Ndryshe nga termoplastikët, elastomerët zakonisht përdoren në një gamë të gjerë temperaturash dhe dukshëm mbi temperaturën e tyre të kalimit të qelqit (Tg). Përparësitë e elastomerëve ndaj termoplastikës janë aftësia e tyre për t'u rikuperuar pothuajse plotësisht nga gjendja tërheqëse (elasticitet i lartë), si dhe elasticiteti i tyre i përgjithësuar, fortësia e ulët dhe vetitë e modulit të ulët. Kur elastomerët përdoren nën temperaturën e dhomës, ato tregojnë një rritje të fortësisë, një rritje të modulit dhe një ulje të elasticitetit. Kur elastomerët përdoren nën temperaturën e dhomës, ka një tendencë që fortësia të rritet, moduli të rritet, elasticiteti të zvogëlohet (tërheqja e ulët) dhe vendosja e kompresimit të rritet. Në varësi të problemit me elastomerin, dy dukuri mund të ndodhin në të njëjtën kohë - ngurtësimi i qelqit dhe kristalizimi i pjesshëm - CR, EPDM, NR janë disa shembuj të elastomerëve që shfaqin kristalizimin.
1. Pasqyrë e testimit të temperaturës së ulët
Brishtësia, deformimi i përhershëm i ngjeshjes, tërheqja, forcimi dhe ngurtësimi kriogjenik janë përdorur për shumë vite për të karakterizuar vetitë e polimerit në temperatura të ulëta. Relaksimi i stresit në shtypje është relativisht i ri dhe fokusohet në përcaktimin e forcës mbyllëse të një materiali gjatë një periudhe kohore 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 vullkanizuar nuk do të shfaqë thyerje ose këputje në kushte të specifikuara të goditjes. Përgatiten pesë ekzemplarë gome të formës së paracaktuar, vendosen në një dhomë ose mjedis të lëngshëm, i nënshtrohen një temperature të caktuar për 3±0,5 minuta dhe më pas i jepet një shpejtësi goditjeje prej 2,0±0,2 m/s. Ekzemplarët hiqen dhe i nënshtrohen testit të goditjes ose këputjes. Mostra hiqet dhe testohet për goditje ose thyerje, të gjitha pa dëmtime. Testi u përsërit deri në temperaturën e brishtësisë - temperatura më e ulët në të cilën nuk u gjet asnjë thyerje ishte shumë afër 1°C.
3. Set për kompresim me temperaturë të ulët dhe ngurtësim në temperaturë të ulët
Procedura e provës për grupin e ngjeshjes në temperaturë të ulët është shumë afër asaj për grupin standard të ngjeshjes, përveç se temperatura kontrollohet me ndonjë metodë energjie, si akulli i thatë, azoti i lëngshëm ose metoda mekanike, dhe vlera është brenda ± 1°C e temperaturës së paracaktuar. Pas rikuperimit nga fiksimi, ekzemplari vendoset gjithashtu në temperaturën e ulët të paracaktuar dhe formohet në një diametër prej 29 mm dhe një trashësi prej 12,5 mm. Kompleti i kompresimit në temperaturë të ulët është një metodë indirekte për mbylljen e aplikimeve të përbërjes në fjalë. Relaksimi i stresit kompresiv është metoda e drejtpërdrejtë dhe do të diskutohet më vonë. Forcimi në temperaturë të ulët zakonisht përcaktohet gjithashtu duke përdorur një mostër të kompresimit të vullkanizuar (29mm x 12.5mm), por ri-testohet në një kontroll të temperaturës së ulët, i cili është i njëjtë me atë për grupin e kompresimit, dhe më pas përsëri në të njëjtën temperaturë si temperatura e tyre e caktuar. Ngurtësimi dhe grupi i ngjeshjes në temperaturë të ulët ndikohen drejtpërdrejt nga ftohja, por edhe nga tendenca e polimerit për t'u kristalizuar, me shpejtësinë e kristalizimit të varur nga temperatura, p.sh., CR kristalizohet më shpejt rreth -10°C, dhe më pas zvogëlohet në temperatura më të ulëta, kryesisht për shkak të palëvizshmërisë së zinxhirit të polimerit para segmenteve të zinxhirit të lirë të molekulës.
4. Forcimi me temperaturë të ulët Gehman
ASTM D 1053 përshkruan metodën e ngurtësimit në temperaturë të ulët si më poshtë: një seri ekzemplarësh polimeri elastikë janë ngjitur fiksisht në një tel me një konstante rrotullimi të njohur dhe skaji tjetër i telit është i lidhur me një kokë rrotullimi të aftë për të lejuar që teli të përdredhet. Mostrat zhyten në një mjedis të transferimit të nxehtësisë në një temperaturë specifike nën normale, kohë në të cilën koka e rrotullimit përdredhet me 180°, dhe më pas ekzemplarët përdredhen me një sasi (më pak se 180°) që varet nga anasjellta e fleksibilitetit dhe ngurtësisë së kampionit. Më pas përdorni sasinë e gonometrit për të përcaktuar sasinë e përdredhjes së mostrës, këndin e rrotullimit dhe fortësinë e materialit të gomës. Temperatura e sistemit rritet gradualisht në këtë pikë dhe merret një grafik i këndit të kthesës ndaj 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 kampioni në gjendje tërheqëse kur deformimi i përhershëm i shtypjes dhe relaksimi i stresit shtypës të përcaktuar nga stresi shtypës përdoren për të përcaktuar efektet e temperaturës së ulët. Siç u përmend më herët, shumë polimere si NR dhe PVC do të kristalizohen në temperatura të ulëta, por shtrirja gjithashtu mund të kristalizohet, duke çuar në faktorë shtesë kur shikojmë vetitë e temperaturës së ulët. Për aplikime vlerësimi të tilla si pezullimi i shkarkimit, TR nën tension është shumë i përshtatshëm dhe përdoret shpesh. Në këtë provë, ekzemplari zgjatet (shpesh me 50% ose 100%) dhe ngrihet në gjendje të zgjatur. Ekzemplari lëshohet, kohë në të cilën temperatura rritet me një shpejtësi të caktuar për të matur rikuperimin e mostrës, matet gjatësia e tkurrjes dhe regjistrohet zgjatja. Temperaturat në të cilat ekzemplari tkurret me 10%, 30%, 50% dhe 70% zakonisht shënohen si TR10, TR30, TR50 dhe TR70. TR10 lidhet me temperaturën e brishtësisë; TR70 lidhet me deformimin e përhershëm të kampionit në kompresim në temperaturë të ulët; dhe diferenca midis TR10 dhe TR70 përdoret për të matur kristalizimin e ekzemplarit (sa më i madh të jetë diferenca, aq më e madhe është tendenca për t'u kristalizuar).
6 . Relaksimi i stresit kompresiv me temperaturë të ulët (CSR)
Testi CSR mund të përdoret për të bërë parashikime rreth performancës dhe jetëgjatësisë së materialeve vulosëse. Kur një përbërje elastomerike i jepet një deformim konstant, krijohet një forcë e kombinuar dhe aftësia e materialit për ta mbajtur këtë forcë brenda një diapazoni të caktuar mjedisor mat aftësinë e tij për të mbyllur. Të dy mekanizmat fizikë dhe kimikë kontribuojnë në relaksimin e stresit, në bazë të kohës dhe temperaturës, një faktor do të dominojë, relaksimi fizik vërehet në temperatura të ulëta, menjëherë pas një stresi të caktuar, i cili çon në rirregullimin e zinxhirit dhe ndryshime në sipërfaqet mbushëse gome dhe mbushëse, 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 reaksione të ndërlidhjes. Çiklizmi i temperaturës ose rritja e papritur e temperaturës mund të ketë një efekt në relaksimin e stresit në elastomerët. Gjatë testit CSR vendoset ekzemplar i testit
Gjatë testimit CSR, relaksimi i stresit rritet kur kampioni i provës i nënshtrohet temperaturave të ngritura. Nëse relaksimi i stresit ndodh herët në test, sasia e relaksimit shtesë rritet së pari dhe ka një vlerë maksimale gjatë ciklit të parë. Në një copë provë të madhe elastike për të prodhuar mostra copë litari (diametri i jashtëm 19 mm, diametri i brendshëm 15 mm), me një pajisje elastike do të ngjeshet në mostër në trashësinë e temperaturës së dhomës prej 25%, dhe në 25 ℃ në dhomën e provës mjedisore, temperatura në 25 ℃ për të mbajtur 24 orë, e ndjekur më pas nga 24 orë, e ndjekur më pas Temperatura tjetër midis -20 ~ 110 ℃ cikli 24h, e gjithë 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 në temperaturë të ulët të polimereve EPDM. Polimeret me përmbajtje etilen që varion nga 48% në 72% u vlerësuan nën formulime vulosëse me cilësi të lartë. Të gjithë synojnë të zvogëlojnë ndryshimin në viskozitetin e hënës duke futur ENB në këto polimere të ndryshme.
Goma EPDM është amorfe nëse raporti etilen/propilen është i barabartë dhe shpërndarja e dy monomereve në zinxhirin polimer është e rastësishme. EPDM me përmbajtje etilen 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 diskutuar më vonë, madhësia e kristalitit ndikon në lehtësinë e përzierjes dhe përpunimit të përbërjeve që përmbajnë kristale. Sa më e madhe të jetë madhësia e kristalitit, aq më shumë nxehtësi dhe punë prerëse kërkohet në fazën e përzierjes për të përzier plotësisht polimerin me përbërësit e tjerë. Forca e gomës së papërpunuar e përbërjeve EPDM rritet me rritjen e përmbajtjes së etilenit. Në formulimet e vulosjes ku u mat efekti i përmbajtjes së etilenit, një rritje në përmbajtjen e etilenit nga 50% në 68% rezultoi në një rritje të paktën katërfish të forcës së gomës. Fortësia në temperaturën e dhomës gjithashtu rritet me rritjen e përmbajtjes së etilenit. Fortësia Shore A e ngjitësit polimer amorf është 63°, ndërsa ngurtësia Shore A 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 termoplastikë.
7.3 Kur fortësia matet në temperatura të ulëta, në ndryshim nga polimerët me përmbajtje të lartë etileni, polimerët amorfë tregojnë më pak ndryshim në fortësi, ndërsa ndryshimi në fortësinë e përmbajtjes më të lartë të etilenit nuk tregon një model linear dhe fortësia mbetet e lartë në temperaturën e dhomës, në mënyrë që polimeret që përmbajnë përmbajtje më të lartë të etilenit vazhdojnë të kenë fortësinë më të lartë në temperaturë të ulët.
7.4 Kompresimi i kompresimit varet kryesisht nga temperatura e provës. Nëse testohet në 175°C, nuk ka dallim në grupin e ngjeshjes midis asnjërit prej polimereve (seti ndikohet nga dizajni i përbërjes 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 u bënë në 23°C. Polimerët me përmbajtje më të lartë etileni kanë qartësisht deformim të përhershëm më të lartë (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. Polimerët me përmbajtje më shumë se 60% etilen kanë deformim të lartë të përhershëm (>80%); në -40°C, vetëm polimerët plotësisht amorfë kanë deformim të ulët të përhershëm (17%).
7.5 Efekti i përmbajtjes së etilenit në ngurtësimin në temperaturë të ulët nga testet Gehman. Duke pasur parasysh një temperaturë, sa më i 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 polimerët amorfë, T2 është -47°C, ndërsa polimeri me përmbajtje më të lartë të etilenit ka një T2 prej vetëm -16°C.
7.6TR Matja e rikuperimit të tkurrjes së ekzemplarëve pas ngrirjes së zgjatur, përmbajtja e etilenit ka një efekt të rëndësishëm në metodën e provës, e cila është përsëri e ngjashme me testin Gehman.
Kjo është e ngjashme me testin Gehman. Tkurrja (%) e polimerëve të ndryshëm ndryshon në funksion të temperaturës, ku polimerët amorfë kanë rikuperimin më të lartë të tkurrjes në temperatura të ulëta; megjithatë, siç parashikohej, rikuperimi përkeqësohet ndërsa përmbajtja e etilenit rritet në një temperaturë të caktuar.
rikuperimi përkeqësohet. Vlera e TR10 varion nga -53°C për polimerët amorfë deri në -28°C për polimeret me përmbajtje të lartë etileni.
7.7 Cikli i relaksimit të stresit kompresiv (CSR).
Cikli. Kompresoni përbërjet, lërini të pushojnë në 25°C për 24 orë dhe më pas vendosini 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 stresi më të lartë se polimeri amorf dhe kur ulet në -20°C forca mbyllëse e dy polimereve zvogëlohet, ndërsa polimeri amorf A ka një mbajtje të lartë të stresit (F/F0 më i lartë). Ngrohja e përbërjes në 110°C riktheu forcën e tij vulosëse dhe kur u rikthye në -20°C, forca e mbetur mbyllëse e polimerit kristalor ishte më pak se 20% e vlerës së tij, e cila përgjithësisht konsiderohet shumë e ulët për shumicën e aplikimeve, me polimerin amorf që ruan më shumë se 50% të forcës vulosëse të polimerit të tij polimor, dhe përsëri ka një forcë vulosjeje polimerike më të lartë se polimerin amorf. Cikli tjetër dha përfundime të ngjashme. Është e qartë se polimerët amorfë janë superiorë për aplikimet e vulosjes ku kërkohet performanca në temperaturë të lartë dhe të ulët.
8. Efekti i përmbajtjes së diolefinës
Për të siguruar pikën e pangopur të kërkuar për vullkanizim, diolefinat jo të konjuguara si ENB, HX dhe DCPD i shtohen polimereve të etilenit të propilenit. 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 shiritit të xhamit të përparmë (shiut). U krahasuan polimeret që përmbajnë 2%, 6% dhe 8% ENB. Shtimi i ENB pati një efekt të rëndësishëm në karakteristikat e vullkanizimit dhe densitetin e lidhjes së kryqëzuar. Moduli u rrit ndërsa zgjatimi u ul ndjeshëm. Fortësia u rrit dhe grupi i kompresimit u përmirësua gjatë rritjes së temperaturës. Ndërsa përmbajtja ENB rritet, koha e karbonizimit bëhet më e shkurtër.
ENB është një material amorf dhe kur i shtohet shtyllës kurrizore të polimerit, prish kristalizimin e pjesës së etilenit të polimerit, kështu që mund të përftohen polimere 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 e ENB përmirëson pak grupin e kompresimit për shkak të densitetit të përmirësuar të ndërlidhjes. Megjithatë, në temperatura të ulëta, grupi i kompresimit të polimerëve me përmbajtje më të lartë ENB është dukshëm më i mirë se ai i polimerëve me përmbajtje ENB 2%. Efekti i përmbajtjes së ENB në temperaturën e brishtësisë, tërheqjen e temperaturës dhe testin e Gehman-it 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 e temperaturës së ulët me rritjen e përmbajtjes së ENB.
9. Efekti i viskozitetit mooney në vetitë e temperaturës së ulët
Dihet mirë se viskoziteti i hënës (masa molekulare) ka një efekt të rëndësishëm në sjelljen e përpunimit të elastomerëve. Në aplikimet e nxjerrjes dhe derdhjes Në aplikimet e nxjerrjes dhe formimit, është e rëndësishme të zgjidhni një përbërje me një vlerë të përshtatshme viskoziteti 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 viskozitet Mooney 30, 60 dhe 80 dhe viskoziteti Mooney i përbërësve rritej me rritjen e viskozitetit të polimerit të Mooney. Forca në tërheqje, moduli dhe forca e gomës së papërpunuar u rritën me rritjen e viskozitetit të Mooney. Efekti i viskozitetit Mooney në vetitë e temperaturës së ulët të EPDM nuk ishte i rëndësishëm. Megjithatë, deformimi i përhershëm i kompresimit në temperaturën e dhomës, -20°C dhe -40°C rritet me rritjen e masës molekulare. Sidoqoftë, vendosja e kompresimit në temperaturën e dhomës, -20°C dhe -40°C nuk ndryshoi ndjeshëm me rritjen e masës molekulare, ndërsa grupi i kompresimit në temperatura të ngritura (175°C) tregoi disa ndryshime për viskozitetet më të larta të hënës të ngjitësve EPDM.
10. Përfundim
Përmbajtja e etilenit dhe diolefinës ka një efekt të rëndësishëm në performancën e elastomerëve EPDM në aplikime me temperaturë të ulët, ku polimerët me përmbajtje të ulët etileni performojnë mirë dhe polimerët me përmbajtje të lartë diolefine përmirësohen për shkak të kristalizimit të ndërprerë të pjesës etilenike të polimerit. Polimerët me përmbajtje të ulët etilen duhet të përdoren kur performanca në temperaturë të ulët është një kufizim.
