyai ubah bentuk kekal yang tinggi (>80%); pada -40°C, hanya polimer amorfus penuh yang mempunyai ubah bentuk kekal yang rendah (17%).
7.5 Kesan Kandungan Etilena terhadap Pengerasan Suhu Rendah daripada Ujian Gehman. Memandangkan suhu, semakin tinggi sudut, semakin rendah peningkatan kekakuan (atau peningkatan modulus). Pada suhu rendah, modulus kekakuan meningkat dengan ketara dengan peningkatan kandungan etilena. Untuk polimer amorfus, T2 ialah -47°C, manakala polimer kandungan etilena tertinggi mempunyai T2 hanya -16°C.
7.6TR Mengukur pemulihan pengecutan spesimen selepas pembekuan lanjutan, kandungan etilena mempunyai kesan yang ketara ke atas kaedah ujian, yang sekali lagi serupa dengan ujian Gehman.
Ini serupa dengan ujian Gehman. Pengecutan (%) pelbagai polimer berbeza-beza sebagai fungsi suhu, dengan polimer amorf mempunyai pemulihan pengecutan tertinggi pada suhu rendah; walau bagaimanapun, seperti yang diramalkan, pemulihan semakin merosot apabila kandungan etilena meningkat pada suhu tertentu.
pemulihan semakin merosot. Nilai TR10 berbeza dari -53°C untuk polimer amorfus hingga -28°C untuk polimer dengan kandungan etilena yang tinggi.
7.7 Kitaran kelonggaran tekanan mampatan (CSR).
Kitaran. Mampatkan sebatian, biarkan ia mengendur pada 25°C selama 24 jam, dan kemudian letakkannya dalam kitaran suhu antara -20°C hingga 110°C secara berselang-seli selama 24 jam. Apabila dimampatkan buat kali pertama, selepas tempoh penyamaan, polimer kristal E mempunyai kehilangan tegasan yang lebih tinggi daripada polimer amorf, dan apabila diturunkan kepada -20°C daya pengedap dua polimer berkurangan, manakala polimer amorf A mempunyai pengekalan tegasan yang tinggi (F/F0 yang lebih tinggi). Memanaskan sebatian kepada 110°C memulihkan daya pengedapnya, dan apabila diturunkan semula kepada -20°C, baki daya pengedap polimer hablur adalah kurang daripada 20% daripada nilainya, yang secara amnya dianggap terlalu rendah untuk kebanyakan aplikasi, dengan polimer amorfus mengekalkan lebih daripada 50% daya pengedapnya, dan polimer amorfus semula yang mempunyai pemulihan lebih tinggi daripada polimer kristal. Kitaran seterusnya menghasilkan kesimpulan yang sama. Jelas sekali bahawa polimer amorfus adalah lebih baik untuk aplikasi pengedap di mana prestasi suhu tinggi dan rendah diperlukan.
8. Kesan Kandungan Diolefin
Untuk menyediakan titik tak tepu yang diperlukan untuk pemvulkanan, diolefin tidak terkonjugasi seperti ENB, HX dan DCPD ditambah kepada polimer etilena propilena. Satu ikatan berganda bertindak balas dalam matriks polimer, manakala yang kedua bertindak sebagai pelengkap kepada rantai molekul terpolimer dan menyediakan titik pemvulkanan untuk pemvulkanan kuning sulfur. Kesan ENB dinilai dalam profil bar cermin depan (hujan). Polimer yang mengandungi 2%, 6% dan 8% ENB dibandingkan. Penambahan ENB mempunyai kesan yang ketara terhadap ciri pemvulkanan dan ketumpatan pautan silang. Modulus meningkat manakala pemanjangan menurun dengan ketara. Kekerasan meningkat dan set mampatan bertambah baik semasa kenaikan suhu. Apabila kandungan ENB meningkat, masa hangus menjadi lebih singkat.
ENB ialah bahan amorf, dan apabila ditambah pada tulang belakang polimer, ia mengganggu penghabluran bahagian etilena polimer, supaya polimer dengan kandungan etilena yang sama boleh diperoleh, dan kandungan ENB yang lebih tinggi meningkatkan sifat suhu rendah. Pada suhu bilik, kandungan ENB yang lebih tinggi menambah baik sedikit set mampatan kerana ketumpatan pautan silang yang lebih baik. Walau bagaimanapun, pada suhu rendah, set mampatan polimer dengan kandungan ENB yang lebih tinggi adalah jauh lebih baik daripada polimer dengan kandungan ENB 2%. Kesan kandungan ENB pada suhu kerapuhan, penarikan semula suhu, dan ujian Gehman tidak menunjukkan sebarang perbezaan ketara dalam suhu kerapuhan antara polimer secara umum, dan untuk ujian Gehman dan ujian TR, setiap polimer menunjukkan peningkatan dalam sifat suhu rendah dengan peningkatan kandungan ENB.
9. Kesan Kelikatan mooney pada Sifat Suhu Rendah
Telah diketahui umum bahawa kelikatan mooney (jisim molekul) mempunyai kesan yang ketara ke atas tingkah laku pemprosesan elastomer. Dalam aplikasi penyemperitan dan pengacuan Dalam aplikasi penyemperitan dan pengacuan, adalah penting untuk memilih sebatian dengan nilai kelikatan Mooney yang sesuai. Menggunakan formulasi yang sama yang digunakan untuk menyiasat kesan monomer ketiga, ENB, pada sifat suhu rendah untuk memeriksa kelikatan Mooney, polimer dengan kelikatan Mooney 30, 60, dan 80 dibandingkan, dan kelikatan Mooney bagi sebatian meningkat apabila kelikatan Mooney bagi polimer yang digunakan meningkat. Kekuatan tegangan, modulus dan kekuatan getah mentah meningkat dengan peningkatan kelikatan Mooney. Kesan kelikatan Mooney pada sifat suhu rendah EPDM adalah tidak ketara. Walau bagaimanapun, ubah bentuk kekal mampatan pada suhu bilik, -20°C dan -40°C meningkat dengan peningkatan jisim molekul. Walau bagaimanapun, set mampatan pada suhu bilik, -20°C dan -40°C tidak berubah dengan ketara dengan peningkatan jisim molekul, manakala set mampatan pada suhu tinggi (175°C) menunjukkan beberapa perubahan untuk kelikatan mooney yang lebih tinggi bagi pelekat EPDM.
10. Kesimpulan
Kandungan etilena dan diolefin mempunyai kesan yang ketara ke atas prestasi elastomer EPDM dalam aplikasi suhu rendah, dengan polimer dengan kandungan etilena rendah berprestasi baik dan polimer dengan kandungan diolefin tinggi bertambah baik disebabkan penghabluran terganggu bahagian etilena polimer. Polimer kandungan etilena rendah harus digunakan apabila prestasi suhu rendah adalah had.
