Nhược điểm nổi bật của fluoroelastomer (FKM) là khả năng chịu nhiệt độ thấp kém. Nhiệt độ rút lại ở nhiệt độ thấp (TR10) của FKM nhị phân thường là -18 đến -16oC và nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg) là -20oC; khả năng chịu nhiệt độ thấp của FKM bậc ba kém hơn so với FKM nhị phân. Loại FKM nhiệt độ thấp đặc biệt có khả năng chịu nhiệt độ thấp tốt nhưng giá thành rất cao.
FKM trong 'hệ thống phân loại tiêu chuẩn sản phẩm cao su ô tô' theo tiêu chuẩn ASTM D 2000-2012 của các sản phẩm cấp M2, M5, M6 cần phải vượt qua bài kiểm tra độ giòn ở nhiệt độ thấp F15 (-25 oC), các sản phẩm cấp M4 cần phải vượt qua bài kiểm tra độ giòn ở nhiệt độ thấp F17 (-40 oC). Trong những năm gần đây, ngày càng có nhiều sản phẩm FKM được yêu cầu phải đáp ứng các yêu cầu về cả khả năng chịu nhiệt độ cao (250-275oC) và độ giòn ở nhiệt độ thấp F15 hoặc F17. Cách tốt nhất là sử dụng FKM nhiệt độ thấp, chẳng hạn như nhiệt độ giòn -45 ~ -40 oC Viton GLT loại FKM, nhưng hiệu suất nhiệt độ cao FKM này kém và giá cả khó được thị trường chấp nhận. Bằng cách cải thiện hiệu suất của các hợp chất FKM nhị phân có thể đồng thời đáp ứng các yêu cầu về khả năng chịu nhiệt độ thấp và cao, đồng thời chi phí cũng hợp lý, đã trở thành điểm nóng của nghiên cứu.
Bài viết này phân tích đặc tính của hiệu suất nhiệt độ thấp FKM của Tg, TR10 và nhiệt độ giòn (Tbri) của mối quan hệ giữa sinh viên sau đại học, chất độn, quá trình trộn, v.v. về hiệu suất độ giòn ở nhiệt độ thấp của chất kết dính FKM nhị phân và bậc ba để điều chế chất kết dính FKM chịu nhiệt độ thấp để cung cấp tài liệu tham khảo!
1. Đặc tính tính giòn ở nhiệt độ thấp của FKM
Cao su có biến dạng thuận nghịch, có thể tạo ra biến dạng lớn dưới tác dụng của một ngoại lực nhỏ và có thể khôi phục lại trạng thái ban đầu sau khi loại bỏ ngoại lực nên được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, khi nhiệt độ giảm, độ đàn hồi của cao su giảm dần, khi đạt đến Tg, cao su mất tính đàn hồi và hỏng. Do sự đa dạng của các sản phẩm cao su, trong quá trình sử dụng có thể bị va đập, căng, cắt, xoắn, đùn, mài mòn, v.v., hiệu suất ôm sát ở nhiệt độ thấp của nó phải dựa trên điều kiện làm việc của nó để chọn phương pháp thử thích hợp. Các phương pháp kiểm tra hiệu suất giòn ở nhiệt độ thấp thường được sử dụng bao gồm kiểm tra Tg, kiểm tra nhiệt độ độ giòn khi va chạm, kiểm tra độ co rút ở nhiệt độ thấp, kiểm tra độ cứng xoắn ở nhiệt độ thấp (kiểm tra Gimen), khả năng chống kéo dài và kiểm tra hệ số lạnh, kiểm tra độ cứng ở nhiệt độ thấp, kiểm tra biến dạng vĩnh viễn nén và thư giãn ứng suất ở nhiệt độ thấp, v.v.
Khả năng chịu nhiệt độ thấp của FKM có thể được đặc trưng bởi Tg, Tbri, TR10 và Nhiệt độ xoắn ở nhiệt độ thấp (TGem), v.v. Các thông số này có ý nghĩa khác nhau nhưng có mối quan hệ nhất định với nhau.
(1) Tg là nhiệt độ mà cao su chuyển từ trạng thái đàn hồi cao sang trạng thái thủy tinh và trạng thái thủy tinh sang trạng thái đàn hồi cao, thường đặc trưng cho chuyển động vi mô của chuỗi phân tử cao su.
(2) Tbri là nhiệt độ tại đó cao su không bị hư hỏng trong các điều kiện biến dạng lực va đập quy định, nhiệt độ này thường phản ánh độ bền của cao su khi sử dụng ở nhiệt độ thấp và khả năng chịu hư hỏng của nó.
(3) TR10 được sử dụng để đánh giá độ nhớt và hiệu ứng kết tinh của cao su ở nhiệt độ thấp và thường phản ánh nhiệt độ thấp nhất mà vật liệu cao su có thể duy trì khả năng phục hồi đàn hồi.
(4) TGem sử dụng dây thép xoắn có hằng số xoắn đã biết làm vật liệu tham chiếu để xoắn mẫu ở một góc lớn, trong khi khi nhiệt độ giảm, mô đun của cao su tăng, độ cứng tăng và góc xoắn giảm đến mức nó hầu như không xoắn ở Tg. Góc xoắn của cao su theo sự thay đổi nhiệt độ có thể đánh giá hiệu suất nhiệt độ thấp của nó, thường phản ánh nhiệt độ thấp nhất mà cao su duy trì độ đàn hồi.
2 FKM Tg, TR10 và mối quan hệ giữa Tbri
Các thông số hiệu suất giòn ở nhiệt độ thấp FKM thường được sử dụng là Tg, TR10 và Tbri, nhà cung cấp thường áp dụng tham số Tg và TR10, ASTM áp dụng tham số Tbri, có một số khác biệt và mối quan hệ nhất định giữa ba thông số này.
2. 1 Mối quan hệ giữa Tg và TR10
TR10 của mỗi loại FKM gần bằng Tg (chênh lệch không quá 3oC), cho thấy cả Tg và TR10 đều có thể phản ánh chuyển động ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ trạng thái thủy tinh của chuỗi phân tử cao su.
2.2 Mối quan hệ giữa hàm lượng flo FKM và đặc tính giòn ở nhiệt độ thấp
Trong FKM nhị phân và tam phân thông thường, TR10 tăng khi hàm lượng flo tăng; khi monome thứ tư, PMVE, được giới thiệu, hàm lượng của nó có ảnh hưởng lớn đến TR10.
Nội dung của nó có ảnh hưởng lớn đến TR10. Mặc dù việc tăng hàm lượng flo có thể cải thiện giới hạn trên của nhiệt độ sử dụng FKM, nhưng đồng thời, do liên kết CF thay thế liên kết CH, làm giảm độ mềm của chuỗi phân tử và hiệu suất ở nhiệt độ thấp của cao su.
2.3 Ảnh hưởng của chất độn đến đặc tính giòn ở nhiệt độ thấp của hợp chất FKM
Chất kết dính N774 màu đen carbon có Tbri thấp nhất và khả năng chịu nhiệt độ thấp tốt nhất; chất kết dính oxit kẽm có Tbri cao nhất và khả năng chịu nhiệt độ thấp kém nhất; hiệu suất làm giòn ở nhiệt độ thấp của năm loại chất kết dính không khác nhau nhiều. Sau khi phân tích, sau khi thêm các chất độn khác nhau, khoảng cách và cấu trúc giữa các chuỗi phân tử FKM là khác nhau và hiệu suất tạo giòn ở nhiệt độ thấp tương ứng cũng khác nhau.
Sau khi phân tích, sau khi thêm các chất độn khác nhau, khoảng cách và cấu trúc giữa các chuỗi phân tử FKM là khác nhau, đặc tính giòn ở nhiệt độ thấp tương ứng cũng khác nhau và chất độn với một lượng nhỏ cao su có hàm lượng gel lớn hơn và khả năng chịu nhiệt độ thấp tốt hơn.
2.4 Ảnh hưởng của quá trình trộn đến tính chất giòn ở nhiệt độ thấp của hợp chất FKM
Quá trình trộn cũng có ảnh hưởng đến đặc tính giòn ở nhiệt độ thấp của hợp chất FKM. Làm dẻo trước khi trộn có thể thu được tính linh hoạt của phân tử cao su tốt hơn
Khả năng chịu nhiệt độ thấp của hợp chất có thể được cải thiện bằng cách làm dẻo trước khi trộn. Xử lý lớp mỏng sau khi hợp chất được đỗ có thể cải thiện đặc tính phân tán của chất độn và chất tương thích, đồng thời cải thiện khả năng chịu nhiệt độ thấp. Nói chung, quá trình đúc càng dài thì độ nhớt Mooney của cao su càng thấp. Việc tăng số lần đúc sẽ làm giảm Tg của cao su nhưng hiện tượng này không đáng kể và không có sự khác biệt đáng kể giữa Tg và Tbri của cao su FKM với số lần đúc khác nhau.
3 Kết luận
(1) Tg của FKM gần bằng TR10, có thể phản ánh chuyển động nhiệt độ thấp của chuỗi phân tử FKM và nhiệt độ trạng thái thủy tinh, và Tbri thấp hơn Tg và TR10.
thấp hơn Tg và TR10.
(2) Đặc tính giòn ở nhiệt độ thấp của FKM có hàm lượng lưu huỳnh cao được lưu huỳnh bằng peroxide là tốt hơn, và đặc tính giòn ở nhiệt độ thấp của FKM được lưu huỳnh hóa nhị phân bisphenol là kém hơn.
(3) Cao su FKM chứa đầy carbon đen N774 có khả năng chịu nhiệt độ thấp tốt hơn; cao su với một lượng nhỏ chất độn có hàm lượng gel cao hơn và khả năng chịu nhiệt độ thấp tốt hơn.
(4) Số lần đúc ít ảnh hưởng đến đặc tính giòn ở nhiệt độ thấp của hợp chất FKM.
