การศึกษาคุณสมบัติการเปราะของฟลูออโรอีลาสโตเมอร์ที่อุณหภูมิต่ำ

ข้อเสียที่โดดเด่นของฟลูออโรอีลาสโตเมอร์ (FKM) คือความต้านทานต่ออุณหภูมิต่ำต่ำ อุณหภูมิการหดตัวที่อุณหภูมิต่ำ (TR10) ของไบนารี FKM โดยทั่วไปคือ -18 ถึง -16 ℃ และอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (Tg) คือ -20 ℃; ความต้านทานต่ออุณหภูมิต่ำของ FKM แบบไตรภาคนั้นต่ำกว่าความต้านทานของไบนารี FKM ชนิดอุณหภูมิต่ำพิเศษ FKM ทนอุณหภูมิต่ำได้ดีแต่ราคาสูงมาก

FKM ใน ASTM D 2000-2012 'ระบบการจำแนกมาตรฐานผลิตภัณฑ์ยางรถยนต์' ของผลิตภัณฑ์เกรด M2, M5, M6 ที่ต้องผ่านการทดสอบการเปราะแตกที่อุณหภูมิต่ำ F15 (-25 ℃) ผลิตภัณฑ์เกรด M4 จำเป็นต้องผ่านการทดสอบการเปราะที่อุณหภูมิต่ำ F17 (-40 ℃) ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีความต้องการผลิตภัณฑ์ FKM มากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อตอบสนองความต้องการของทั้งการทนต่ออุณหภูมิสูง (250-275 ℃) และการเปราะที่อุณหภูมิต่ำ F15 หรือ F17 วิธีที่ดีที่สุดคือการใช้ FKM ที่อุณหภูมิต่ำ เช่น อุณหภูมิความเปราะที่ -45 ~ -40 ℃ Viton GLT ประเภท FKM แต่ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงของ FKM นี้ไม่ดี และราคาก็ยากที่จะทำให้ตลาดยอมรับได้ การปรับปรุงประสิทธิภาพของสารประกอบไบนารี FKM สามารถตอบสนองความต้องการของความต้านทานต่ออุณหภูมิต่ำและสูงได้พร้อมๆ กัน และราคาก็สมเหตุสมผล กลายเป็นประเด็นร้อนของการวิจัย

บทความนี้วิเคราะห์คุณลักษณะของประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำของ FKM ของ Tg, TR10 และอุณหภูมิความเปราะบาง (Tbri) ของความสัมพันธ์ระหว่างนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา สารตัวเติม กระบวนการผสม ฯลฯ บนประสิทธิภาพความเปราะที่อุณหภูมิต่ำของกาว FKM แบบไบนารีและแบบไตรภาค สำหรับการเตรียมกาว FKM ทนอุณหภูมิต่ำเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิง!

1. การแสดงคุณลักษณะของคุณสมบัติการเปราะที่อุณหภูมิต่ำของ FKM

ยางมีการเสียรูปแบบพลิกกลับได้ สามารถทำให้เกิดการเสียรูปขนาดใหญ่ภายใต้การกระทำของแรงภายนอกขนาดเล็ก และสามารถกลับคืนสู่สภาพเดิมได้หลังจากกำจัดแรงภายนอกออก ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิลดลง ความยืดหยุ่นของยางจะค่อยๆ ลดลง และเมื่อถึง Tg ยางจะสูญเสียความยืดหยุ่นและล้มเหลว เนื่องจากผลิตภัณฑ์ยางมีความหลากหลาย ในกระบวนการใช้งานอาจต้องได้รับแรงกระแทก แรงดึง แรงเฉือน แรงบิด การอัดขึ้นรูป การเสียดสี ฯลฯ ประสิทธิภาพการเปราะที่อุณหภูมิต่ำควรขึ้นอยู่กับสภาพการทำงานเพื่อเลือกวิธีทดสอบที่เหมาะสม วิธีทดสอบประสิทธิภาพการเปราะที่อุณหภูมิต่ำที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ การทดสอบ Tg, การทดสอบอุณหภูมิความเปราะกระแทก, การทดสอบการหดตัวที่อุณหภูมิต่ำ, การทดสอบความแข็งแกร่งบิดที่อุณหภูมิต่ำ (การทดสอบ Gimen), ความต้านทานต่อการยืดตัวและการทดสอบสัมประสิทธิ์ความเย็น, การทดสอบความแข็งที่อุณหภูมิต่ำ, การทดสอบการเปลี่ยนรูปถาวรของการบีบอัดที่อุณหภูมิต่ำและการทดสอบการผ่อนคลายความเครียด ฯลฯ

ความต้านทานต่ออุณหภูมิต่ำของ FKM สามารถกำหนดลักษณะได้โดย Tg, Tbri, TR10 และอุณหภูมิแรงบิดที่อุณหภูมิต่ำ (TGem) ฯลฯ พารามิเตอร์เหล่านี้มีความหมายต่างกัน แต่มีความสัมพันธ์บางอย่างซึ่งกันและกัน

(1) Tg คืออุณหภูมิที่ยางเปลี่ยนจากสถานะยืดหยุ่นสูงเป็นสถานะคล้ายแก้ว และสถานะคล้ายแก้วเป็นสถานะยืดหยุ่นสูง ซึ่งมักจะแสดงลักษณะการเคลื่อนที่ระดับจุลภาคของสายโซ่โมเลกุลของยาง

(2) Tbri คือ อุณหภูมิที่ไม่เกิดความเสียหายกับยางภายใต้สภาวะการเปลี่ยนรูปของแรงกระแทกที่กำหนด ซึ่งมักจะสะท้อนถึงความแข็งแรงของยางสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำและความสามารถในการทนต่อความเสียหาย

(3) TR10 ใช้ในการประเมินความหนืดและการตกผลึกของยางที่อุณหภูมิต่ำ และมักจะสะท้อนถึงอุณหภูมิต่ำสุดที่วัสดุยางสามารถรักษาการคืนตัวของความยืดหยุ่นได้

(4) TGem ใช้ลวดเหล็กบิดที่มีค่าคงที่แรงบิดเป็นวัสดุอ้างอิงในการบิดชิ้นงานในมุมขนาดใหญ่ ในขณะที่อุณหภูมิลดลง โมดูลัสของยางจะเพิ่มขึ้น ความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น และมุมของการบิดลดลงจนถึงจุดที่แทบจะไม่บิดที่ Tg มุมบิดของยางตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิสามารถประเมินประสิทธิภาพของอุณหภูมิต่ำได้ ซึ่งมักจะสะท้อนถึงอุณหภูมิต่ำสุดที่ยางคงความยืดหยุ่นไว้

2 FKM Tg, TR10 และความสัมพันธ์ระหว่าง Tbri

พารามิเตอร์ประสิทธิภาพการเปราะที่อุณหภูมิต่ำของ FKM ที่ใช้กันทั่วไปคือ Tg, TR10 และ Tbri ซัพพลายเออร์มักจะใช้พารามิเตอร์ Tg และ TR10, ASTM ใช้พารามิเตอร์ Tbri มีความแตกต่างและความสัมพันธ์บางอย่างระหว่างทั้งสามนี้

2. 1 ความสัมพันธ์ระหว่าง Tg และ TR10

TR10 ของแต่ละเกรดของ FKM อยู่ใกล้กับ Tg (ความแตกต่างไม่เกิน 3 ℃) ซึ่งบ่งชี้ว่าทั้ง Tg และ TR10 สามารถสะท้อนการเคลื่อนที่ที่อุณหภูมิต่ำและอุณหภูมิสถานะแก้วของโซ่โมเลกุลยาง

2.2 ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณฟลูออรีน FKM และคุณสมบัติการเปราะที่อุณหภูมิต่ำ

ใน FKM แบบไบนารีและแบบไตรภาคทั่วไป TR10 จะเพิ่มขึ้นตามปริมาณฟลูออรีนที่เพิ่มขึ้น เมื่อมีการแนะนำโมโนเมอร์ตัวที่สี่ PMVE เนื้อหาจะมีอิทธิพลอย่างมากต่อ TR10

เนื้อหามีอิทธิพลอย่างมากต่อ TR10 แม้ว่าการเพิ่มขึ้นของปริมาณฟลูออรีนสามารถปรับปรุงขีดจำกัดบนของอุณหภูมิการใช้งาน FKM ได้ แต่ในขณะเดียวกัน เนื่องจากพันธะ CF จะเข้ามาแทนที่พันธะ CH ซึ่งช่วยลดความอ่อนตัวของสายโซ่โมเลกุลและประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำของยาง

2.3 อิทธิพลของสารตัวเติมต่อคุณสมบัติการเปราะที่อุณหภูมิต่ำของสารประกอบ FKM

กาวคาร์บอนแบล็ค N774 มี Tbri ต่ำที่สุดและทนต่ออุณหภูมิต่ำได้ดีที่สุด กาวซิงค์ออกไซด์มี Tbri สูงสุดและทนต่ออุณหภูมิต่ำแย่ที่สุด ประสิทธิภาพการเปราะที่อุณหภูมิต่ำของกาวทั้ง 5 ชนิดไม่ได้แตกต่างกันมากนัก หลังจากวิเคราะห์ หลังจากเพิ่มฟิลเลอร์ที่แตกต่างกัน ช่องว่างและโครงสร้างระหว่างสายโซ่โมเลกุล FKM จะแตกต่างกัน และประสิทธิภาพการเปราะที่อุณหภูมิต่ำที่สอดคล้องกันจะแตกต่างกัน

หลังจากวิเคราะห์ หลังจากเพิ่มสารตัวเติมที่แตกต่างกัน ช่องว่างและโครงสร้างระหว่างสายโซ่โมเลกุล FKM จะแตกต่างกัน และคุณสมบัติการเปราะที่อุณหภูมิต่ำที่สอดคล้องกันจะแตกต่างกัน และสารตัวเติมที่มียางในปริมาณเล็กน้อยจะมีปริมาณเจลมากขึ้นและมีความต้านทานต่ออุณหภูมิต่ำได้ดีกว่า

2.4 ผลของกระบวนการผสมต่อคุณสมบัติการเปราะที่อุณหภูมิต่ำของสารประกอบ FKM

กระบวนการผสมยังส่งผลต่อคุณสมบัติการเปราะที่อุณหภูมิต่ำของสารประกอบ FKM การทำพลาสติกก่อนผสมจะทำให้โมเลกุลของยางมีความยืดหยุ่นดีขึ้น

สามารถปรับปรุงความต้านทานต่ออุณหภูมิต่ำของสารประกอบได้โดยการทำให้เป็นพลาสติกก่อนผสม การบำบัดแบบบางหลังจากจอดรถสารประกอบสามารถปรับปรุงคุณสมบัติการกระจายตัวของฟิลเลอร์และสารเข้ากันได้ และปรับปรุงความต้านทานต่ออุณหภูมิต่ำ โดยทั่วไป ยิ่งการขึ้นรูปนานขึ้น ความหนืด Mooney ของยางก็จะยิ่งลดลง การเพิ่มจำนวนเวลาในการขึ้นรูปจะลด Tg ของยาง แต่ปรากฏการณ์นี้ไม่มีนัยสำคัญ และไม่มีความแตกต่างที่มีนัยสำคัญระหว่าง Tg และ Tbri ของยาง FKM ด้วยจำนวนเวลาในการขึ้นรูปที่แตกต่างกัน

3 บทสรุป

(1) Tg ของ FKM ใกล้เคียงกับ TR10 ซึ่งสามารถสะท้อนการเคลื่อนที่ที่อุณหภูมิต่ำของห่วงโซ่โมเลกุล FKM และอุณหภูมิสถานะแก้ว และ Tbri ต่ำกว่า Tg และ TR10

ต่ำกว่า Tg และ TR10

(2) คุณสมบัติการเปราะที่อุณหภูมิต่ำของ FKM เปอร์ออกไซด์ซัลเฟอร์ไดซ์สูงจะดีกว่า และคุณสมบัติการเปราะที่อุณหภูมิต่ำของ FKM บิสฟีนอลไบนารีซัลเฟอร์ไรซ์นั้นแย่ลง

(3) ยาง FKM ที่เติมคาร์บอนแบล็ค N774 มีความต้านทานต่ออุณหภูมิต่ำได้ดีกว่า ยางที่มีสารตัวเติมเล็กน้อยจะมีปริมาณเจลสูงกว่าและทนต่ออุณหภูมิต่ำได้ดีกว่า

(4) จำนวนเวลาในการขึ้นรูปมีผลเพียงเล็กน้อยต่อคุณสมบัติการเปราะที่อุณหภูมิต่ำของสารประกอบ FKM