Introduzione
La gomma acrilonitrile-butadiene (NBR, forma strutturale in figura 1) è un copolimero prodotto dalla Polimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione di monomeri di acrilonitrile e butadiene. Il processo principale utilizzato per la produzione di questo caucciù è la Polimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione in emulsione a bassa temperatura [1]. Il contenuto di acrilonitrile nei copolimeri è tipicamente compreso tra il 18 e il 50 mol.-% [1]. Gli NBR mostrano generalmente una buona resistenza ai solventi non polari, un'elevata resistenza all'abrasione, impermeabilità ai gas e buona resistenza alla temperatura. Di conseguenza, sono ampiamente utilizzati nella fabbricazione di vari prodotti in gomma resistenti all'olio, come soffietti, guarnizioni e altre tenute, guanti di gomma, suole resistenti all'olio, coperte da stampa, ecc. e sono diventati un materiale elastico indispensabile nei settori automobilistico, aeronautico, petrolifero, dell'imballaggio, alimentare, della stampa e altri [2].
Alcuni prodotti NBR sono sottoposti a sollecitazioni costanti e a temperature elevate durante il servizio. Pertanto, la conoscenza del set di RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento e deformazione - sia in tensione che in compressione - è importante per il cliente durante la progettazione del prodotto. Quando un materiale viene utilizzato in condizioni di deformazione costante, la risposta del materiale può diventare irreversibile su scale temporali più lunghe e/o a temperature più elevate. Ciò può comportare una deformazione permanente non nulla del materiale dopo la rimozione della deformazione. Questa parte non reversibile è un fattore importante per determinare l'applicabilità di alcuni materiali in gomma. Esistono diversi standard internazionali e cinesi per testare le proprietà di RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento e deformazione degli elastomeri, come ASTM D395, GB/T 7759.1, GB/T 7759.2 e GB/T 1683.
Tuttavia, le informazioni sulle prestazioni del materiale per queste proprietà possono essere ottenute anche con il sistema NETZSCH DMA 303 Eplexor®, simulando il comportamento del materiale in condizioni rilevanti per l'applicazione.
Misure di rilassamento e set di compressione suNBR come ricevuto e post vulcanizzato
Due diversi campioni di NBR sono stati misurati in modalità di compressione con il DMA 303 Eplexor®® utilizzando il portacampioni in acciaio e l'asta di spinta appropriati, come mostrato in figura 2. Uno è un campione di NBR ricevuto che ha subito un processo di vulcanizzazione primaria a 170°C in aria statica, l'altro è un campione di NBR post-vulcanizzato che è stato ulteriormente trattato termicamente a 170°C per 2 ore in un forno in aria statica. Il diametro dei campioni era di 5,18 mm e 5,22 mm rispettivamente per i campioni di NBR tal quale e post-vulcanizzati. L'altezza del campione è stata determinata dalla funzione di rilevamento automatico della lunghezza del DMA 303 Eplexor®.
L'esperimento è stato eseguito con la seguente procedura a sei segmenti:
- È stata applicata una forza statica di 0,05 N per garantire il contatto con il campione durante la stabilizzazione isotermica a 25°C per 5 minuti. Alla fine del segmento, è stato misurato lo spessore iniziale, L0.
- La temperatura è stata quindi portata a 100°C con una velocità di riscaldamento di 10 K min-1.
- Per stabilizzare la temperatura e consentire all'intero campione di equilibrarsi a 100°C, la temperatura è stata mantenuta per 5 minuti prima della fase successiva.
- È stata applicata una deformazione statica target del 25% basata sulla lunghezza misurata alla fine del segmento precedente. La deformazione è stata mantenuta costante a questa temperatura per 60 minuti e il decadimento della forza e il modulo di RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento sono stati osservati in funzione del tempo per tutto il segmento.
- La forza applicata è stata ridotta ai precedenti 0,05 N e quindi raffreddata di nuovo a 25°C a 10 Kmin-1.
- La temperatura è stata mantenuta costante a 25°C per 20 minuti per stabilizzare la temperatura e consentire al campione di equilibrarsi completamente alla temperatura data. Alla fine del segmento, è stata misurata nuovamente la lunghezza del campione,L1, ed è stata determinata la deformazione residua non reversibile, ε = (L1 - L0)/L0.
Sperimentale
La lunghezza del campione misurata alla fine del primo segmento è L0 = 7,722 mm. Dopo aver applicato una deformazione statica del -25% all'inizio del segmento IsotermicoI test a temperatura controllata e costante sono detti isotermici.isotermico a 100°C, la forza statica diminuisce dal valore massimo di 24,97 N a 20,41 N dopo un'ora. Corrispondentemente, il modulo di RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento diminuisce da 4,77 MPa a 3,87 MPa. Al termine della misurazione, il provino ha una lunghezza diL1 = 7,464 mm. Ciò corrisponde a una deformazione residua di ε = -3,34% dopo un'ora.
Per il campione NBR post-vulcanizzato, è stata misurata una lunghezza di L0 = 7,638 mm prima dell'inizio del segmento di riscaldamento. La deformazione statica del -25% richiede una forza iniziale di 21,41 N, che diminuisce a 17,10 N dopo 1 h a 100°C. Il modulo di RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento diminuisce da un valore iniziale di 4,06 MPa a 3,19 MPa durante il segmento IsotermicoI test a temperatura controllata e costante sono detti isotermici.isotermico. Alla fine dell'esperimento, è stata misurata una lunghezza del provino diL1 = 7,509 mm. Pertanto, la deformazione residua calcolata in questo caso è ε = -1,69%.
Risultati della misurazione
Mentre l'NBR tal quale mostra ancora una deformazione residua di -3,34%, il campione di NBR post-vulcanizzato mostra solo un valore di -1,69%. Ciò dimostra una drastica influenza del trattamento di post-vulcanizzazione sull'NBR, evidenziata dalla riduzione della deformazione residua di circa il 50,6% rispetto allo stato as-received. Da un punto di vista microstrutturale, la differenza di deformazione residua può essere spiegata dal maggior grado di reticolazione chimica intermolecolare delle catene polimeriche nel campione NBR post-vulcanizzato. Di conseguenza, la loro mobilità e capacità di subire cambiamenti configurazionali a temperature elevate e/o su scale temporali più lunghe è drasticamente ridotta. Poiché il flusso irreversibile e viscoso richiede il movimento delle catene polimeriche principali in nuove configurazioni metastabili, l'aumento del grado di reticolazione chimica riduce le possibilità di cambiamenti configurazionali durante la deformazione del campione. I cambiamenti microstrutturali irreversibili si riflettono sulla scala macroscopica con la riduzione della forza durante il segmento di RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento IsotermicoI test a temperatura controllata e costante sono detti isotermici.isotermico, come illustrato nelle figure 3 e 4.
Per i progettisti di prodotti, il vantaggio della post-vulcanizzazione degli elastomeri è che possono aspettarsi meno cambiamenti fisici e chimici nel prodotto durante il servizio, come la deformazione residua mostrata qui. Ciò consente di adattare maggiormente il prodotto finale all'applicazione del materiale.
Conclusione
Inoltre, rispetto agli esperimenti di RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento e compressione effettuati in conformità a diversi standard internazionali, l'analisi meccanica dinamica consente anche di osservare in situ la riduzione della forza durante la deformazione costante. Ciò può fornire al progettista del prodotto ulteriori informazioni sul comportamento del materiale in servizio.