Меню
Назад » »

Эластомеры: ключевые термины для определения свойств

  • 5.0 Рейтинг
  • 71 Просмотр
  • 2019-01-31 2019-02-07

Эластомеры - это тип полимеров. Группы эластомеров отделены от других полимеров в зависимости от молекулярных сил, которые придают эластомерам их эластичность. Основное различие между полимером и эластомером состоит в том, что полимер - это любая большая молекула, которая состоит из небольших звеньев, называемых мономерами, тогда как эластомер - это особый тип полимера, который обладает упругими свойствами.

Уплотнители из термопластичного эластомера TPE-S

Химические свойства эластомеров

Все типы эластомеров подвержены химическому воздействию различной степени. Совместимость каучука в конкретной среде зависит как от структуры полимера, так и от способа его приготовления. Химическая несовместимость может оказывать различное влияние на резиновые смеси в зависимости от точной формы химической атаки, причем эти эффекты усиливаются или ускоряются при повышенных температурах. Физические эффекты можно рассматривать как: 

  • охрупчивание и отверждение;
  • размягчение и липкость;
  • набухание;
  • потеря объема.

Набухание. Наиболее распространенным эффектом является набухание - либо из-за эффекта растворимости, либо из-за химического воздействия, приводящего к изменению полярности эластомера. Хотя увеличение объема может быть обратимым, влияние на полимер может и не быть.

Охрупчивание и отверждение указывают на дополнительное соединение, а размягчение указывает на деградацию сети полимер / соединения. Потеря объема чаще всего связана с малым кол-вом пластификаторов и технологических добавок, в результате чего получается менее гибкий материал.

Коэффициент теплового расширения

Все материалы (за исключением очень небольшого числа исключений) расширяются с повышением температуры. Степень расширения любого материала характерна для этого материала. Значение выражается в единицах линейного или объемного расширения, которое происходит с каждой единицей длины или объема для каждой степени повышения температуры. Например: Тепловой коэффициент расширения (термопластичного эластомера TPE): 130 x 10-6.

Компрессионные свойства

Компрессионный набор - Мера эластичности материала после длительного воздействия сжатия, либо в условиях окружающей среды, либо при воздействии повышенных температур. Набор для сжатия часто используется в качестве меры состояния отверждения или прочности связей; он широко цитируется для применений с уплотнениями как попытка связать характеристики материала с предотвращением утечек, где требуется восстановление формы уплотнения после искажения. Физические и химические изменения, которые могут произойти с эластомером при повышенных температурах, могут помешать эластомеру полностью восстановить свою первоначальную форму при удалении приложенной деформации сжатия - результат известен как «набор» и количественно определяется как процентная потеря формы по сравнению с исходными размерами. ASTM D395 определяет два разных метода испытаний (A и B). Метод А не часто указывается, но относится к постоянной нагрузке. Метод B является наиболее распространенным методом, когда образец с определенными размерами сжимается до фиксированного прогиба, после воздействия повышенных температур образец удаляется из прибора и ему дают возможность отдохнуть в условиях окружающей среды до измерения окончательных размеров. Другой менее часто используемый вариант этого теста находится в стандарте ISO 815, где образцы могут охлаждаться, пока они находятся под сжатием.

Релаксация напряжения сжатия -  Эластомеры представляют собой вязкоупругие материалы, которые по существу ведут себя как упругое твердое вещество и как вязкая жидкость. Постоянная деформация эластомера может привести к внутренним структурным изменениям, которые, в свою очередь, могут изменить характеристики деформации материала под нагрузкой. При сжатии энергия накапливается и рассеивается материалом, т.е. возникают как упругие, так и вязкие эффекты. Следовательно, когда эластомер сжимается, он создает силу реакции (или «силу уплотнения»). Однако со временем накопленная энергия будет уменьшаться, уменьшая начальную силу уплотнения. Это уменьшение силы уплотнения известно как «Релаксация напряжения сжатия» (CSR). CSR иногда называют  сохраняемой силой уплотнения в секторе уплотнителей и прокладок. Это явление может быть ускорено воздействием химических веществ и / или повышенных температур, которые воздействуют на основную цепь полимера или систему поперечной сшивки. CSR измеряется путем сжатия стандартного испытательного образца до постоянной деформации и измерения силы, прилагаемой испытательным образцом через определенные промежутки времени при определенных условиях. Разлагающая сила выражается в процентах от начальной силы противодействия.

Модуль сжатия - Модуль сжатия является важным физическим свойством эластомеров и определяет величину напряжения, которое материал будет проявлять при данном значении деформации сжатия. Тестирование иногда называют тестированием «отклонения нагрузки». Результаты теста в значительной степени зависят от размеров образца из-за эффекта «коэффициента формы» при тестировании 
эластомеров.

«Коэффициент формы» - это отношение площади тестируемого образца к площади образца, который «свободно разбухает»; Следует отметить, что образец с большой площадью поверхности, но с низкой площадью, свободной от выпуклости, будет демонстрировать быстрое увеличение модуля.

Взрывная декомпрессия - Проникновение газа в эластомер под высоким давлением может не привести к какому-либо долговременному эффекту, если давление постепенно сбрасывается, позволяя газу проникать из эластомера. Однако, если давление быстро сбрасывается, сжатый газ может внезапно расширяться, разрушая эластомер катастрофическим образом. Для устранения этого эффекта требуются специфические эластомерные соединения, а составные материалы имеют тенденцию быть очень твердыми.

Трение, износ и истирание

Сопротивление износу резины, когда ее поверхность подвергается механическому воздействию. Он обычно выражается в виде показателя сопротивления истиранию по отношению к стандартной резине и применим ко всем методам.

Трение. Трение можно определить как сопротивление скольжению одного материала по другим. Испытания на трение в отношении эластомеров в основном связаны с оконной и шинной промышленностью и могут быть разделены на две отдельные категории: статические и динамические. Тестирование обычно выполняется с использованием «салазок» из материала, нагруженного дополнительными весами, чтобы создать нормальное усилие. Затем эти сани скользят по поверхности с известной обработкой поверхности. Результирующая сила сопротивления может быть связана обратно с коэффициентом трения (μ), используя формулу F = μR, где F - сила сопротивления, а R - нормальная сила. Этот метод имеет множество недостатков, поскольку эластомеры не полностью соответствуют этому уравнению, но данные могут быть сопоставимы.

Индекс сопротивления истиранию. Выражение сопротивления истиранию, представляющее собой отношение потери объема стандартной резины к потере объема испытуемой резины, определенной в тех же заданных условиях, выраженное в процентах. Тест включает удаление резины с использованием абразивной ткани на вращающемся цилиндре. Потеря объема испытуемой резины рассчитывается из тех же условий испытания, чтобы удалить 200 мг соответствующей стандартной резины.

Твердость

Стойкость поверхности материала к проникновению индентором указанных размеров при указанной нагрузке. Свойство твердости указано для двух распространенных систем (которые не обязательно коррелируют):

IRHD (международные степени твердости резины) - основан на измерении проникновения указанного жесткого шарика в испытательный образец при указанной мертвой нагрузке. Доступна уменьшенная версия этого прибора с мертвой нагрузкой для проведения измерений на небольших сечениях и толщинах IRHD `M`. Для изогнутых поверхностей часто указывается «кажущаяся твердость», так как значения IRHD и Shore A имеют тенденцию быть более изменчивыми при измерении на небольших изогнутых поверхностях, как в случае с уплотнительными кольцами.

Степени твердости по Шору - испытательное оборудование, используемое для измерения твердости, часто называют дюрометрами (тип A или D), и оба используют калиброванную пружину, чтобы воздействовать на указанный индентор для проникновения в образец для испытаний. Шкалы твердости указаны в градусах от 0 (бесконечно мягкие) до 100 (твердые).

Термостойкость и ускоренное старение

Контролируемый износ воздухом при повышенных температурах и атмосферном давлении, после которого измеряются физические свойства и сравниваются с не состаренными образцами для испытаний. Типичными измеряемыми свойствами являются изменения твердости, относительное удлинение при разрыве, предельное растягивающее напряжение и напряжение при различных напряжениях. Термостойкость и ускоренное старение также связаны с «выделением газа», когда эластомер при первоначальном воздействии повышенных температур может терять некоторые технологические масла или фрагменты полимера с низкой молекулярной массой. В некоторых случаях эта потеря полимерных частиц может мешать работе критических компонентов или процессов. Как правило, эту потерю веса можно измерить с помощью термогравиметрического анализа (TGA), часто связанного с дополнительным оборудованием, если необходимо определить конкретные компоненты потери веса.

Низкотемпературное сопротивление

Низкотемпературное сопротивление любого эластомера зависит от температуры стеклования материала (Tg). Это температура, при которой эластомер изменяется от резиноподобного материала к хрупкому материалу. Когда эластомер приближается к температуре стеклования, обычно следует ожидать, что предел прочности при растяжении, твердость, модуль упругости и совокупность сжатия будут все увеличиваться. Tg для любого эластомера в основном зависит от структуры полимера, но может быть слегка изменен при использовании масел. Существует множество методов определения характеристик эластомера при низких температурах.

Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) является наиболее распространенным методом оценки самой области стеклования. Этот метод использует точные измерения изменений энтальпии материалов в заданном диапазоне температур. Анализ этих данных позволяет проводить точные измерения стеклования. Другие тесты фокусируются на большем количестве физических параметров. Например, испытание на отвод температуры (TR) включает погружение растянутого стандартного образца для испытаний в ванну при -70 °C до тех пор, пока оно не станет жестким, затем, позволяя образцу свободно отводиться, и повышение температуры на 1 °C/мин. Температура, при которой испытательный образец отводится на 10% от первоначального растяжения, называется «TR10». Значение, добавленное к TR10, определяет начальное растяжение, например. Тест TR10 / 50 растянет образец на 50%. позволяя образцу свободно отводиться и повышая температуру на 1 °C/мин. Температура, при которой испытательный образец отводится на 10% от первоначального растяжения, называется «TR10». Значение, добавленное к TR10, определяет начальное растяжение, например. Тест TR10 / 50 растянет образец на 50%. позволяя образцу свободно отводиться и повышая температуру на 1 ° C / мин. Температура, при которой испытательный образец отводится на 10% от первоначального растяжения, называется «TR10». Значение, добавленное к TR10, определяет начальное растяжение, например. Тест TR10/50 растянет образец на 50%.

Альтернативный метод описания низкотемпературной жесткости эластомера заключается в применении теста Гемана (ISO1432: 1998). Этот метод испытаний измеряет модуль кручения стандартного образца для испытаний в диапазоне температур. Определены значения относительного модуля при измеренных температурах (относительный модуль при данной температуре представляет собой отношение модуля кручения при этой температуре к модулю кручения при 23 °C). Температура, при которой относительный модуль равен 10, указывается как Т10 или 5 как Т5 и т.д. 

Отход газа

Выделение газа из материала или низкомолекулярных частей материала. Эти газы, вместе с газами на поверхности твердого тела, могут быть выпущены в вакуумную среду для образования видимой утечки. В условиях окружающей среды преобладающими выделенными веществами являются водяной пар и углеводороды. Скорость выделения газа увеличивается при более высоких температурах, что увеличивает скорость проникновения и может инициировать химические реакции в эластомере, которые выделяют другие газы. Вещества, выделяющиеся из газов, могут конденсироваться на поверхностях или вступать в реакцию с технологическими химикатами, которые могут ухудшать рабочие характеристики.

Проницаемость

Проникновение газов или паров через эластомер. Это важное свойство, если эластомер используется для предотвращения утечки газов/паров из камер и т.д. Скорость проникновения определяется типом используемого эластомера и составом конечного соединения (тип наполнителя, пластификаторы и т. Д.). Степень проницаемости обычно снижается, у TPE и силиконовых эластомеров (самая высокая), за которыми следуют NR, EPDM, SBR, CR, NBR, FKM и FFKM, ECO и IIR.

Отверждение перекисью или серой.

Для различных типов эластомеров можно использовать несколько механизмов отверждения, среди которых распространены системы с отверждением серой и системы с отверждением перекисью. В целом, системы с отверждением серой предлагают лучшие исходные механические свойства, но худшие свойства теплового старения а перекисные системы наоборот.

Сжатие

Величина деформации, приложенная к уплотнительному кольцу или уплотнительному профилю, выраженная в процентах от исходного поперечного сечения. Деформация уплотнительного кольца между сопрягаемыми деталями создает эффективное уплотнение. Именно эластичность резины обеспечивает силу уплотнения, «отталкивающую» от сопряженных поверхностей. Увеличение сжатия увеличивает усилие сжимающей нагрузки, создаваемое уплотнением, это может потенциально повредить или деформировать сопрягаемые детали. Сжатие уменьшит величину уплотняющего усилия, создаваемого уплотнительным кольцом с течением времени.

Растяжение

Для обеспечения эффективного уплотнения внутренний диаметр (ID) уплотнительного кольца должен быть меньше диаметра канавки поршня. Это гарантирует, что уплотнительное кольцо слегка растянуто и, следовательно, надежно входит в канавку. Идеальное количество растяжения составляет от 1% до 5%, 2% считается оптимальным в большинстве случаев. Растягивание более 5% не рекомендуется, поскольку это приведет к уменьшению поперечного сечения и может привести к увеличению нагрузки на уплотнительное кольцо, что приведет к ускоренному старению.

Свойства при растяжении

Простое испытание образцов эластомера на растяжение обычно используется для определения прочности материалов. Наиболее распространенное представление в форме инженерной кривой напряжения-деформации; В инженерном напряжении-деформации для расчетов используются исходные размеры, а не фактические размеры во время испытаний (поперечное сечение может не обязательно оставаться постоянным во время испытаний). Типичная инженерная кривая напряжения-деформации из испытания на растяжение показана напротив. 
s = инженерный стресс. 
e = инженерная деформация или относительное удлинение, выраженное  в процентах от первоначальной длины датчика.

Растягивающее напряжение (S или s)

Напряжение, приложенное для удлинения испытательного образца, рассчитывается как сила на единицу площади исходного поперечного сечения испытательной длины. Результаты обычно указываются в МПа.

Удлинение (E или e) - удлинение, выраженное в процентах от первоначальной длины испытания, произведенное на испытательном образце растягивающим напряжением, это называется процентом деформации.

Прочность на растяжение (TS) - максимальное растягивающее напряжение, зарегистрированное при растяжении испытательного образца до предела прочности. Также описывается как «предел прочности на растяжение».

Прочность на растяжение при разрыве (TSb) - растягивающее напряжение, зарегистрированное в момент разрыва / разрушения образца. 

Примечание: значения TS и TSb могут отличаться, если после растяжения удлинение продолжается и сопровождается падением напряжения, в результате чего TSb ниже TS.

Удлинение при разрыве (Eb) - удлинение (выраженное в процентах от первоначальной длины) в точке разрыва.

Удлинение при заданном напряжении (ES) - деформация растяжения в испытательной длине, когда испытываемый образец подвергается определенному растягивающему напряжению.

Модуль или «Напряжение при данном удлинении» (SE) - растягивающее напряжение в испытательной длине при данном удлинении.

Это определение широко упоминается термином «модуль», и следует позаботиться о том, чтобы избежать путаницы с другим использованием термина модуль, например, модуль Юнга, который обозначает наклон линейной кривой напряжения-деформации. Ни модуль Юнга, ни модуль Секанта не применимы к нелинейным материалам и поэтому не используются при обращении к эластомерам.

Плотность энергии деформации (Вт)

Плотность энергии деформации (Вт) - определяется как «проделанная работа» для данной деформации, то есть площади под кривой напряжения-деформации после заданного удлинения.

Прочность на разрыв

Медианное усилие, необходимое для распространения надреза на указанном образце для испытаний путем разрыва, деленное на толщину образца для испытаний. Этот термин указывает на устойчивость к размножению небольшого среза в эластомере. В наиболее распространенном тесте используется метод "Штанина брюк".

Допуски и Допустимые

отклонения размеров или поверхностей в процессе производства. Допуск равен разнице между максимальным и минимальным пределами любого указанного размера. Поскольку металлы твердые и помехи могут помешать их сборке, они обычно допускаются при посадке. Отверстия определяются как размер плюс допустимое отклонение, а валы определяются как размер за вычетом допустимого отклонения. Поскольку эластомерные детали, такие как уплотнители или уплотнительные кольца, являются гибкими и, как правило, предназначены для работы в условиях интерференции (сжатия или растяжения), им обычно дают ± допуск на диаметр и поперечное сечение. Допуски для каждого стандартного размера можно найти в таблицах размеров.

Изменение объема

Степень, в которой материал расширяется или сжимается во время воздействия рабочей среды, является важным фактором, который следует учитывать при любом применении уплотнения. Рабочие жидкости могут впитываться в материал, вызывая его набухание. Рабочие жидкости также могут вымывать ингредиенты в материале, вызывая его уменьшение в объеме, иногда это может произойти; начальный отек с последующей усадкой. Некоторые высокотемпературные и химические среды могут привести к натяжению поперечной структуры, что приведет к уменьшению объема. Измерения объема до и после воздействия выражены в процентах изменения.

Устойчивость к атмосферным воздействиям, озону и ультрафиолету

Воздействие эластомеров на атмосферные воздействия может привести к ухудшению качества продукта, главным образом, из-за воздействия солнечного света, в частности ультрафиолетового (ультрафиолетового) компонента светового спектра. Ультрафиолетовый свет обладает эффектом разрыва основной полимерной цепи, что приводит к быстрой деградации эластомера. Эта деградация проявляется в виде поверхностных трещин, часто называемых растрескиванием, и может позволить проникновению воды вымываться растворимыми компонентами, а также приводить к разрушению уплотнения. Эта форма атаки наиболее заметна в материалах, которые имеют ненасыщенность (углерод-углеродные двойные связи) в основной цепи полимера, и ускоряется при напряжении материала (химическая атака, вызванная напряжением). Чтобы бороться с этим, В композицию могут быть введены химические УФ-стабилизаторы, и сажа обычно считается одной из наиболее эффективных систем защиты от УФ-излучения для использования с эластомерами. Аналогичным образом, озон (мощный окислитель) может разлагать эластомерные компоненты аналогично ультрафиолету. Использование антиозонантов и тщательный выбор эластомеров (насыщенных полимеров) могут значительно уменьшить/устранить эту проблему. TM POLI - ведущий производитель высокоэффективных эластомерных уплотнителей и компонентов для бытовых и особых применений решает эту проблему с использованием полимеров - высокоэффективного термопластичного эластомера TPE-S, а так же с помощью собственных рецептур.

Похожие материалы