Tidak seperti termoplastik, elastomer biasanya digunakan dalam pelbagai suhu dan jauh melebihi suhu peralihan kaca mereka (TG). Kelebihan elastomer ke atas termoplastik adalah keupayaan mereka untuk pulih hampir sepenuhnya dari keadaan tegangan (keanjalan tinggi), serta keanjalan umum, kekerasan rendah dan sifat modulus yang rendah. Apabila elastomer digunakan di bawah suhu bilik, mereka menunjukkan peningkatan kekerasan, peningkatan modulus, dan penurunan keanjalan. Apabila elastomer digunakan di bawah suhu bilik, terdapat kecenderungan kekerasan meningkat, modulus meningkat, keanjalan menurun (tegangan rendah) dan mampatan yang ditetapkan untuk meningkat. Bergantung pada 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
Brittleness, mampatan ubah bentuk kekal, penarikan balik, pengerasan dan pengerasan kriogenik telah digunakan selama bertahun -tahun untuk mencirikan sifat polimer pada suhu rendah. Relaksasi tekanan mampatan agak baru dan memberi tumpuan kepada menentukan daya pengedap bahan dalam tempoh masa di bawah pelbagai keadaan persekitaran.
2. Suhu Brittleness
ASTM D 2137 mentakrifkan suhu kelembutan sebagai suhu terendah di mana getah vulcanized tidak akan menunjukkan patah atau pecah di bawah keadaan kesan tertentu. Lima spesimen getah bentuk yang telah ditentukan telah disediakan, diletakkan dalam ruang atau medium cecair, tertakluk kepada suhu set untuk 3 ± 0.5min, dan kemudian diberi halaju impak 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 ini diulangi sehingga suhu kelembutan - suhu terendah di mana tiada patah yang dijumpai sangat dekat dengan 1 ° C.
3. Set pemampatan suhu rendah dan pengerasan suhu rendah
Prosedur ujian untuk set mampatan suhu rendah adalah sangat dekat dengan set mampatan standard, kecuali suhu dikawal oleh beberapa kaedah tenaga, seperti ais kering, nitrogen cecair, atau kaedah mekanikal, dan nilai berada dalam ± 1 ° C suhu pratetap. Selepas pemulihan dari perlawanan, spesimen juga diletakkan pada suhu rendah pratetap dan dibentuk ke diameter 29 mm dan ketebalan 12.5 mm. Set mampatan suhu rendah adalah kaedah tidak langsung untuk aplikasi pengedap sebatian yang dipersoalkan. Relaksasi tekanan mampatan adalah kaedah langsung dan akan dibincangkan kemudian. Pengerasan suhu rendah juga biasanya ditentukan dengan menggunakan spesimen set mampatan vulcanized (29mm x 12.5mm), tetapi diuji semula pada kawalan suhu yang rendah, yang sama dengan set mampatan, dan sekali lagi pada suhu yang sama dengan suhu set mereka. Set mampatan pengerasan dan suhu rendah secara langsung terjejas oleh penyejukan, tetapi juga oleh kecenderungan polimer untuk mengkristal, dengan kadar penghabluran bergantung pada suhu, contohnya, Cr mengkristal dengan cepat sekitar -10 ° C, dan kemudian berkurangan pada suhu yang lebih rendah, terutamanya disebabkan oleh ketegangan rantaian polimer.
4. Pengerasan suhu rendah Gehman
ASTM D 1053 menerangkan kaedah pengerasan suhu rendah seperti berikut: Satu siri spesimen polimer elastik dipasang pada dawai dengan pemalar kilasan yang diketahui, dan ujung dawai yang lain dilampirkan pada kepala kilasan yang mampu membenarkan wayar itu dipintal. Spesimen ini direndam dalam medium pemindahan haba pada suhu tertentu di bawah normal, di mana masa kilasan dipintal oleh 180 °, dan kemudian spesimen dipintal oleh jumlah (kurang daripada 180 °) yang bergantung kepada kebalikan dari fleksibiliti dan kekakuan spesimen. Kemudian gunakan jumlah goniometer untuk menentukan jumlah spesimen sentuhan, sudut twist dan kekerasan bahan getah. Suhu sistem secara beransur -ansur meningkat pada ketika ini, dan plot sudut sentuhan terhadap suhu diperolehi. Suhu di mana modulus mencapai T2, T10, dan T100 biasanya direkodkan sebagai sama dengan nilai modulus pada suhu bilik.
5. Penarikan Suhu Rendah (Ujian TR)
Ujian TR digunakan untuk menilai keupayaan spesimen dalam keadaan tegangan apabila ubah bentuk kekal mampatan dan kelonggaran tekanan mampatan yang ditentukan oleh tekanan mampatan digunakan untuk menentukan kesan suhu yang rendah. Seperti yang diliputi sebelum ini, banyak polimer seperti NR dan PVC akan mengkristal pada suhu rendah, tetapi peregangan juga boleh mengkristal, yang membawa kepada faktor tambahan apabila melihat sifat suhu rendah. Untuk aplikasi penilaian seperti penggantungan ekzos, TR di bawah ketegangan sangat sesuai dan sering digunakan. Dalam ujian ini, spesimen dipanjangkan (selalunya sebanyak 50% atau 100%) dan dibekukan dalam keadaan memanjang. Spesimen ini 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 diperhatikan sebagai TR10, TR30, TR50, dan TR70. TR10 berkaitan dengan suhu kelembutan; 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 mengenai prestasi dan kehidupan bahan pengedap. Apabila sebatian elastomer diberikan ubah bentuk yang berterusan, daya gabungan dicipta, dan keupayaan bahan untuk mengekalkan daya ini dalam pelbagai alam sekitar mengukur keupayaannya untuk menutup. Kedua-dua mekanisme fizikal dan kimia menyumbang kepada kelonggaran tekanan, berdasarkan masa dan suhu, satu faktor akan menguasai, kelonggaran fizikal diperhatikan pada suhu yang rendah, sejurus selepas tekanan yang diberikan, yang membawa kepada penyusunan semula rantai dan perubahan dalam permukaan pengisi getah dan pengisi pengisi, dan kelonggaran sistem penyingkiran tekanan dapat 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 kerosakan rantai dan reaksi silang silang. Berbasikal suhu atau kenaikan suhu secara tiba -tiba boleh memberi kesan kepada kelonggaran tekanan pada 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 relaksasi tambahan meningkat terlebih dahulu dan mempunyai nilai maksimum semasa kitaran pertama. Dalam sekeping ujian besar tegangan untuk menghasilkan sampel gasket (diameter luar 19mm, diameter dalaman 15mm), dengan perlawanan elastik akan dimampatkan ke spesimen ke ketebalan suhu bilik mereka sebanyak 25%, dan pada 25 ℃ ke dalam ruang ujian alam sekitar, pada 24H, dan kemudian ke bawah untuk dikekalkan pada 24 ℃ 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 terbesar terhadap prestasi suhu rendah polimer EPDM. Polimer dengan kandungan etilena antara 48% hingga 72% dinilai di bawah formulasi pengedap berkualiti tinggi. Semua bertujuan untuk mengurangkan variasi kelikatan Mooney dengan memperkenalkan ENB dalam polimer yang berbeza ini.
Getah EPDM adalah amorf jika nisbah etilena/propilena adalah sama dan pengedaran dua monomer dalam rantai polimer adalah rawak. EPDM dengan kandungan etilena 48% dan 54% tidak mengkristal pada suhu bilik atau di atas. Apabila kandungan etilena mencapai 65%, urutan etilena mula meningkat 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 kristal mempengaruhi kemudahan pencampuran dan pemprosesan sebatian yang mengandungi kristal. Lebih besar saiz kristal, lebih banyak kerja panas dan ricih diperlukan pada peringkat pencampuran untuk menggabungkan 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 dari 50% hingga 68% mengakibatkan sekurang-kurangnya peningkatan empat kali ganda kekuatan getah. Kekerasan suhu bilik juga meningkat dengan peningkatan kandungan etilena. Pantai kekerasan pelekat polimer amorf adalah 63 °, sedangkan pantai kekerasan polimer dengan kandungan etilena tertinggi adalah 79 °. Ini disebabkan oleh peningkatan urutan etilena, peningkatan penghabluran dalam pelekat, dan peningkatan yang sama dalam polimer termoplastik.
7.3 Apabila kekerasan diukur pada suhu yang rendah, berbeza dengan polimer dengan kandungan etilena yang tinggi, polimer amorf menunjukkan kurang perubahan kekerasan, sedangkan perubahan kekerasan kandungan etilena yang lebih tinggi tidak menunjukkan corak linear dan kekerasan tetap tinggi pada suhu bilik, sehingga polimer yang lebih tinggi beretika.
7.4 Set mampatan sebahagian besarnya bergantung kepada suhu ujian. Jika diuji pada 175 ° C, tidak ada perbezaan dalam mampatan yang ditetapkan di antara mana -mana polimer (set dipengaruhi oleh reka bentuk kompaun dan pilihan sistem vulcanisasi). Selepas mencairkan kristal etilena, polimer mempamerkan bentuk amorf, dan untuk mengkaji kesan kandungan etilena, ujian dilakukan pada suhu 23 ° C. Polimer dengan kandungan etilena yang lebih tinggi jelas mempunyai ubah bentuk kekal yang lebih tinggi (lebih daripada dua kali ganda), 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 amorf sepenuhnya mempunyai ubah bentuk kekal yang rendah (17%).
7.5 Kesan kandungan etilena pada pengerasan suhu rendah dari ujian Gehman. Memandangkan suhu, semakin tinggi sudut, semakin rendah peningkatan kekakuan (atau peningkatan modulus). Pada suhu yang rendah, modulus kekakuan meningkat dengan ketara dengan peningkatan kandungan etilena. Untuk polimer amorf, T2 adalah -47 ° C, manakala polimer kandungan etilena tertinggi mempunyai T2 hanya -16 ° C.
7.6TR Mengukur pemulihan spesimen selepas pembekuan lanjutan, kandungan etilena mempunyai kesan yang signifikan terhadap kaedah ujian, yang sekali lagi sama dengan ujian Gehman.
Ini sama dengan ujian Gehman. Pengecutan (%) pelbagai polimer berbeza -beza sebagai fungsi suhu, dengan polimer amorf yang mempunyai pemulihan pengecutan tertinggi pada suhu rendah; Walau bagaimanapun, seperti yang diramalkan, pemulihan merosot apabila kandungan etilena meningkat pada suhu tertentu.
pemulihan merosot. Nilai TR10 berbeza dari -53 ° C untuk polimer amorf hingga -28 ° C untuk polimer dengan kandungan etilena yang tinggi.
7.7 Kitaran Tekanan Tekanan Mampatan (CSR)
Kitaran. Memampatkan sebatian, membolehkan mereka berehat pada 25 ° C selama 24 jam, dan kemudian letakkannya dalam kitaran suhu dari -20 ° C hingga 110 ° C secara berselang -seli selama 24 jam. Apabila dimampatkan untuk pertama kalinya, selepas tempoh penyamaan, polimer kristal E mempunyai kehilangan tekanan yang lebih tinggi daripada polimer amorf, dan apabila diturunkan kepada -20 ° C daya pengedap kedua -dua polimer berkurangan, manakala polimer amorfi A mempunyai tekanan tinggi tekanan (lebih tinggi F/F0). Pemanasan sebatian hingga 110 ° C memulihkan daya pengedapnya, dan apabila dibawa kembali ke -20 ° C, daya pengedap yang tersisa dari polimer kristal adalah kurang daripada 20% daripada nilainya, yang pada umumnya dianggap terlalu rendah untuk kebanyakan aplikasi, dengan polimer yang lebih tinggi daripada polimer yang lebih tinggi. Kitaran seterusnya menghasilkan kesimpulan yang sama. Sudah jelas bahawa polimer amorf lebih unggul untuk aplikasi pengedap di mana prestasi suhu tinggi dan rendah diperlukan.
8. Kesan kandungan diolefin
Untuk menyediakan titik tak tepu yang diperlukan untuk vulcanisasi, diolefin yang tidak konjugasi seperti ENB, HX dan DCPD ditambah kepada polimer propilena etilena. Satu ikatan berganda bertindak balas dalam matriks polimer, manakala yang kedua bertindak sebagai pelengkap kepada rantaian molekul polimerisasi dan menyediakan titik vulcanization untuk vulcanisasi kuning sulfur. Kesan ENB dinilai dalam profil bar cermin (hujan). Polimer yang mengandungi 2%, 6% dan 8% ENB dibandingkan. Penambahan ENB mempunyai kesan yang signifikan terhadap ciri -ciri vulcanisasi dan ketumpatan silang. Modulus meningkat sementara pemanjangan menurun dengan ketara. Kekerasan meningkat dan set mampatan bertambah baik semasa kenaikan suhu. Apabila kandungan ENB meningkat, masa charring menjadi lebih pendek.
ENB adalah bahan amorf, dan apabila ditambah ke tulang belakang polimer, ia mengganggu penghabluran bahagian etilena polimer, supaya polimer dengan kandungan etilena yang sama dapat diperoleh, dan kandungan ENB yang lebih tinggi meningkatkan sifat suhu rendah. Pada suhu bilik, kandungan ENB yang lebih tinggi sedikit meningkatkan set mampatan disebabkan oleh ketumpatan silang silang yang lebih baik. Walau bagaimanapun, pada suhu rendah, set mampatan polimer dengan kandungan ENB yang lebih tinggi jauh lebih baik daripada polimer dengan kandungan ENB 2%. Kesan kandungan ENB pada suhu kelembutan, penarikan balik suhu, dan ujian Gehman tidak menunjukkan perbezaan yang signifikan dalam suhu keburukan 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
Adalah diketahui bahawa kelikatan Mooney (jisim molekul) mempunyai kesan yang signifikan terhadap tingkah laku pemprosesan elastomer. Dalam aplikasi penyemperitan dan pencetakan dalam aplikasi penyemperitan dan pencetakan, 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 sebanyak 30, 60, dan 80 telah dibandingkan, dan kelikatan Mooney sebatian meningkat apabila kelikatan Mooney yang digunakan oleh polimer yang digunakan meningkat. Kekuatan tegangan, modulus, dan kekuatan getah mentah meningkat dengan peningkatan kelikatan Mooney. Kesan kelikatan Mooney pada sifat suhu rendah EPDM tidak penting. Walau bagaimanapun, ubah bentuk kekal mampatan pada suhu bilik, -20 ° C dan -40 ° C meningkat dengan peningkatan jisim molekul. Walau bagaimanapun, mampatan yang ditetapkan pada suhu bilik, -20 ° C dan -40 ° C tidak berubah dengan ketara dengan peningkatan jisim molekul, manakala mampatan yang ditetapkan pada suhu tinggi (175 ° C) menunjukkan beberapa perubahan untuk kelikatan Mooney yang lebih tinggi daripada pelekat EPDM.
10. Kesimpulan
Kandungan etilena dan diolefin mempunyai kesan yang signifikan terhadap prestasi elastomer EPDM dalam aplikasi suhu rendah, dengan polimer dengan kandungan etilena yang rendah berfungsi dengan baik dan polimer dengan kandungan diolefin yang tinggi bertambah baik disebabkan oleh penghabluran bahagian etilena polimer. Polimer kandungan etilena yang rendah harus digunakan apabila prestasi suhu rendah adalah batasan.
