I motsetning til termoplast, brukes elastomerer vanligvis over et bredt temperaturområde og betydelig over glassovergangstemperaturen (Tg). Fordelene med elastomerer fremfor termoplaster er deres evne til å komme seg nesten fullstendig fra strekktilstanden (høy elastisitet), samt deres generaliserte elastisitet, lave hardhet og lave modulegenskaper. Når elastomerer brukes under romtemperatur, viser de en økning i hardhet, en økning i modul og en reduksjon i elastisitet. Når elastomerer brukes under romtemperatur, er det en tendens til at hardheten øker, modulen øker, elastisiteten reduseres (lav strekk) og at kompresjonen øker. Avhengig av problemet med elastomeren kan to fenomener oppstå samtidig - glassherding og delvis krystallisering - CR, EPDM, NR er noen eksempler på elastomerer som viser krystallisering.
1. Oversikt over lavtemperaturtesting
Sprøhet, kompresjon permanent deformasjon, tilbaketrekking, herding og kryogen herding har blitt brukt i mange år for å karakterisere polymeregenskaper ved lave temperaturer. Kompressiv spenningsrelaksasjon er relativt nytt og fokuserer på å bestemme tetningskraften til et materiale over en tidsperiode under ulike miljøforhold.
2. Sprøhet Temperatur
ASTM D 2137 definerer sprøhetstemperaturen som den laveste temperaturen der vulkanisert gummi ikke vil vise brudd eller sprekke under spesifiserte støtforhold. Fem gummiprøver med forhåndsbestemt form blir klargjort, plassert i et kammer eller flytende medium, utsatt for en innstilt temperatur i 3±0,5 min, og deretter gitt en anslagshastighet på 2,0±0,2m/s. Prøvene fjernes og utsettes for en slag- eller bruddtest. Prøven fjernes og testes for slag eller brudd, alt uten skade. Testen ble gjentatt opp til sprøhetstemperaturen - den laveste temperaturen hvor det ikke ble funnet brudd var svært nær 1°C.
3. Lavtemperaturkompresjonssett og lavtemperaturherding
Testprosedyren for lavtemperatur kompresjonssett er veldig nær den for standard kompresjonssett, bortsett fra at temperaturen styres av en eller annen energimetode, for eksempel tørris, flytende nitrogen eller mekaniske metoder, og verdien er innenfor ± 1 °C fra den forhåndsinnstilte temperaturen. Etter gjenvinning fra fiksturen, plasseres prøven også ved den forhåndsinnstilte lave temperaturen og støpes til en diameter på 29 mm og en tykkelse på 12,5 mm. Lavtemperatur kompresjonssett er en indirekte metode for tetting av applikasjoner av den aktuelle forbindelsen. Kompressiv stressavspenning er den direkte metoden og vil bli diskutert senere. Lavtemperaturherding bestemmes også vanligvis ved bruk av en vulkanisert kompresjonssettprøve (29 mm x 12,5 mm), men testet på nytt ved en lavtemperaturkontroll, som er den samme som for kompresjonssett, og deretter igjen ved samme temperatur som den innstilte temperaturen. Herding og lavtemperaturkompresjonssett påvirkes direkte av avkjøling, men også av polymerens tendens til å krystallisere, med krystalliseringshastigheten avhengig av temperatur, f.eks. krystalliserer CR raskest rundt -10°C, og avtar deretter ved lavere temperaturer, hovedsakelig på grunn av immobiliteten til polymerkjedesegmentene (de molekylære kjedene fryser).
4. Gehman lavtemperaturherding
ASTM D 1053 beskriver lavtemperaturherdingsmetoden som følger: en serie med elastiske polymerprøver er fast festet til en ledning med en kjent torsjonskonstant, og den andre enden av ledningen er festet til et torsjonshode som er i stand til å tillate at ledningen vris. Prøvene nedsenkes i et varmeoverføringsmedium ved en spesifikk temperatur under normalen, på hvilket tidspunkt torsjonshodet vris med 180°, og deretter blir prøvene vridd i en mengde (mindre enn 180°) som er avhengig av det omvendte av prøvens fleksibilitet og stivhet. Bruk deretter mengden goniometer for å bestemme mengden prøvevridning, vrivinkelen og hardheten til gummimaterialet. Temperaturen til systemet økes gradvis på dette punktet, og et plott av vridningsvinkelen mot temperaturen oppnås. Temperaturene der modulen når T2, T10 og T100 registreres vanligvis som lik modulverdien ved romtemperatur.
5. Lavtemperatur-retraksjon (TR-test)
TR-testen brukes til å evaluere evnen til en prøve i strekktilstand når kompresjons permanent deformasjon og trykkspenningsrelaksasjon bestemt av trykkspenning brukes til å bestemme lavtemperatureffekter. Som omtalt tidligere, vil mange polymerer som NR og PVC krystallisere ved lave temperaturer, men strekking kan også krystallisere, noe som fører til flere faktorer når man ser på lavtemperaturegenskaper. For evalueringsapplikasjoner som eksosfjæring er TR under strekk veldig passende og ofte brukt. I denne testen er prøven forlenget (ofte med 50 % eller 100 %) og frosset i forlenget tilstand. Prøven frigjøres, på hvilket tidspunkt temperaturen heves med en bestemt hastighet for å måle gjenvinningen av prøven, lengden på krympingen måles og forlengelsen registreres. Temperaturene der prøven krymper med 10 %, 30 %, 50 % og 70 %, er vanligvis notert som TR10, TR30, TR50 og TR70. TR10 er relatert til sprøhetstemperaturen; TR70 er relatert til den permanente deformasjonen av prøven ved lavtemperaturkompresjon; og forskjellen mellom TR10 og TR70 brukes til å måle krystallisering av prøven (jo større forskjellen er, desto større er tendensen til å krystallisere).
6 . Lavtemperatur kompressiv stressavslapning (CSR)
CSR-testen kan brukes til å gi spådommer om ytelsen og levetiden til tetningsmaterialer. Når en elastomerforbindelse gis en konstant deformasjon, skapes en kombinert kraft, og materialets evne til å opprettholde denne kraften innenfor et visst miljøområde måler dets evne til å tette. Både fysiske og kjemiske mekanismer bidrar til stressrelaksasjon, basert på tid og temperatur vil én faktor dominere, fysisk avspenning observeres ved lave temperaturer, umiddelbart etter en gitt stress, noe som fører til kjedeomlegging og endringer i gummi-filler- og filler-filler-overflatene, og avslapningen av spenningsfjerningssystemet er reversibel. Ved høyere temperaturer bestemmer den kjemiske sammensetningen avspenningshastigheten, når de fysiske prosessene allerede er små og den kjemiske avslapningen er irreversibel, noe som fører til kjedebrudd og tverrbindingsreaksjoner. Temperatursvingninger eller plutselige temperaturøkninger kan ha en effekt på stressavslapping i elastomerer. Under CSR-testen plasseres testprøven
Under CSR-testing økes stressavslapping når testprøven utsettes for forhøyede temperaturer. Hvis stressavspenning oppstår tidlig i testen, øker mengden ekstra avspenning først og har en maksimal verdi i løpet av den første syklusen. I et strekkfast teststykke for å produsere pakningsprøver (19 mm ytre diameter, indre diameter på 15 mm), med en elastisk fikstur vil bli komprimert til prøven til deres romtemperaturtykkelse på 25 %, og ved 25 ℃ inn i miljøtestkammeret, temperaturen ved 25 ℃ for å opprettholde ℃, 2 timer, og deretter opprettholdes i 24 timer, 0 timer. neste temperatur mellom -20 ~ 110 ℃ syklus på 24 timer, hele testtiden ved testtemperatur, testtemperaturen, kontinuerlig kraftbestemmelse. Kraftmålingen utføres kontinuerlig gjennom testtiden ved testtemperaturen.
7. Effekt av etyleninnhold
7.1 Etyleninnhold har størst innvirkning på lavtemperaturytelsen til EPDM-polymerer. Polymerer med etyleninnhold fra 48 % til 72 % ble evaluert under høykvalitets forseglingsformuleringer. Alle har som mål å redusere variasjonen i mooney viskositet ved å introdusere ENB i disse forskjellige polymerene.
EPDM-gummi er amorf hvis etylen/propylen-forholdet er likt og fordelingen av de to monomerene i polymerkjeden er tilfeldig. EPDM med 48 % og 54 % etyleninnhold krystalliserer ikke ved eller over romtemperatur. Når etyleninnholdet når 65 %, begynner etylensekvensene å øke i antall og lengde og kan danne krystaller, som observeres i krystalliseringstoppene på DSC-kurvene rundt 40°C. Jo større DSC-toppene er, desto større blir krystallene som dannes.
7.2 I tillegg til effekten av etyleninnhold på lavtemperaturegenskaper diskutert senere, påvirker krystallittstørrelsen hvor lett det er å blande og bearbeide forbindelser som inneholder krystaller. Jo større krystallittstørrelsen er, desto mer varme- og skjærarbeid kreves ved blandingstrinnet for å blande polymeren fullstendig med de andre komponentene. Rågummistyrken til EPDM-blandinger øker med økende etyleninnhold. I tetningsformuleringer hvor effekten av etyleninnhold ble målt, resulterte en økning i etyleninnholdet fra 50 % til 68 % i minst en firedobling av styrken til gummien. Romtemperaturhardheten øker også med økende etyleninnhold. Shore A-hardheten til det amorfe polymerlimet er 63°, mens Shore A-hardheten til polymeren med det høyeste etyleninnholdet er 79°. Dette skyldes økningen i etylensekvensen, økningen i krystallisering i limet og den tilsvarende økningen i termoplastiske polymerer.
7.3 Når hardheten måles ved lave temperaturer, i motsetning til polymerene med høyt etyleninnhold, viser de amorfe polymerene mindre endring i hardhet, mens endringen i hardheten til det høyere etyleninnholdet ikke viser et lineært mønster og hardheten forblir høy ved romtemperatur, slik at polymerene som inneholder det høyere etyleninnholdet fortsetter å ha den høyeste hardheten ved lave temperaturer.
7.4 Kompresjonssett er i stor grad avhengig av testtemperaturen. Hvis testet ved 175°C, er det ingen forskjell i kompresjonssett mellom noen av polymerene (settet påvirkes av utformingen av forbindelsen og valg av vulkaniseringssystem). Etter smelting av etylenkrystallene oppviser polymeren en amorf form, og for å undersøke effekten av etyleninnholdet ble det utført tester ved 23°C. Polymerer med høyere etyleninnhold har klart høyere permanent deformasjon (mer enn dobbelt så mye), og effekten av etyleninnholdet er enda større når de testes ved -20°C og -40°C. Polymerer med mer enn 60 % etyleninnhold har høy permanent deformasjon (>80 %); ved -40°C er det bare de helt amorfe polymerene som har lav permanent deformasjon (17%).
7.5 Effekt av etyleninnhold på lavtemperaturherding fra Gehman-tester. Gitt en temperatur, jo høyere hjørnet er, desto lavere er økningen i stivhet (eller økning i modul). Ved lave temperaturer øker stivhetsmodulen betydelig med økende etyleninnhold. For amorfe polymerer er T2 -47°C, mens polymeren med høyest etyleninnhold har en T2 på kun -16°C.
7.6TR Måling av krympegjenvinning av prøver etter utvidelsesfrysing, har etyleninnholdet en betydelig effekt på testmetoden, som igjen ligner på Gehman-testen.
Dette ligner på Gehman-testen. Krympingen (%) av de forskjellige polymerene varierer som en funksjon av temperaturen, med de amorfe polymerene som har den høyeste krympegjenvinningen ved lave temperaturer; imidlertid, som forutsagt, forringes utvinningen når etyleninnholdet øker ved en gitt temperatur.
utvinningen forverres. Verdien av TR10 varierer fra -53°C for amorfe polymerer til -28°C for polymerer med høyt etyleninnhold.
7.7 Kompressiv stressavslapning (CSR) syklus
Syklus. Komprimer forbindelsene, la dem slappe av ved 25 °C i 24 timer, og plasser dem deretter i en syklus med temperaturer fra -20 °C til 110 °C med jevne mellomrom i 24 timer. Når den komprimeres for første gang, etter ekvilibreringsperioden, har den krystallinske polymeren E et høyere spenningstap enn den amorfe polymeren, og når den senkes til -20°C avtar forseglingskraften til de to polymerene, mens den amorfe polymeren A har høy spenningsbevaring (høyere F/F0). Oppvarming av forbindelsen til 110 °C gjenopprettet forseglingskraften, og når den ble brakt ned til -20 °C, var den gjenværende forseglingskraften til den krystallinske polymeren mindre enn 20 % av verdien, som generelt anses for lav for de fleste bruksområder, med den amorfe polymeren som beholdt mer enn 50 % av forseglingskraften, og den amorfe polymeren igjen har en høyere gjenvinningspolymer enn den krystallinske polymeren. Den neste syklusen ga lignende konklusjoner. Det er klart at amorfe polymerer er overlegne for forseglingsapplikasjoner der høy- og lavtemperaturytelse er nødvendig.
8. Effekt av diolefininnhold
For å gi det umettede punktet som kreves for vulkanisering, tilsettes ikke-konjugerte diolefiner som ENB, HX og DCPD til etylenpropylenpolymerer. En dobbeltbinding reagerer i polymermatrisen, mens den andre fungerer som et komplement til den polymeriserte molekylkjeden og gir vulkaniseringspunktet for svovelgul vulkanisering. Effekten av ENB ble evaluert i frontrute (regn) profiler. Polymerer inneholdende 2 %, 6 % og 8 % ENB ble sammenlignet. Tilsetningen av ENB hadde en betydelig effekt på vulkaniseringsegenskapene og tverrbindingstettheten. Modulus økte mens forlengelsen avtok betydelig. Hardheten økte og kompresjonssettet ble bedre under temperaturøkning. Ettersom ENB-innholdet øker, blir forkullingstiden kortere.
ENB er et amorft materiale, og når det legges til polymerryggraden, forstyrrer det krystalliseringen av etylendelen av polymeren, slik at polymerer med samme etyleninnhold kan oppnås, og det høyere innholdet av ENB forbedrer lavtemperaturegenskapene. Ved romtemperatur forbedrer det høyere ENB-innholdet kompresjonssettet litt på grunn av den forbedrede tverrbindingstettheten. Ved lave temperaturer er imidlertid kompresjonssettet til polymerene med høyere ENB-innhold betydelig bedre enn for polymerene med 2% ENB-innhold. Effekten av ENB-innhold på sprøhetstemperatur, temperaturretraksjon og Gehmans test viste ingen signifikant forskjell i sprøhetstemperatur mellom polymerer generelt, og for Gehman-testen og TR-testen viste hver polymer en forbedring i lavtemperaturegenskaper med økende ENB-innhold.
9. Effekt av mooney-viskositet på lavtemperaturegenskaper
Det er velkjent at mooney-viskositet (molekylmasse) har en betydelig effekt på prosesseringsadferden til elastomerer. I ekstruderings- og støpeapplikasjoner I ekstruderings- og støpeapplikasjoner er det viktig å velge en blanding med en passende Mooney-viskositetsverdi. Ved å bruke den samme formuleringen som ble brukt for å undersøke effekten av den tredje monomeren, ENB, på lavtemperaturegenskaper for å undersøke Mooney-viskositet, ble polymerer med Mooney-viskositeter på 30, 60 og 80 sammenlignet, og Mooney-viskositeten til forbindelsene økte ettersom Mooney-viskositeten til polymerene som ble brukt økte. Strekkstyrke, modul og rågummistyrke økte med økende Mooney-viskositet. Effekten av Mooney-viskositet på lavtemperaturegenskapene til EPDM var ikke signifikant. Imidlertid øker den permanente kompresjonsdeformasjonen ved romtemperatur, -20°C og -40°C med økende molekylmasse. Imidlertid endret kompresjonssettet ved romtemperatur, -20 °C og -40 °C seg ikke signifikant med økende molekylmasse, mens kompresjonssettet ved forhøyede temperaturer (175 °C) viste noen endringer for de høyere mooney-viskositetene til EPDM-limene.
10. Konklusjon
Etylen- og diolefininnholdet har en betydelig effekt på ytelsen til EPDM-elastomerer i lavtemperaturapplikasjoner, med polymerer med lavt etyleninnhold som fungerer godt og polymerer med høyt diolefininnhold forbedres på grunn av forstyrret krystallisering av etylendelen av polymeren. Polymerer med lavt etyleninnhold bør brukes når lavtemperaturytelse er en begrensning.
