Segel Karet Berkinerja Tinggi dalam Kondisi Aplikasi Realistis dengan Bantuan DMA

Pendahuluan

Karet akrilonitril butadiena (NBR, formual struktural pada gambar 1) adalah kopolimer yang dihasilkan oleh polimerisasi monomer akrilonitril dan butadiena. Proses utama yang digunakan untuk memproduksi caoutchouc ini adalah polimerisasi emulsi suhu rendah [1]. Kandungan akrilonitril dari kopolimer biasanya antara 18 dan 50 mol% [1]. NBR umumnya menunjukkan ketahanan yang baik terhadap pelarut nonpolar, ketahanan abrasi yang tinggi, impermeabilitas gas, dan ketahanan suhu yang baik. Akibatnya, mereka banyak digunakan dalam pembuatan berbagai produk karet tahan minyak, seperti bellow, gasket dan segel lainnya, sarung tangan karet, sol tahan minyak, selimut pencetakan, dll., Dan telah menjadi bahan elastis yang sangat diperlukan dalam industri otomotif, penerbangan, perminyakan, pengemasan, makanan, percetakan, dan industri lainnya [2].

Beberapa produk NBR mengalami SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan konstan dan suhu tinggi selama layanan. Oleh karena itu, pengetahuan tentang set RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi dan deformasi - baik set tegangan maupun kompresi - penting bagi pelanggan selama desain produk. Ketika suatu bahan digunakan di bawah SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan konstan, respons bahan dapat menjadi tidak dapat diubah dalam skala waktu yang lebih lama dan / atau suhu yang lebih tinggi. Hal ini dapat mengakibatkan deformasi material yang tidak nol dan permanen setelah SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan dihilangkan. Bagian yang tidak dapat dipulihkan ini merupakan faktor penting dalam menentukan penerapan bahan karet tertentu. Ada beberapa standar internasional dan standar Cina untuk menguji sifat RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi dan deformasi yang relevan dari elastomer, seperti ASTM D395, GB/T 7759.1, GB/T 7759.2, dan GB/T 1683.

Namun, informasi tentang kinerja material untuk sifat-sifat ini juga dapat diperoleh dengan NETZSCH DMA 303 Eplexor^® dengan mensimulasikan perilaku material dalam kondisi yang relevan dengan aplikasi.

Pengukuran Relaksasi dan Kompresi padaNBR Saat Diterima dan Pasca Vulkanisasi

Dua sampel NBR yang berbeda diukur dalam mode kompresi dengan DMA 303 Eplexor^®® menggunakan tempat sampel baja kompresi dan pushrod yang sesuai, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2. Salah satunya adalah sampel NBR yang baru diterima yang menjalani proses vulkanisasi primer pada suhu 170°C di udara statis, dan yang lainnya adalah sampel NBR pasca vulkanisasi yang selanjutnya dipanaskan pada suhu 170°C selama 2 jam dalam oven di udara statis. Diameter sampel adalah 5,18 mm dan 5,22 mm untuk sampel NBR yang baru diterima dan sampel NBR pasca vulkanisasi. Ketinggian sampel ditentukan oleh fitur deteksi panjang otomatis dari DMA 303 Eplexor^®.

Percobaan dilakukan dengan menggunakan prosedur enam segmen berikut ini:

1. Gaya statis sebesar 0,05 N diterapkan untuk memastikan kontak dengan sampel selama stabilisasi IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal pada suhu 25°C selama 5 menit. Pada akhir segmen, ketebalan awal, _L0, diukur.
2. Suhu kemudian dinaikkan menjadi 100°C dengan laju pemanasan 10 K ^min-1.
3. Untuk menstabilkan suhu dan memungkinkan seluruh sampel untuk menyeimbangkan pada suhu 100°C, suhu ditahan selama 5 menit sebelum langkah berikutnya.
4. Target SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan statis sebesar 25% berdasarkan panjang yang diukur pada akhir segmen sebelumnya diterapkan. Regangan dipertahankan konstan pada suhu ini selama 60 menit dan peluruhan gaya serta modulus RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi diamati sebagai fungsi waktu di sepanjang segmen.
5. Gaya yang diberikan dikurangi menjadi 0,05 N dan kemudian didinginkan kembali hingga 25°C pada 10 ^Kmin-1.
6. Suhu dipertahankan konstan pada 25°C selama 20 menit untuk menstabilkan suhu dan memungkinkan sampel untuk sepenuhnya setimbang pada suhu yang diberikan. Pada akhir segmen, panjang sampel, _L1, diukur lagi dan SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan residual non-reversibel, ε = (_L1 - _L0) _/ L0, ditentukan.

Eksperimental

Panjang sampel yang diukur pada akhir segmen pertama adalah _L0 = 7,722 mm. Setelah menerapkan SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan statis sebesar -25% pada awal segmen IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal pada suhu 100°C, gaya statis menurun dari nilai maksimum 24,97 N menjadi 20,41 N setelah satu jam. Sejalan dengan itu, modulus RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi menurun dari 4,77 MPa menjadi 3,87 MPa. Pada akhir pengukuran, spesimen memiliki panjang _L1 = 7,464 mm. Hal ini sesuai dengan SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan sisa sebesar ε = -3,34% setelah satu jam.

Untuk sampel NBR pasca vulkanisir, panjang _L0 = 7,638 mm diukur sebelum dimulainya segmen pemanasan. Regangan statis -25% membutuhkan gaya awal 21,41 N, yang berkurang menjadi 17,10 N setelah 1 jam pada suhu 100°C. Modulus RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi menurun dari nilai awal 4,06 MPa menjadi 3,19 MPa selama segmen IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal. Pada akhir percobaan, panjang spesimen _L1 = 7,509 mm diukur. Oleh karena itu, SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan sisa yang dihitung dalam kasus ini adalah ε = -1,69%.

Hasil Pengukuran

Sementara NBR as-received masih menunjukkan SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan sisa sebesar -3,34%, sampel NBR pasca vulkanisasi hanya menunjukkan nilai -1,69%. Hal ini menunjukkan pengaruh drastis dari perlakuan proses pasca vulkanisasi pada NBR yang ditandai dengan berkurangnya SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan sisa sekitar 50,6% dibandingkan dengan kondisi as-received. Dari sudut pandang mikrostruktural, perbedaan regangan sisa dapat dijelaskan oleh tingkat ikatan silang kimia antarmolekul yang lebih tinggi dari rantai polimer untuk sampel NBR pasca-vulkanisasi. Akibatnya, mobilitas dan kemampuannya untuk mengalami perubahan konfigurasi pada suhu tinggi dan/atau dalam skala waktu yang lebih lama berkurang secara drastis. Karena aliran kental yang tidak dapat dipulihkan membutuhkan pergerakan rantai polimer utama ke dalam konfigurasi metastabil baru, peningkatan derajat ikatan silang kimiawi mengurangi kemungkinan perubahan konfigurasi selama deformasi sampel. Perubahan mikrostruktur yang tidak dapat dipulihkan tercermin pada skala makroskopis oleh pengurangan gaya selama segmen RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasiIsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal seperti yang ditunjukkan pada gambar 3 dan 4.

Bagi perancang produk, keuntungan dari elastomer pasca vulkanisasi adalah bahwa mereka dapat mengharapkan lebih sedikit perubahan fisik dan kimiawi dalam produk mereka selama masa pakai, seperti regangan sisa yang ditunjukkan di sini. Hal ini memungkinkan mereka untuk menyesuaikan produk akhir mereka lebih dekat dengan aplikasi material.

Kesimpulan

Selain itu, dibandingkan dengan eksperimen set RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi dan kompresi yang dilakukan sesuai dengan beberapa standar internasional, analisis mekanis dinamis juga memungkinkan pengamatan in-situ terhadap pengurangan gaya selama regangan konstan. Hal ini dapat memberikan informasi tambahan kepada perancang produk tentang perilaku material mereka dalam pelayanan.