За разлику од термопласта, еластомери се обично користе у широком распону температура и знатно изнад њихове температуре стакластог прелаза (Тг).Предности еластомера у односу на термопласте су њихова способност да се скоро потпуно опораве из затезног стања (висока еластичност), као и њихова општа еластичност, ниска тврдоћа и својства ниског модула.Када се еластомери користе испод собне температуре, они показују повећање тврдоће, повећање модула и смањење еластичности.Када се еластомери користе испод собне температуре, постоји тенденција повећања тврдоће, повећања модула, смањења еластичности (ниска затезна) и повећања компресије.У зависности од проблема са еластомером, могу се појавити две појаве у исто време - очвршћавање стакла и делимична кристализација - ЦР, ЕПДМ, НР су неки примери еластомера који показују кристализацију.
1. Преглед испитивања на ниским температурама
Кртост, компресијска трајна деформација, повлачење, очвршћавање и криогено очвршћавање се користе дуги низ година да би се карактерисала својства полимера на ниским температурама.Релаксација напрезања при притиску је релативно нова и фокусира се на одређивање силе заптивања материјала током одређеног временског периода у различитим условима околине.
2. Температура ломљивости
АСТМ Д 2137 дефинише температуру ломљивости као најнижу температуру на којој вулканизована гума неће показати лом или лом под одређеним условима удара.Припремљено је пет узорака гуме унапред одређеног облика, стављени у комору или течни медијум, подвргнути подешеној температури у трајању од 3±0,5 мин, а затим им је дата брзина удара од 2,0±0,2 м/с.Узорци се уклањају и подвргавају тесту на удар или ломљење.Узорак се уклања и тестира на удар или лом, све без оштећења.Тест је поновљен до температуре ломљивости - најнижа температура на којој није пронађен лом била је врло близу 1°Ц.
3. Подешавање компресије на ниској температури и очвршћавање на ниској температури
Процедура испитивања за сет за ниску температуру је веома блиска оном за стандардни сет за компресију, осим што се температура контролише неком енергетском методом, као што је суви лед, течни азот или механичке методе, а вредност је унутар ± 1° Ц унапред подешене температуре.Након извлачења из фиксирања, узорак се такође поставља на претходно подешену ниску температуру и обликује до пречника од 29 мм и дебљине 12,5 мм.Нискотемпературни компресиони сет је индиректна метода за заптивање апликација дотичне масе.Релаксација компресивног стреса је директна метода о којој ће бити речи касније.Очвршћавање на ниским температурама се такође обично одређује коришћењем вулканизованог компресионог сета (29 мм к 12,5 мм), али поново тестирано на контроли ниске температуре, што је исто као и за сет за компресију, а затим поново на истој температури као и њихов сет температура.На очвршћавање и нискотемпературну компресију директно утиче хлађење, али и склоност полимера да кристалише, при чему брзина кристализације зависи од температуре, нпр. ЦР најбрже кристалише око -10°Ц, а затим опада на нижим температурама. , углавном због непокретности сегмената полимерног ланца (молекуларни ланци се смрзавају пре преуређења).
4. Гехман нискотемпературно очвршћавање
АСТМ Д 1053 описује метод очвршћавања на ниским температурама на следећи начин: серија еластичних полимерних узорака је фиксно причвршћена за жицу са познатом торзионом константом, а други крај жице је причвршћен за торзиону главу која може да омогући жици да се бити уврнут.Узорци се потапају у медијум за пренос топлоте на одређеној температури испод нормалне, при чему се торзиона глава уврне за 180°, а затим се узорци уврћу за количину (мање од 180°) која зависи од обрнутог флексибилност и крутост узорка.Затим користите количину гониометра да одредите количину увијања узорка, угао увијања и тврдоћу гуменог материјала.Температура система се постепено повећава у овом тренутку и добија се дијаграм угла увијања у односу на температуру.Температуре на којима модул достиже Т2, Т10 и Т100 се обично бележе као једнаке вредности модула на собној температури.
5. Повлачење при ниској температури (ТР тест)
ТР тест се користи за процену способности узорка у затезном стању када се за одређивање ефеката ниске температуре користе трајна деформација на притисак и релаксација напона при притиску утврђена напоном при притиску.Као што је раније објашњено, многи полимери као што су НР и ПВЦ ће кристализовати на ниским температурама, али растезање такође може да кристалише, што доводи до додатних фактора када се посматрају својства ниских температура.За апликације за процену као што је суспензија издувних гасова, ТР под затезањем је веома прикладан и често се користи.У овом тесту, узорак је издужен (често за 50% или 100%) и замрзнут у издуженом стању.Узорак се пушта, када се температура подиже одређеном брзином да би се измерио опоравак узорка, мери се дужина скупљања и бележи издужење.Температуре на којима се узорак скупља за 10%, 30%, 50% и 70% обично се означавају као ТР10, ТР30, ТР50 и ТР70.ТР10 се односи на температуру ломљивости;ТР70 се односи на трајну деформацију узорка при нискотемпературној компресији;а разлика између ТР10 и ТР70 се користи за мерење кристализације узорка (што је разлика већа, то је већа склоност ка кристализацији).
6 .Релаксација стреса при ниској температури (ЦСР)
ЦСР тест се може користити за предвиђање перформанси и века заптивних материјала.Када је еластомерном једињењу дата константна деформација, ствара се комбинована сила, а способност материјала да одржи ову силу унутар одређеног опсега околине мери његову способност заптивања.И физички и хемијски механизми доприносе релаксацији напрезања, на основу времена и температуре, један фактор ће доминирати, физичка релаксација се примећује на ниским температурама, одмах након датог напрезања, што доводи до престројавања ланца и промене гуме-пунила и пунила- пунила, а релаксација система за уклањање напона је реверзибилна.На вишим температурама, хемијски састав одређује брзину релаксације, када су физички процеси већ мали и хемијска релаксација је неповратна, што доводи до кидања ланца и реакција умрежавања.Циклус температуре или нагла повећања температуре могу утицати на опуштање напрезања у еластомерима.Током ЦСР теста, испитни узорак се поставља
Током ЦСР тестирања, релаксација напрезања се повећава када се узорак за испитивање подвргне повишеним температурама.Ако се релаксација стреса догоди рано у тесту, количина додатног опуштања се прво повећава и има максималну вредност током првог циклуса.У затезном великом испитном комаду за производњу узорака заптивки (19 мм спољашњег пречника, унутрашњег пречника 15 мм), са еластичним причвршћењем ће бити компримовани на узорак до дебљине на собној температури од 25%, а на 25 ℃ у комору за испитивање животне средине, температура на 25 ℃ да се одржи 24 сата, а затим до -20 ℃, одржавана 24 сата, након чега следи следећа температура између -20 ~ 110 ℃ циклус од 24 сата, целокупно време испитивања на испитној температури, температура испитивања, континуирана сила одлучност.Мерење силе се врши непрекидно током времена испитивања на испитној температури.
7. Утицај садржаја етилена
7.1 Садржај етилена има највећи утицај на перформансе ЕПДМ полимера при ниским температурама.Полимери са садржајем етилена у распону од 48% до 72% су процењени под висококвалитетним заптивним формулацијама.Сви имају за циљ да смање варијације у Мунијевом вискозитету увођењем ЕНБ у ове различите полимере.
ЕПДМ гума је аморфна ако је однос етилен/пропилен једнак и дистрибуција два мономера у полимерном ланцу је насумична.ЕПДМ са 48% и 54% садржаја етилена не кристалише на или изнад собне температуре.Када садржај етилена достигне 65%, етиленске секвенце почињу да се повећавају у броју и дужини и могу да формирају кристале, који се примећују у врховима кристализације на ДСЦ кривинама око 40°Ц.Што су ДСЦ врхови већи, то су већи кристали који се формирају.
7.2 Поред утицаја садржаја етилена на својства ниских температура о којима се говори касније, величина кристалита утиче на лакоћу мешања и обраде једињења која садрже кристале.Што је већа величина кристалита, потребно је више топлоте и рада на смицање у фази мешања да би се полимер потпуно помешао са осталим компонентама.Чврстоћа сирове гуме ЕПДМ једињења се повећава са повећањем садржаја етилена.У формулацијама за заптивање где је мерен ефекат садржаја етилена, повећање садржаја етилена са 50% на 68% резултирало је најмање четири пута повећањем чврстоће гуме.Тврдоћа на собној температури се такође повећава са повећањем садржаја етилена.Тврдоћа по Схоре А аморфног полимерног лепка је 63°, док је Схоре А тврдоћа полимера са највећим садржајем етилена 79°.Ово је због повећања секвенце етилена, повећања кристализације у лепку и одговарајућег повећања термопластичних полимера.
7.3 Када се тврдоћа мери на ниским температурама, за разлику од полимера са високим садржајем етилена, аморфни полимери показују мању промену тврдоће, док промена тврдоће са већим садржајем етилена не показује линеарни образац и тврдоћа остаје висока. на собној температури, тако да полимери који садрже већи садржај етилена и даље имају највећу тврдоћу на ниским температурама.
7.4 Сет компресије у великој мери зависи од температуре испитивања.Ако се тестира на 175°Ц, нема разлике у компресији између било ког полимера (на сет утиче дизајн једињења и избор система за вулканизацију).Након топљења кристала етилена, полимер показује аморфну форму, а да би се испитао утицај садржаја етилена, испитивања су рађена на 23°Ц.Полимери са већим садржајем етилена очигледно имају већу трајну деформацију (више него двоструко већу), а ефекат садржаја етилена је још већи када се тестира на -20°Ц и -40°Ц.Полимери са више од 60% садржаја етилена имају високу трајну деформацију (>80%);на -40°Ц, само потпуно аморфни полимери имају ниску трајну деформацију (17%).
7.5 Утицај садржаја етилена на очвршћавање при ниским температурама из Гехманових тестова.С обзиром на температуру, што је већи угао, то је мање повећање крутости (или повећање модула).На ниским температурама, модул крутости се значајно повећава са повећањем садржаја етилена.За аморфне полимере, Т2 је -47°Ц, док полимер са највећим садржајем етилена има Т2 од само -16°Ц.
7.6ТР Мерење опоравка узорака од скупљања након продуженог замрзавања, садржај етилена има значајан утицај на методу испитивања, која је опет слична Гехман тесту.
Ово је слично Гехман тесту.Скупљање (%) различитих полимера варира у зависности од температуре, при чему аморфни полимери имају највећи опоравак од скупљања на ниским температурама;међутим, као што је предвиђено, опоравак се погоршава како се садржај етилена повећава на датој температури.
опоравак се погоршава.Вредност ТР10 варира од -53°Ц за аморфне полимере до -28°Ц за полимере са високим садржајем етилена.
7.7 Циклус опуштања компресивног напрезања (ЦСР).
Циклус.Компримујте једињења, оставите их да се опусте на 25°Ц током 24 х, а затим их ставите у циклус температура у распону од -20°Ц до 110°Ц повремено током 24 х.Када се први пут компримује, након периода равнотеже, кристални полимер Е има већи губитак напрезања од аморфног полимера, а када се спусти на -20°Ц сила заптивања два полимера опада, док аморфни полимер А има високо задржавање стреса (већи Ф/Ф0).Загревање једињења на 110°Ц вратило је његову заптивну силу, а када се вратила на -20°Ц, преостала сила заптивања кристалног полимера је била мања од 20% његове вредности, што се генерално сматра прениским за већину примена, при чему аморфни полимер задржава више од 50% своје заптивне силе, а аморфни полимер опет има већи опоравак од кристалног полимера.Следећи циклус је донео сличне закључке.Јасно је да су аморфни полимери супериорни за апликације заптивања где су потребне перформансе на високим и ниским температурама.
8. Ефекат садржаја диолефина
Да би се обезбедила незасићена тачка потребна за вулканизацију, некоњуговани диолефини као што су ЕНБ, ХКС и ДЦПД се додају полимерима етилен пропилена.Једна двострука веза реагује у полимерној матрици, док друга делује као допуна полимеризованом молекулском ланцу и обезбеђује тачку вулканизације за сумпор жуту вулканизацију.Ефекат ЕНБ је процењен на профилима ветробранског стакла (киша).Упоређени су полимери који садрже 2%, 6% и 8% ЕНБ. Додатак ЕНБ је имао значајан утицај на карактеристике вулканизације и густину умрежења.Модул се повећао док је издужење значајно смањено.Тврдоћа се повећала, а компресија се побољшала током пораста температуре.Како се садржај ЕНБ повећава, време угљенисања постаје краће.
ЕНБ је аморфан материјал и када се дода у кичму полимера, ремети кристализацију етиленског дела полимера, тако да се могу добити полимери са истим садржајем етилена, а већи садржај ЕНБ побољшава својства при ниским температурама. .На собној температури, већи садржај ЕНБ благо побољшава компресију због побољшане густине попречне везе.Међутим, при ниским температурама, компресијски склоп полимера са већим садржајем ЕНБ је знатно бољи од оног код полимера са 2% садржаја ЕНБ.Ефекат садржаја ЕНБ на температуру ломљивости, температурно повлачење и Гехманов тест није показао никакву значајну разлику у температури ломљивости између полимера уопште, а за Гехманов тест и ТР тест, сваки полимер је показао побољшање својстава на ниским температурама са повећање ЕНБ садржаја.
9. Утицај Мунијеве вискозности на својства при ниским температурама
Добро је познато да Муни вискозитет (молекулска маса) има значајан утицај на процесно понашање еластомера.У применама екструзије и ливења У применама екструзије и ливења, важно је одабрати једињење са одговарајућом вредношћу Моонеи вискозитета.Користећи исту формулацију која је коришћена за испитивање утицаја трећег мономера, ЕНБ, на својства ниских температура да би се испитао Мунијев вискозитет, упоређени су полимери са Мунијевим вискозитетима од 30, 60 и 80, а Мунијев вискозитет једињења је повећан. како се Мунијев вискозитет коришћених полимера повећавао.Затезна чврстоћа, модул и чврстоћа сирове гуме су порасли са повећањем Мунијевог вискозитета.Утицај Мунијевог вискозитета на нискотемпературна својства ЕПДМ-а није био значајан.Међутим, трајна деформација компресије на собној температури, -20°Ц и -40°Ц расте са повећањем молекулске масе.Међутим, компресија подешена на собној температури, -20°Ц и -40°Ц није се значајно променила са повећањем молекулске масе, док је подешена компресија на повишеним температурама (175°Ц) показала неке промене за веће Мунијеве вискозности ЕПДМ-а. лепкова.
10. Закључак
Садржај етилена и диолефина има значајан утицај на перформансе ЕПДМ еластомера у апликацијама на ниским температурама, при чему се полимери са ниским садржајем етилена добро понашају, а полимери са високим садржајем диолефина се побољшавају због поремећене кристализације етиленског дела полимера.Полимере са ниским садржајем етилена треба користити када перформансе на ниским температурама представљају ограничење.
