Për dallim nga termoplastika, elastomerët zakonisht përdoren mbi një gamë të gjerë të temperaturave dhe në mënyrë të konsiderueshme mbi temperaturën e tyre të tranzicionit të qelqit (TG). Përparësitë e elastomerëve mbi termoplastikën janë aftësia e tyre për t'u rikuperuar pothuajse plotësisht nga gjendja elastike (elasticiteti i lartë), si dhe elasticiteti i tyre i përgjithësuar, ngurtësia e ulët dhe vetitë e modulit të ulët. Kur elastomerët përdoren nën temperaturën e dhomës, ato tregojnë një rritje të ngurtësisë, një rritje të modulit dhe një ulje të elasticitetit. Kur elastomerët përdoren nën temperaturën e dhomës, ekziston një tendencë për fortësi për të rritur, modul për të rritur, elasticiteti për të ulur (tension të ulët) dhe kompresim të vendosur. Në varësi të problemit me elastomerin, dy fenomene mund të ndodhin në të njëjtën kohë - ngurtësimi i qelqit dhe kristalizimi i pjesshëm - CR, EPDM, NR janë disa shembuj të elastomerëve që shfaqin kristalizim.
1. Pasqyrë e testimit të temperaturës së ulët
Britueshmëria, deformimi i përhershëm i kompresimit, tërheqja, ngurtësimi dhe ngurtësimi kriogjenik janë përdorur për shumë vite në mënyrë që të karakterizohen vetitë polimer në temperatura të ulëta. Relaksimi i stresit kompresiv është relativisht i ri dhe përqendrohet në përcaktimin e forcës nënshkruese të një materiali gjatë një periudhe kohe në kushte të ndryshme mjedisore.
2. Temperatura e brishtësisë
ASTM D 2137 përcakton temperaturën e brishtësisë si temperaturën më të ulët në të cilën goma e vulcanizuar nuk do të tregojë frakturë ose këputje në kushte të specifikuara të ndikimit. Pesë ekzemplarë gome të formës së paracaktuar janë përgatitur, të vendosura në një dhomë ose medium të lëngshëm, që i nënshtrohen një temperature të caktuar për 3 ± 0.5min, dhe më pas i jepet një shpejtësi ndikimi prej 2.0 ± 0.2m/s. Shembujt hiqen dhe i nënshtrohen një testi ndikimi ose këputjeje. Shembulli hiqet dhe testohet për ndikim ose frakturë, të gjitha pa dëmtime. Testi u përsërit deri në temperaturën e brishtësisë - temperatura më e ulët në të cilën nuk u gjet asnjë frakturë ishte shumë afër 1 ° C.
3. Seti i kompresimit të temperaturës së ulët dhe ngurtësimi i temperaturës së ulët
Procedura e provës për grupin e kompresimit të temperaturës së ulët është shumë afër asaj për grupin standard të kompresimit, përveç që temperatura kontrollohet me disa metoda të energjisë, siç janë akulli i thatë, azoti i lëngshëm ose metodat mekanike, dhe vlera është brenda ± 1 ° C të temperaturës së paracaktuar. Pas rikuperimit nga ndeshja, ekzemplari vendoset gjithashtu në temperaturën e ulët të paracaktuar dhe formohet në një diametër prej 29 mm dhe një trashësi prej 12.5 mm. Seti i kompresimit me temperaturë të ulët është një metodë indirekte për nënshkrimin e aplikacioneve të kompleksit në fjalë. Relaksimi i stresit kompresiv është metoda e drejtpërdrejtë dhe do të diskutohet më vonë. Ngurtësimi i temperaturës së ulët gjithashtu përcaktohet zakonisht duke përdorur një ekzemplar të vendosur të kompresimit të vulcanizuar (29 mm x 12.5 mm), por ri-testuar në një kontroll të ulët të temperaturës, i cili është i njëjtë me atë për kompresimin, dhe pastaj përsëri në të njëjtën temperaturë me temperaturën e vendosur të tyre. Seti i kompresimit të ngurtësimit dhe temperaturës së ulët ndikohet drejtpërdrejt nga ftohja, por edhe nga tendenca e polimerit për të kristalizuar, me shkallën e kristalizimit të varur nga temperatura, p.sh., Cr kristalizon më shpejt rreth -10 ° C, dhe më pas zvogëlohet në temperatura më të ulëta, kryesisht për shkak të imobilitetit të segmenteve të zinxhirit polimer (krijimet molekulare të zinxhirëve para rilindjes).
4
ASTM D 1053 përshkruan metodën e ngurtësimit të temperaturës së ulët si më poshtë: Një seri ekzemplarë elastikë polimer janë ngjitur në mënyrë të vendosur në një tel me një konstantë të njohur rrotulluese, dhe skaji tjetër i telit është ngjitur në një kokë rrotullimi të aftë për të lejuar që tela të shtrembërohet. Mostrat janë zhytur në një medium të transferimit të nxehtësisë në një temperaturë specifike nën normale, në të cilën kohë koka e rrotullimit është e shtrembëruar me 180 °, dhe më pas ekzemplarët janë shtrembëruar nga një sasi (më pak se 180 °) që varet nga inverse e fleksibilitetit dhe ngurtësisë së ekzemplarit. Pastaj përdorni sasinë e goniometrit për të përcaktuar sasinë e kthesës së ekzemplarit, këndin e kthesës dhe ngurtësinë e materialit të gomës. Temperatura e sistemit rritet gradualisht në këtë pikë, dhe merret një komplot i këndit të kthesës kundër temperaturës. Temperaturat në të cilat moduli arrin T2, T10 dhe T100 zakonisht regjistrohen si të barabarta me vlerën e modulit në temperaturën e dhomës.
5. Tërheqja e temperaturës së ulët (testi TR)
Testi TR përdoret për të vlerësuar aftësinë e një ekzemplari në gjendjen elastike kur deformimi i përhershëm kompresiv dhe relaksimi i stresit kompresiv të përcaktuar nga stresi kompresiv përdoren për të përcaktuar efektet e ulëta të temperaturës. Siç u përfshi më herët, shumë polimere si NR dhe PVC do të kristalizojnë temperatura të ulëta, por shtrirja gjithashtu mund të kristalizohet, duke çuar në faktorë shtesë kur shikon vetitë e temperaturës së ulët. Për aplikimet e vlerësimit siç është pezullimi i shkarkimit, TR nën tension është shumë i përshtatshëm dhe përdoret shpesh. Në këtë provë, ekzemplari është i zgjatur (shpesh me 50% ose 100%) dhe i ngrirë në gjendjen e zgjatur. Shembulli lëshohet, në atë kohë që temperatura është ngritur me një normë të përcaktuar për të matur rikuperimin e ekzemplarit, matet gjatësia e tkurrjes dhe është regjistruar zgjatja. Temperaturat në të cilat ekzemplari zvogëlohet me 10%, 30%, 50%dhe 70%zakonisht vërehet si TR10, TR30, TR50 dhe TR70. TR10 lidhet me temperaturën e brishtësisë; TR70 lidhet me deformimin e përhershëm të ekzemplarit në kompresimin e temperaturës së ulët; dhe ndryshimi midis TR10 dhe TR70 përdoret për të matur kristalizimin e ekzemplarit (sa më i madh të jetë ndryshimi, aq më i madh është tendenca për të kristalizuar).
6. Relaksimi i stresit kompresiv të temperaturës së ulët (CSR)
Testi CSR mund të përdoret për të bërë parashikime në lidhje me performancën dhe jetën e materialeve të nënshkrimit. Kur një përbërës elastomerik i jepet një deformim i vazhdueshëm, krijohet një forcë e kombinuar, dhe aftësia e materialit për të ruajtur këtë forcë brenda një diapazoni të caktuar mjedisor mat aftësinë e tij për të vulosur. Të dy mekanizmat fizikë dhe kimikë kontribuojnë në relaksimin e stresit, bazuar në kohën dhe temperaturën, një faktor do të mbizotërojë, relaksimi fizik vërehet në temperatura të ulëta, menjëherë pas një stresi të caktuar, i cili çon në rirregullimin e zinxhirit dhe ndryshimet në sipërfaqet e mbushësit të gomës dhe mbushësit, dhe relaksimi i sistemit të heqjes së stresit është i kthyeshëm. Në temperatura më të larta, përbërja kimike përcakton shkallën e relaksimit, kur proceset fizike janë tashmë të vogla dhe relaksimi kimik është i pakthyeshëm, duke çuar në thyerje të zinxhirit dhe reagime ndërlidhëse. Ciklizmi i temperaturës ose rritja e papritur e temperaturës mund të ketë një efekt në relaksimin e stresit në elastomerë. Gjatë testit CSR, vendoset ekzemplari i provës
Gjatë testimit të CSR, relaksimi i stresit rritet kur ekzemplari i provës i nënshtrohet temperaturave të ngritura. Nëse relaksimi i stresit ndodh herët në provë, sasia e relaksimit shtesë rritet së pari dhe ka një vlerë maksimale gjatë ciklit të parë. Në një copë provë të madhe në tërheqje për të prodhuar mostra të copëzave (diametri i jashtëm 19 mm, diametri i brendshëm prej 15 mm), me një pajisje elastike do të kompresohet në ekzemplar në trashësinë e temperaturës së tyre të dhomës prej 25%, dhe në 25 ℃ në dhomën e provës mjedisore, temperatura në 25 ℃ për të mirëmbajtur 24H, dhe pastaj poshtë -20 ℃, të mirëmbahet për 24H, pasuar nga temperatura tjetër midis ~ 110 ~ 110 ~ Ciklit të 24 -të ~ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃, Koha e provës në temperaturën e provës, temperatura e provës, përcaktimi i vazhdueshëm i forcës. Matja e forcës kryhet vazhdimisht gjatë gjithë kohës së provës në temperaturën e provës.
7. Efekti i përmbajtjes së etilenit
7.1 Përmbajtja e etilenit ka ndikimin më të madh në performancën e temperaturës së ulët të polimereve EPDM. Polimeret me përmbajtje etileni që variojnë nga 48% në 72% u vlerësuan nën formulime të vulosjes me cilësi të lartë. Të gjithë synojnë të zvogëlojnë ndryshimin në viskozitetin e Mooney duke prezantuar ENB në këto polimere të ndryshme.
Gome EPDM është amorfe nëse raporti etilen/propilen është i barabartë dhe shpërndarja e dy monomeve në zinxhirin polimer është i rastësishëm. EPDM me përmbajtje etileni 48% dhe 54% nuk kristalizohet në ose mbi temperaturën e dhomës. Kur përmbajtja e etilenit arrin 65%, sekuencat e etilenit fillojnë të rriten në numër dhe gjatësi dhe mund të formojnë kristale, të cilat vërehen në majat e kristalizimit në kthesat DSC rreth 40 ° C. Sa më të mëdha të jenë majat DSC, aq më të mëdha janë kristalet që formohen.
7.2 Përveç efektit të përmbajtjes së etilenit në vetitë e temperaturës së ulët të diskutuara më vonë, madhësia e kristalit ndikon në lehtësinë e përzierjes dhe përpunimit të komponimeve që përmbajnë kristale. Sa më e madhe të jetë madhësia kristalite, aq më shumë punë e nxehtësisë dhe qethjes kërkohet në fazën e përzierjes për të përzier plotësisht polimerin me përbërësit e tjerë. Fuqia e papërpunuar e gomës së komponimeve EPDM rritet me rritjen e përmbajtjes së etilenit. Në formulimet e nënshkrimit ku u mat efekti i përmbajtjes së etilenit, një rritje e përmbajtjes së etilenit nga 50% në 68% rezultoi të paktën në një rritje katërfish të forcës së gomës. Fortësia e temperaturës në dhomë gjithashtu rritet me rritjen e përmbajtjes së etilenit. Bregu një ngurtësi e ngjitësit polimer amorf është 63 °, ndërsa bregu një ngurtësi e polimerit me përmbajtjen më të lartë të etilenit është 79 °. Kjo është për shkak të rritjes së sekuencës së etilenit, rritjes së kristalizimit në ngjitës dhe rritjes përkatëse të polimereve termoplastike.
7.3 Kur ngurtësia matet në temperatura të ulëta, në kontrast me polimeret me përmbajtje të lartë etileni, polimerët amorfë tregojnë më pak ndryshim në ngurtësinë, ndërsa ndryshimi i ngurtësisë së përmbajtjes më të lartë të etilenit nuk tregon një model linear dhe ngurtësia të mbetet e lartë në temperaturën e dhomës, në mënyrë që polimerët që përmbajnë përmbajtjen më të lartë të etilenit të vazhdojë të ketë ngurtësinë më të lartë në temperaturat e ulëta.
7.4 Seti i kompresimit varet kryesisht nga temperatura e provës. Nëse testohet në 175 ° C, nuk ka asnjë ndryshim në kompresimin e vendosur midis ndonjë prej polimereve (grupi ndikohet nga hartimi i kompleksit dhe zgjedhja e sistemit të vullkanizimit). Pas shkrirjes së kristaleve të etilenit, polimeri shfaq një formë amorfe, dhe për të ekzaminuar efektin e përmbajtjes së etilenit, testet janë bërë në 23 ° C. Polimeret me një përmbajtje më të lartë etileni kanë qartë deformim më të lartë të përhershëm (më shumë se dy herë më shumë), dhe efekti i përmbajtjes së etilenit është edhe më i madh kur testohet në -20 ° C dhe -40 ° C. Polimere me më shumë se 60% përmbajtje etileni kanë deformim të lartë të përhershëm (> 80%); Në -40 ° C, vetëm polimeret plotësisht amorfe kanë deformim të ulët të përhershëm (17%).
7.5 Efekti i përmbajtjes së etilenit në ngurtësimin e temperaturës së ulët nga testet e Gehman. Duke pasur parasysh një temperaturë, sa më e lartë të jetë këndi, aq më i ulët është rritja e ngurtësisë (ose rritja e modulit). Në temperatura të ulëta, moduli i ngurtësisë rritet ndjeshëm me rritjen e përmbajtjes së etilenit. Për polimeret amorfe, T2 është -47 ° C, ndërsa polimeri më i lartë i përmbajtjes së etilenit ka një T2 vetëm -16 ° C.
7.6TR Rimëkëmbja e tkurrjes Matja e mostrave pas ngrirjes së zgjatjes, përmbajtja e etilenit ka një efekt domethënës në metodën e provës, e cila është përsëri e ngjashme me testin Gehman.
Kjo është e ngjashme me testin Gehman. Tkurrja (%) e polimereve të ndryshme ndryshon si një funksion i temperaturës, me polimeret amorfe që kanë rikuperimin më të lartë të tkurrjes në temperatura të ulëta; Sidoqoftë, siç parashikohet, rikuperimi përkeqësohet ndërsa përmbajtja e etilenit rritet në një temperaturë të caktuar.
Rimëkëmbja përkeqësohet. Vlera e Tr10 ndryshon nga -53 ° C për polimeret amorfe në -28 ° C për polimeret me përmbajtje të lartë etileni.
7.7 Cikli i relaksimit të stresit kompresiv (CSR)
Cikël Kompresoni komponimet, lejoni që ata të pushojnë në 25 ° C për 24 orë, dhe pastaj t'i vendosni ato në një cikël temperaturash që variojnë nga -20 ° C deri në 110 ° C me ndërprerje për 24 orë. Kur kompresohet për herë të parë, pas periudhës së ekuilibrit, polimeri kristalor E ka një humbje më të lartë të stresit sesa polimeri amorf, dhe kur ulet në -20 ° C forca e vulosjes së të dy polimereve zvogëlohet, ndërsa polimeri amorf A ka një mbajtje të lartë të stresit (F/F0 më të lartë). Ngrohja e kompleksit në 110 ° C rivendosi forcën e saj të vulosjes, dhe kur u kthye përsëri në -20 ° C, forca e mbetur e vulosjes së polimerit kristalor ishte më pak se 20% e vlerës së saj, e cila përgjithësisht konsiderohet shumë e ulët për shumicën e aplikacioneve, me polimerin amorfoz që mbajti më shumë se 50% të forcës së tij të vulosjes, dhe polimerin amorfoz përsëri duke pasur një rikuperim të lartë se sa polimer kristaline. Cikli tjetër dha përfundime të ngjashme. Shtë e qartë se polimeret amorfe janë superiore për nënshkrimin e aplikacioneve ku kërkohet performanca e lartë dhe e ulët e temperaturës.
8. Efekti i përmbajtjes së diolefinës
Për të siguruar pikën e pangopur të nevojshme për vullkanizimin, diolefina jo të konjuguara si ENB, HX dhe DCPD i shtohen polimereve të propilenit të etilenit. Një lidhje e dyfishtë reagon në matricën e polimerit, ndërsa e dyta vepron si një plotësues i zinxhirit molekular të polimerizuar dhe siguron pikën e vullkanizimit për vullkanizimin e verdhë të squfurit. Efekti i ENB u vlerësua në profilet e barit të xhamit (shiu). Polimeret që përmbajnë 2%, 6% dhe 8% ENB u krahasuan. Shtimi i ENB pati një efekt të rëndësishëm në karakteristikat e vullkanizimit dhe densitetin e ndërlidhjes. Moduli u rrit ndërsa zgjatja u ul ndjeshëm. Ngurtësia u rrit dhe kompresimi i vendosur u përmirësua gjatë rritjes së temperaturës. Ndërsa rritet përmbajtja ENB, koha e karburantit bëhet më e shkurtër.
ENB është një material amorf, dhe kur shtohet në shtyllën kurrizore të polimerit, prish kristalizimin e pjesës etilen të polimerit, në mënyrë që të mund të merren polimeret me të njëjtën përmbajtje etileni, dhe përmbajtja më e lartë e ENB përmirëson vetitë e temperaturës së ulët. Në temperaturën e dhomës, përmbajtja më e lartë ENB përmirëson paksa grupin e kompresimit për shkak të densitetit të përmirësuar të kryqëzimit. Sidoqoftë, në temperatura të ulëta, grupi i kompresimit të polimereve me përmbajtje më të lartë ENB është dukshëm më i mirë se ai i polimereve me përmbajtje 2% ENB. Efekti i përmbajtjes ENB në temperaturën e brintësisë, tërheqjen e temperaturës dhe testin e Gehman nuk tregoi ndonjë ndryshim domethënës në temperaturën e brishtësisë midis polimereve në përgjithësi, dhe për testin e Gehman dhe testin TR, secili polimer tregoi një përmirësim në vetitë me temperaturë të ulët me rritje të përmbajtjes ENB.
9. Efekti i viskozitetit të Mooney në vetitë e temperaturës së ulët
Dihet se viskoziteti i Mooney (masa molekulare) ka një efekt të rëndësishëm në sjelljen e përpunimit të elastomerëve. Në aplikime për ekstruksion dhe formim në aplikime për ekstruksion dhe formim, është e rëndësishme të zgjidhni një përbërje me një vlerë të përshtatshme të viskozitetit Mooney. Duke përdorur të njëjtin formulim që u përdor për të hetuar efektin e monomerit të tretë, ENB, në vetitë e temperaturës së ulët për të ekzaminuar viskozitetin e Mooney, u krahasuan polimeret me viskozitete Mooney prej 30, 60, dhe 80, dhe viskoziteti Mooney i komponimeve u rrit ndërsa viskoziteti Mooney i polimereve të përdorura u rrit. Forca elastike, moduli dhe forca e gomës së papërpunuar u rritën me rritjen e viskozitetit të Mooney. Efekti i viskozitetit të Mooney në vetitë e temperaturës së ulët të EPDM nuk ishte i rëndësishëm. Sidoqoftë, deformimi i përhershëm i kompresimit në temperaturën e dhomës, -20 ° C dhe -40 ° C rritet me rritjen e masës molekulare. Sidoqoftë, kompresimi i vendosur në temperaturën e dhomës, -20 ° C dhe -40 ° C nuk ndryshoi ndjeshëm me rritjen e masës molekulare, ndërsa kompresimi i vendosur në temperatura të ngritura (175 ° C) tregoi disa ndryshime për viskozitetet më të larta të Mooney të ngjitësve EPDM.
10. Përfundim
Përmbajtja e etilenit dhe diolefinës ka një efekt të rëndësishëm në performancën e elastomerëve EPDM në aplikime të temperaturës së ulët, me polimere me përmbajtje të ulët etileni që kryen mirë dhe polimere me përmbajtje të lartë diolefine duke u përmirësuar për shkak të kristalizimit të ndërprerë të pjesës së etilenit të polimerit. Polimerët e ulët të përmbajtjes etilen duhet të përdoren kur performanca e ulët e temperaturës është një kufizim.
