Za razliko od termoplastike se elastomeri običajno uporabljajo pri širokem razponu temperatur in bistveno nad njihovo temperaturo stekla (TG). Prednosti elastomerov nad termoplastiko so njihova sposobnost, da si skoraj v celoti opomorejo iz nateznega stanja (visoka elastičnost), pa tudi njihova splošna elastičnost, nizka trdota in nizke lastnosti modula. Kadar se elastomeri uporabljajo pod sobno temperaturo, kažejo povečanje trdote, povečanje modula in zmanjšanje elastičnosti. Kadar se elastomeri uporabljajo pod sobno temperaturo, obstaja težnja, da se trdota poveča, modul za povečanje, elastičnost za zmanjšanje (nizka natezna) in kompresija, ki se bo povečala. Glede na težavo z elastomerom se lahko pojavita dva pojava hkrati - stekleno utrjevanje in delna kristalizacija - CR, EPDM, NR so nekaj primerov elastomerov, ki kažejo kristalizacijo.
1. Pregled testiranja z nizko temperaturo
Bretenje, stiskalna trajna deformacija, odvzem, utrjevanje in kriogeno utrjevanje se uporabljajo že vrsto let, da bi označili lastnosti polimera pri nizkih temperaturah. Sprostitev stiskanja stresa je razmeroma nova in se osredotoča na določitev tesnjenja sile materiala v določenem času v različnih okoljskih pogojih.
2. Temperatura krhtice
ASTM D 2137 definira temperaturo krhtice kot najnižjo temperaturo, pri kateri vulkanizirana guma ne bo pokazala zloma ali rupture v določenih pogojih udarca. Pripravljenih je pet gumijastih vzorcev vnaprej določene oblike, nameščenih v komoro ali tekočem mediju, podvržene določeni temperaturi za 3 ± 0,5min, nato pa dajejo udarno hitrost 2,0 ± 0,2m/s. Vzorci se odstranijo in podvržejo testu udarcev ali razpada. Vzorec se odstrani in testira na udarce ali zlom, vse brez poškodb. Test smo ponovili do temperature krhtice - najnižja temperatura, pri kateri ni bilo ugotovljenega zloma, je bila zelo blizu 1 ° C.
3. Nizka temperaturna kompresijska nastavljena in nizko temperaturno utrjevanje
Preskusni postopek za nizkotemperaturno kompresijski niz je zelo blizu tistega za standardni kompresijski niz, le da je temperatura nadzorovana z neko energijsko metodo, kot so suh led, tekoči dušik ali mehanske metode, vrednost pa je znotraj ± 1 ° C od prednastavljene temperature. Po okrevanju od napetosti se vzorec postavi tudi na prednastavljeno nizko temperaturo in se oblikuje na premer 29 mm in debelino 12,5 mm. Nizkotemperaturni kompresijski niz je posredna metoda za tesnjenje aplikacij zadevne spojine. Sprostitev stiskanja stresa je neposredna metoda in bo razpravljala pozneje. Ohranjevanje z nizko temperaturo se običajno določi tudi z vzorcem vulkaniziranega kompresijskega kompleta (29 mm x 12,5 mm), vendar je ponovno testiran pri nizki temperaturni kontroli, kar je enako kot pri kompresijskem nastavitvi, nato pa spet pri isti temperaturi kot njihova nastavljena temperatura. Utrjevanje in nizkotemperaturno kompresijsko komplet neposredno vpliva hlajenje, pa tudi nagnjenost polimera do kristalizacije, pri čemer se hitrost kristalizacije odvisna od temperature, npr. Cr kristalizira najhitreje približno -10 ° C, nato pa se z nižjo temperaturo zmanjša pred reprezentanco.
4. Gehman z nizko temperaturo utrjevanje
ASTM D 1053 opisuje metodo utrjevanja z nizko temperaturo na naslednji način: Niz elastičnih polimernih vzorcev je pritrjeno pritrjena na žico z znano torzijsko konstanto, drugi konec žice pa je pritrjen na torzijsko glavo, ki lahko dovoli žico, ki jo je treba zasukati. Vzorci so potopljeni v medij za prenos toplote pri določeni temperaturi pod normalno, v tem času je torzijska glava zasukana za 180 °, nato pa se vzorci zasukajo za količino (manj kot 180 °), ki je odvisna od inverzne prožnosti vzorca in togosti. Nato uporabite količino goniometra, da določite količino zasuka vzorca, kot zasuka in trdoto gumijastega materiala. Temperatura sistema se na tej točki postopoma zvišuje in dobimo načrt kota zasuka glede na temperaturo. Temperature, pri katerih modul doseže T2, T10 in T100, se običajno zabeležijo kot enake vrednosti modula pri sobni temperaturi.
5. Nizka temperaturna odvzem (TR test)
TR test se uporablja za oceno sposobnosti vzorca v nateznem stanju, kadar se za določitev nizko temperaturnih učinkov uporabi tlačna trajna deformacija in sprostitev tlačnega napetosti, ki jo določi tlačni stres. Kot je bilo prej zajeto, se bodo številni polimeri, kot sta NR in PVC, kristalizirali pri nizkih temperaturah, vendar se raztezanje lahko tudi kristalizira, kar vodi do dodatnih dejavnikov pri gledanju na nizko temperaturne lastnosti. Za ocenjevalne aplikacije, kot je suspenzija izpušnih plinov, je TR pod napetostjo zelo primeren in pogosto uporabljen. V tem testu je vzorec podolgovat (pogosto za 50% ali 100%) in zamrznjen v podolgovatem stanju. Vzorec se sprosti, ko se temperatura dvigne z določeno hitrostjo za merjenje obnovitve vzorca, dolžina krčenja se meri in zabeleži raztezanje. Temperature, pri katerih se vzorec skrči za 10%, 30%, 50%in 70%, se običajno opazijo kot TR10, TR30, TR50 in TR70. TR10 se nanaša na temperaturo krhtice; TR70 se nanaša na trajno deformacijo vzorca pri nizkotemperaturnem stiskanju; in razlika med TR10 in TR70 se uporablja za merjenje kristalizacije vzorca (večja je razlika, večja je težnja po kristalizaciji).
6. Nizko temperaturna stiskalna sprostitev (CSR)
Test CSR se lahko uporabi za napovedovanje zmogljivosti in življenjske dobe materialov za tesnjenje. Ko je elastomerna spojina dana konstantna deformacija, se ustvari kombinirana sila in sposobnost materiala, da to silo vzdržuje v določenem okoljskem območju, meri svojo sposobnost tesnila. Fizikalni in kemični mehanizmi prispevajo k sprostitvi stresa, ki temelji na času in temperaturi, en faktor bo prevladoval, fizična sprostitev opazimo pri nizkih temperaturah, takoj po določenem stresu, kar vodi do preureditve verige in sprememb na površinah gume in polnila polnila ter sprostitev sistema za odstranjevanje stresa je reverzibilna. Pri višjih temperaturah kemična sestava določa hitrost sprostitve, ko so fizikalni procesi že majhni in je kemična relaksacija nepopravljiva, kar vodi do razbijanja verige in navzkrižnih povezav. Temperaturno kolesarjenje ali nenadno zvišanje temperature lahko vpliva na sprostitev stresa pri elastomerih. Med preskusom CSR je preskusni vzorec postavljen
Med testiranjem CSR se sprostitev stresa poveča, ko je preskusni vzorec podvržen povišanim temperaturam. Če se sprostitev stresa zgodi že zgodaj v testu, se količina dodatne sprostitve najprej poveča in ima največjo vrednost med prvim ciklom. V nateznem velikem preskusnem kosu za izdelavo vzorcev tesnila (19 mm zunanji premer, notranji premer 15 mm), z elastično napeljavo pa bo stisnjen na vzorce do njihove debeline sobne temperature 25%, pri 25 ℃ čas pri preskusni temperaturi, preskusna temperatura, neprekinjeno določanje sile. Merjenje sile se izvaja neprekinjeno v času preskusa pri preskusni temperaturi.
7. Vpliv vsebnosti etilena
7.1 Vsebnost etilena ima največji vpliv na nizko temperaturno delovanje polimerov EPDM. Polimeri z vsebnostjo etilena, ki se gibljejo od 48% do 72%, so bili ovrednoteni po visokokakovostnih formulacijah tesnjenja. Vsi namen je zmanjšati variacijo viskoznosti Mooney z uvedbo ENB v te različne polimere.
Guma EPDM je amorfna, če je razmerje etilen/propilen enako in porazdelitev obeh monomerov v polimerni verigi naključna. EPDM z 48% in 54% vsebnostjo etilena se ne kristalizira pri ali nad sobno temperaturo. Ko vsebnost etilena doseže 65%, se etilenske sekvence začnejo povečevati v številu in dolžini in lahko tvorijo kristale, ki jih opazimo v kristalizacijskih vrhovih na krivuljah DSC okoli 40 ° C. Večji kot je DSC vrhovi, večji so kristali, ki nastanejo.
7.2 Poleg učinka vsebnosti etilena na nizko temperaturne lastnosti, ki so bile obravnavane pozneje, kristalitna velikost vpliva na enostavno mešanje in obdelavo spojin, ki vsebujejo kristale. Večja kot je kristalitna velikost, več toplotnih in strižnih del je potrebno v fazi mešanja, da se polimer v celoti zmeša z drugimi komponentami. Surova gumijasta trdnost spojin EPDM se povečuje s povečanjem vsebnosti etilena. Pri tesnilnih formulacijah, kjer je bil izmerjen učinek vsebnosti etilena, je povečanje vsebnosti etilena s 50% na 68% povzročilo vsaj štirikratno povečanje trdnosti gume. Trdota sobne temperature se povečuje tudi s povečanjem vsebnosti etilena. Šore trdota amorfnega polimernega lepila je 63 °, medtem ko je obala trdota polimera z najvišjo vsebnostjo etilena 79 °. To je posledica povečanja etilenskega zaporedja, povečanja kristalizacije v lepilu in ustreznega povečanja termoplastičnih polimerov.
7.3 Kadar trdota meri pri nizkih temperaturah, v nasprotju s polimeri z visoko vsebnostjo etilena amorfni polimeri kažejo manj sprememb v trdoti, medtem ko sprememba trdote večje vsebnosti etilena ne kaže linearnega vzorca in trdota ostaja visoka pri sobni temperaturi, tako da polimeri, ki vsebujejo večjo temperaturo.
7.4 Kompresijski niz je v veliki meri odvisen od preskusne temperature. Če je testiran pri 175 ° C, ni razlike v kompresiji, ki je nastavljena med katerim koli od polimerov (na set vpliva oblikovanje spojine in izbira sistema vulkanizacije). Po taljenju etilenskih kristalov ima polimer amorfno obliko in da bi preučili učinek vsebnosti etilena, so bili opravljeni testi pri 23 ° C. Polimeri z večjo vsebnostjo etilena imajo očitno večjo trajno deformacijo (več kot dvakrat več), učinek vsebnosti etilena pa je še večji, če se testira pri -20 ° C in -40 ° C. Polimeri z več kot 60% vsebnostjo etilena imajo visoko trajno deformacijo (> 80%); Pri -40 ° C imajo le popolnoma amorfni polimeri nizko trajno deformacijo (17%).
7.5 Vpliv vsebnosti etilena na otrditev nizke temperature iz Gehmanovih testov. Glede na temperaturo, višji kot je vogal, nižje je povečanje togosti (ali povečanje modula). Pri nizkih temperaturah se modul togosti znatno poveča s povečanjem vsebnosti etilena. Za amorfne polimere je T2 -47 ° C, medtem ko ima najvišji etilenski polimer le -16 ° C T2.
7.6tr Merjenje obnavljanja krčenja vzorcev po zamrznitvi podaljšanja ima vsebnost etilena pomemben vpliv na preskusno metodo, ki je spet podobna Gehmanovemu testu.
To je podobno Gehmanovi testu. Krčenje (%) različnih polimerov se spreminja kot temperaturna, pri čemer imajo amorfni polimeri najvišjo okrevanje krčenja pri nizkih temperaturah; Vendar se, kot je bilo predvideno, okrevanje poslabša, ko se vsebnost etilena pri določeni temperaturi poveča.
okrevanje se poslabša. Vrednost TR10 se giblje od -53 ° C za amorfne polimere do -28 ° C za polimere z visoko vsebnostjo etilena.
7.7 Cikel sproščanja tlačnega stresa (CSR)
Cikel. Spojine stisnite, pustite, da se 24 ur sprostijo pri 25 ° C, nato pa jih postavite v cikel temperatur, ki se gibljejo od -20 ° C do 110 ° C 24 ur. Ko ga prvič stisnemo, ima po ravnotežnem obdobju kristalni polimer E večjo izgubo napetosti kot amorfni polimer, in ko se spusti na -20 ° C, se tesnilna sila obeh polimerov zmanjšuje, medtem ko ima amorfni polimer A visoko zadrževanje stresa (višji F/F0). Ogrevanje spojine na 110 ° C je obnovilo njegovo tesnjenje in ko se je spustilo nazaj na -20 ° C, je bila preostala tesnjena sila kristalnega polimera manjša od 20% njegove vrednosti, kar je za večino aplikacij na splošno štelo za prenizko, pri čemer je amorfni polimer, ki je imel več kot 50% tesnilne sile in amorfni polimer. Naslednji cikel je prinesel podobne zaključke. Jasno je, da so amorfni polimeri boljši za tesnjenje, kjer je potrebna visoka in nizka temperaturna zmogljivost.
8. Vpliv vsebnosti diolefina
Za zagotovitev nenasičene točke, potrebne za vulkanizacijo, se v etilen propilen polimere dodajo nekonjugirani diolefini, kot so ENB, HX in DCPD. Ena dvojna vez reagira v polimerni matrici, druga pa deluje kot dopolnilo polimerizirani molekularni verigi in zagotavlja točko vulkanizacije za žveplovo rumeno vulkanizacijo. Učinek ENB je bil ovrednoten v baru vetrobranskega stekla (dežja). Primerjali so polimere, ki vsebujejo 2%, 6% in 8% ENB. Dodajanje ENB je pomembno vplivalo na značilnosti vulkanizacije in gostoto navzkrižne vezi. Modul se je povečal, medtem ko se je raztezanje znatno zmanjšalo. Trdota se je povečala in kompresijski niz se je med dvigom temperature izboljšal. Ko se vsebnost ENB povečuje, čas ležišča postane krajši.
ENB je amorfni material in ko se doda v polimerno hrbtenico, moti kristalizacijo etilenskega dela polimera, tako da lahko dobimo polimere z isto vsebnostjo etilena in večjo vsebnost ENB izboljšajo nizko temperaturne lastnosti. Pri sobni temperaturi večja vsebnost ENB rahlo izboljša kompresijski niz zaradi izboljšane gostote navzkrižne vezi. Vendar je pri nizkih temperaturah kompresijski niz polimerov z večjo vsebnostjo ENB bistveno boljši od vsebnosti polimerov z 2% vsebnostjo ENB. Vpliv vsebnosti ENB na temperaturo krhtice, odvzem temperature in Gehmanov test ni pokazal pomembne razlike v temperaturi krhtinja med polimeri na splošno, za Gehmanov test in TR test pa je vsak polimer pokazal izboljšanje nizkotemperaturnih lastnosti s povečanjem vsebnosti ENB.
9. Vpliv viskoznosti mooney na lastnosti nizke temperature
Znano je, da Mooney Viscosity (molekularna masa) pomembno vpliva na obdelavo elastomerov. Pri aplikacijah za ekstrudiranje in oblikovanje v aplikacijah za ekstrudiranje in oblikovanje je pomembno, da izberete spojino z primerno vrednostjo viskoznosti Mooney. Z isto formulacijo, ki je bila uporabljena za raziskovanje učinka tretjega monomera, ENB, na nizkotemperaturnih lastnostih za pregled viskoznosti Mooney, so primerjali polimere z Mooney viskoznosti 30, 60 in 80, Mooneyjeva viskoznost spojin pa se je povečala, ko se je povečala moneyeva viskoznost uporabljenih polimerov. Natezna trdnost, modul in surova gumijasta trdnost so se povečali s povečanjem mooney viskoznosti. Učinek mooney viskoznosti na nizko temperaturne lastnosti EPDM ni bil pomemben. Vendar pa se trajna deformacija stiskanja pri sobni temperaturi, -20 ° C in -40 ° C poveča s povečanjem molekulske mase. Vendar pa se kompresija, nastavljena pri sobni temperaturi, -20 ° C in -40 ° C, s povečanjem molekulske mase ni bistveno spremenila, medtem ko je stiskanje, postavljeno pri povišanih temperaturah (175 ° C), pokazalo nekaj sprememb za večje viskoznosti mooneyja EPDM adhes.
10. Zaključek
Vsebnost etilena in diolefina ima pomemben vpliv na delovanje elastomerov EPDM pri nizkotemperaturnih aplikacijah, pri čemer se polimeri z nizko vsebnostjo etilena dobro izvajajo in polimeri z visoko vsebnostjo diolefina, ki se izboljša zaradi motene kristalizacije etilenskega dela polimera. Ko je nizka temperaturna zmogljivost omejitev, je treba uporabiti polimere z nizko vsebnostjo etilena.
