Na rozdiel od termoplastov sa elastoméry zvyčajne používajú pri širokom rozsahu teploty a výrazne nad teplotou skla (TG). Výhody elastomérov oproti termoplastom sú ich schopnosť takmer úplne sa zotaviť z ťahového stavu (vysoká elasticita), ako aj ich zovšeobecnená elasticita, nízka tvrdosť a nízke vlastnosti modulu. Ak sa elastoméry používajú pod teplotou miestnosti, vykazujú zvýšenie tvrdosti, zvýšenie modulu a zníženie elasticity. Ak sa elastoméry používajú pod teplotou miestnosti, existuje tendencia k zvýšeniu tvrdosti, modulu na zvýšenie, elasticitu k zníženiu (nízka v ťahu) a kompresii nastavená na zvýšenie. V závislosti od problému s elastomérom sa môžu vyskytnúť dva javy súčasne - kalenie skla a čiastočná kryštalizácia - CR, EPDM, NR sú niektoré príklady elastomérov, ktoré vykazujú kryštalizáciu.
1. Prehľad testovania nízkej teploty
Brittlens, Trvalá deformácia, stiahnutie, stvrdnutie a kryogénne kalenie sa používa už mnoho rokov, aby sa charakterizovali vlastnosti polyméru pri nízkych teplotách. Relaxácia v tlaku stresu je relatívne nová a zameriava sa na určenie tesniacej sily materiálu v priebehu rôznych podmienok v rôznych podmienkach prostredia.
2. Teplota krehkosti
ASTM D 2137 definuje teplotu krehkosti ako najnižšiu teplotu, pri ktorej vulkanizovaný guma nevykazuje zlomeninu alebo prasknutie za stanovených podmienok nárazu. Pripravuje sa päť gumových vzoriek vopred určeného tvaru, umiestnené v komore alebo kvapalnom médiu, vystavené nastavenej teplote po dobu 3 ± 0,5 minúty a potom sa dostanú nárazová rýchlosť 2,0 ± 0,2 m/s. Vzorky sú odstránené a podrobené nárazovému alebo prasknutiu. Vzorka je odstránená a testovaná na náraz alebo zlomeninu, všetko bez poškodenia. Test sa opakoval až do teploty krehkosti - najnižšia teplota, pri ktorej sa nezistila žiadna zlomenina, bola veľmi blízko 1 ° C.
3. Sada kompresie s nízkou teplotou a tvrdenie nízkej teploty
Testovací postup pre nízkoteplotnú kompresnú súpravu je veľmi blízko k štandardnej kompresnej sade, s výnimkou toho, že teplota je regulovaná určitou energetickou metódou, ako je suchý ľad, kvapalný dusík alebo mechanické metódy, a hodnota je v rámci ± 1 ° C prednastavej teploty. Po zotavení z svietidla sa vzorka umiestni aj na predvolenú nízku teplotu a formuje sa na priemer 29 mm a hrúbku 12,5 mm. Sada kompresie s nízkou teplotou je nepriama metóda na utesnenie aplikácií príslušnej zlúčeniny. Relaxácia v tlaku stresu je priama metóda a bude diskutovaná neskôr. Vytvrdenie nízkej teploty sa zvyčajne určuje aj pomocou vzorky s vulkanizovanou kompresnou vzorkou (29 mm x 12,5 mm), ale opätovne testované pri nízkej regulácii teploty, ktorá je rovnaká ako pre súpravu kompresie, a potom opäť pri rovnakej teplote ako ich nastavená teplota. Sada kalenia a nízkej teploty kompresie sú priamo ovplyvnené ochladením, ale tiež tendenciou polyméru kryštalizovať, s rýchlosťou kryštalizácie v závislosti od teploty, napr. CR kryštalizuje najrýchlejšie okolo -10 ° C a potom sa zníži pri nižších teplotách, hlavne v dôsledku nehnuteľnosti segmentov polymérneho reťazca (molekulárne reťazce sa voľne pred chrbtom).
4. Gehman nízkoteplotné tvrdenie
ASTM D 1053 opisuje metódu tvrdenia s nízkou teplotou takto: séria elastických polymérnych vzoriek je pevne pripevnená k drôtu so známou torznou konštantou a druhý koniec drôtu je pripevnený k krúžkovej hlave, ktorá je schopná povoliť drôt. Vzorky sú ponorené do média prenosu tepla pri špecifickej teplote pod normálnou úrovňou, v akom čase je torzná hlava skrútená o 180 ° a potom sú vzorky skrútené množstvom (menej ako 180 °), ktoré závisí od inverzie flexibility a tuhosti vzorky. Potom použite množstvo goniometrov na stanovenie množstva zákruty vzorky, uhol skrútenia a tvrdosti gumového materiálu. Teplota systému sa v tomto bode postupne zvyšuje a získa sa graf uhla zákruty proti teplote. Teploty, pri ktorých modul dosahuje T2, T10 a T100, sa zvyčajne zaznamenávajú ako rovná hodnote modulu pri teplote miestnosti.
5. Nízka teplota stiahnutia (TR test)
Test TR sa používa na vyhodnotenie schopnosti vzorky v ťahovom stave, keď sa na stanovenie účinkov nízkej teploty používajú kompresívna permanentná deformácia a relaxácia v tlaku určených kompresívnym napätím. Ako už bolo uvedené vyššie, mnoho polymérov ako NR a PVC bude kryštalizovať pri nízkych teplotách, ale napínanie môže tiež kryštalizovať, čo vedie k ďalším faktorom pri pohľade na nízkoteplotné vlastnosti. Na hodnotenie aplikácií, ako je zavesenie výfukových plynov, je TR pod napätím veľmi vhodné a často sa používajú. V tomto teste je vzorka predĺžená (často o 50% alebo 100%) a zamrznutá v predĺženom stave. Vzorka sa uvoľňuje, kedy sa teplota zvyšuje stanovenou rýchlosťou na meranie zotavenia vzorky, meria sa dĺžka zmršťovania a zaznamenáva sa predĺženie. Teploty, pri ktorých sa vzorka zmenšuje o 10%, 30%, 50%a 70%, sa zvyčajne zaznamenávajú ako TR10, TR30, TR50 a TR70. TR10 sa týka teploty krehkosti; TR70 sa týka trvalej deformácie vzorky pri kompresii s nízkou teplotou; a rozdiel medzi TR10 a TR70 sa používa na meranie kryštalizácie vzorky (čím väčší je rozdiel, tým väčšia je tendencia kryštalizovať).
6. Relaxácia stresu s nízkym teplotou (CSR)
Test CSR sa môže použiť na predpovede o výkone a životnosti tesniacich materiálov. Ak sa elastomérnej zlúčenine dostane konštantná deformácia, vytvorí sa kombinovaná sila a schopnosť materiálu udržiavať túto silu v určitom rozsahu životného prostredia meria jej schopnosť utesniť. Fyzikálne aj chemické mechanizmy prispievajú k relaxácii stresu, na základe času a teploty, jeden faktor bude dominovať, fyzická relaxácia sa pozoruje pri nízkych teplotách, bezprostredne po danom stresu, čo vedie k reťazcovi preškoleniu a zmenám v povrchoch gumového a plniaceho vyplnenia a relaxácie systému odstraňovania napätia. Pri vyšších teplotách chemické zloženie určuje rýchlosť relaxácie, keď sú fyzikálne procesy už malé a chemická relaxácia je nezvratná, čo vedie k rozbitiu reťazca a zosieťovacím reakciám. Teplotná cyklistika alebo náhle zvýšenie teploty môže mať vplyv na relaxáciu stresu v elastoméroch. Počas testu CSR je umiestnený testovací vzor
Počas testovania CSR sa relaxácia stresu zvyšuje, keď je testovacia vzorka podrobená zvýšenou teplotou. Ak dôjde k relaxácii stresu na začiatku testu, množstvo ďalšej relaxácie sa zvýši ako prvé a má maximálnu hodnotu počas prvého cyklu. Vo veľkom kuse v ťahu na výrobu vzoriek tesnenia (vonkajší priemer 19 mm, vnútorný priemer 15 mm), s elastickým príslušenstvom bude komprimovaný do vzorky do ich hrúbky teploty miestnosti 25%a pri 25 ℃ do environmentálnej skúšobnej komory, ktorá bude mať 24 hod., Aby sa udržal 24 hodín. Čas testu pri testovacej teplote, testovacia teplota, kontinuálne stanovenie sily. Meranie sily sa vykonáva nepretržite počas skúšobnej doby pri testovacej teplote.
7. Vplyv obsahu etylénu
7.1 Obsah etylénu má najväčší vplyv na nízku teplotu polymérov EPDM. Polyméry s obsahom etylénu v rozmedzí od 48% do 72% sa hodnotili v rámci vysokokvalitných tesniacich formulácií. Cieľom všetkého je znížiť variácie viskozity Mooney zavedením ENB do týchto rôznych polymérov.
EPDM guma je amorfná, ak je pomer etylénu/propylénu rovnaký a distribúcia dvoch monomérov v polymérnom reťazci je náhodná. EPDM s obsahom etylénu 48% a 54% nekryštalizuje pri teplote miestnosti alebo nad ňou. Keď obsah etylénu dosiahne 65%, etylénové sekvencie sa začnú zvyšovať počet a dĺžka a môžu tvoriť kryštály, ktoré sa pozorujú v kryštalizačných píkoch na krivkách DSC okolo 40 ° C. Čím väčšie sú píky DSC, tým väčšie sú kryštály, ktoré sa tvoria.
7.2 Okrem účinku obsahu etylénu na vlastnosti s nízkou teplotou diskutovaným neskôr veľkosť kryštálov ovplyvňuje ľahké miešanie a spracovanie zlúčenín obsahujúcich kryštály. Čím väčšia je veľkosť kryštalitu, tým viac tepla a šmyku je potrebná v štádiu miešania, aby sa polymér úplne zmiešal s ostatnými komponentmi. Surová gumová pevnosť zlúčenín EPDM sa zvyšuje so zvyšujúcim sa obsahom etylénu. V tesniacich formuláciách, kde sa meral účinok obsahu etylénu, viedlo zvýšenie obsahu etylénu z 50% na 68% k najmenej štvornásobnému zvýšeniu sily gumy. Tvrdosť teploty miestnosti sa zvyšuje aj so zvyšujúcim sa obsahom etylénu. Tvrdosť amorfného polymérneho lepidla je 63 °, zatiaľ čo pobrežie Tvrdosť polyméru s najvyšším obsahom etylénu je 79 °. Je to spôsobené zvýšením etylénovej sekvencie, zvýšenia kryštalizácie adhézie a zodpovedajúce zvýšenie termoplastických polymérov.
7.3 Ak sa tvrdosť meria pri nízkych teplotách, na rozdiel od polymérov s vysokým obsahom etylénu, amorfné polyméry vykazujú menšiu zmenu tvrdosti, zatiaľ čo zmena tvrdosti vyššieho obsahu etylénu nevykazuje lineárny vzorec a tvrdosť zostáva vysoká pri teplote miestnosti, takže polyméry obsahujúce vyšší obsah etylénu pokračujú v najvyššej tvrdosti pri nízkej teplote.
7.4 Sada kompresie je do značnej miery závislá od testovacej teploty. Ak sa testuje pri 175 ° C, medzi ktorýmkoľvek z polymérov nie je žiadny rozdiel v kompresii (sada je ovplyvnená návrhom zlúčeniny a výberom vulkanizácie). Po topení etylénových kryštálov vykazuje polymér amorfnú formu a na preskúmanie účinku obsahu etylénu sa testy vykonali pri 23 ° C. Polyméry s vyšším obsahom etylénu majú jednoznačne vyššiu trvalú deformáciu (viac ako dvojnásobok toľko) a účinok obsahu etylénu je ešte väčší pri testovaní pri -20 ° C a -40 ° C. Polyméry s viac ako 60% obsahom etylénu majú vysokú trvalú deformáciu (> 80%); Pri -40 ° C majú iba plne amorfné polyméry nízku trvalú deformáciu (17%).
7.5 Vplyv obsahu etylénu na kalenie nízkej teploty z Gehmanových testov. Vzhľadom na teplotu, čím vyšší je roh, tým nižšie je zvýšenie tuhosti (alebo zvýšenie modulu). Pri nízkych teplotách sa modul tuhosti výrazne zvyšuje so zvyšujúcim sa obsahom etylénu. V prípade amorfných polymérov je T2 -47 ° C, zatiaľ čo najvyšší obsah obsahu etylénu má T2 iba -16 ° C.
7.6TR Meranie Zmenenie Zmenenie vzoriek Po zmrazení predĺženia má obsah etylénu významný vplyv na testovaciu metódu, ktorá je opäť podobná testu Gehmana.
Je to podobné ako Gehmanov test. Zmršťovanie (%) rôznych polymérov sa líši v závislosti od teploty, pričom amorfné polyméry majú najvyššie zotavenie na zmenšovanie pri nízkych teplotách; Ako sa však predpovedá, zhoršenie sa zhoršuje, keď sa obsah etylénu zvyšuje pri danej teplote.
Zhoršuje sa zotavenie. Hodnota TR10 sa pohybuje od -53 ° C pre amorfné polyméry do -28 ° C pre polyméry s vysokým obsahom etylénu.
7.7 Cyklus relaxácie v tlakovom strese (CSR)
Cyklus. Komprimujte zlúčeniny, nechajte ich relaxovať pri 25 ° C počas 24 hodín a potom ich vložte do cyklu teplôt v rozmedzí od -20 ° C do 110 ° C prerušovane počas 24 hodín. Po prvom stlačení, po rovnovážnej perióde má kryštalický polymér E vyššiu stratu napätia ako amorfný polymér, a keď sa zníži na -20 ° C, tesniaca sila týchto dvoch polymérov klesá, zatiaľ čo amorfný polymér A má vysoké zadržiavanie stresu (vyšší F/F0). Zohrievanie zlúčeniny na 110 ° C obnovilo svoju tesniacu silu a keď sa znížila späť na -20 ° C, zostávajúca tesniaca sila kryštalického polyméru bola menšia ako 20% jeho hodnoty, ktorá sa všeobecne považuje za príliš nízku pre väčšinu aplikácií, pričom amorfný polymér sa zachová viac ako 50% jeho tesniacej sily a amorfný polymer sa znova má s vyšším regeneráciou ako s vyšším regeneráciou ako s vyšším regeneráciou ako s vyšším regeneráciou. Ďalší cyklus priniesol podobné závery. Je zrejmé, že amorfné polyméry sú lepšie pre utesnenie aplikácií, kde je potrebný vysoký a nízka teplota.
8. Vplyv obsahu diolefínu
Na zabezpečenie nenasýteného bodu potrebného na vulkanizáciu sa do etylénových propylénových polymérov pridávajú nekonjugované diolefíny ako ENB, HX a DCPD. Jedna dvojitá väzba reaguje v polymérnej matrici, zatiaľ čo druhá pôsobí ako doplnok k polymerizovanému molekulárnemu reťazcu a poskytuje vulkanizácia bodu pre vulkanizáciu síry žltej. Účinok ENB bol vyhodnotený v profiloch baru v čelnom skle. Porovnali sa polyméry obsahujúce 2%, 6% a 8% ENB. Pridanie ENB malo významný vplyv na vulkanizácia charakteristík a hustotu zosieťovania. Modul sa zvýšil, zatiaľ čo predĺženie sa významne znížilo. Tvrdosť sa zvýšila a kompresia sa zlepšila počas nárastu teploty. Keď sa obsah ENB zvyšuje, čas zakrúžky sa skracuje.
ENB je amorfný materiál a keď sa pridáva do polymérnej chrbtice, narúša kryštalizáciu etylénovej časti polyméru, takže je možné získať polyméry s rovnakým obsahom etylénu a vyšší obsah ENB zlepšuje nízko teplotné vlastnosti. Pri izbovej teplote vyšší obsah ENB mierne zlepšuje kompresnú súpravu v dôsledku zlepšenej hustoty krížového odkazu. Pri nízkych teplotách je však kompresná sada polymérov s vyšším obsahom ENB výrazne lepšia ako u polymérov s 2% obsahom ENB. Vplyv obsahu ENB na teplotu krehkosti, stiahnutie teploty a Gehmanov test nepreukázali žiadny významný rozdiel v teplote krehkosti medzi polymérom všeobecne a pre Gehmanov test a test TR, každý polymér vykazoval zlepšenie nízkoteplotných vlastností so zvyšujúcim sa obsahom ENB.
9. Vplyv viskozity Mooney na vlastnosti s nízkou teplotou
Je dobre známe, že viskozita Mooney (molekulárna hmota) má významný vplyv na správanie spracovania elastomérov. V aplikáciách extrúzie a formovania v aplikáciách extrúzie a formovania je dôležité vybrať zlúčeninu s vhodnou hodnotou viskozity Mooney. Použitím rovnakej formulácie, ktorá sa použila na skúmanie účinku tretieho monoméru, ENB, na vlastnosti s nízkou teplotou na preskúmanie viskozity Mooney, sa porovnávali polyméry s viskozitou Mooney 30, 60 a 80 a zvýšila sa Mooney viskozita zlúčenín, keď sa zvýšila viskozita Mooneyho polymérov. Pevnosť v ťahu, modul a sila surovej gumy sa zvyšovali so zvyšujúcou sa viskozitou Mooney. Účinok viskozity Mooney na vlastnosti EPDM s nízkym teplotou nebol významný. Trvalá deformácia kompresie pri teplote miestnosti, -20 ° C a -40 ° C sa však zvyšuje so zvyšujúcou sa molekulárnou hmotnosťou. Kompresia nastavená na teplotu miestnosti, -20 ° C a -40 ° C sa však významne nezmenila so zvyšujúcou sa molekulárnou hmotnosťou, zatiaľ čo kompresia stanovená na zvýšené teploty (175 ° C) vykazovala určité zmeny pre vyššie viskozity EPDM lepidiel EPDM.
10. Záver
Obsah etylénu a diolefínu má významný vplyv na výkon elastomérov EPDM v aplikáciách s nízkou teplotou, pričom polyméry s nízkym obsahom etylénu fungujú dobre a polyméry s vysokým obsahom diolefínu sa zlepšujú v dôsledku narušenej kryštalizácie etylénovej časti polyméru. Polyméry s nízkym obsahom etylénu by sa mali používať, keď je obmedzenie nízkej teploty.
