نظرة عامة
يستخدم مطاط EPDM (مونومر الإيثيلين-البروبيلين-الديين) على نطاق واسع في صناعة موانع التسرب للسيارات، وأشرطة العزل المانعة لتسرب الهواء، والخراطيم، والأحزمة، وأغشية التسقيف، وعزل الأسلاك، وذلك بفضل مقاومته الممتازة للأوزون والحرارة والعوامل الجوية. وعلى عكس أنواع المطاط الدييني (NR، SBR)، يمكن معالجة مطاط EPDM بالكبريت أو البيروكسيد، إلا أن المعالجة بالبيروكسيد توفر خصائص فائقة في مقاومة الشيخوخة الحرارية والانضغاط.
يتجاوز حجم سوق EPDM العالمي 1.4 مليون طن سنويًا، حيث يمثل مطاط EPDM المعالج بالبيروكسيد حوالي 40٪ من إجمالي الاستهلاك، لا سيما في تطبيقات السيارات والتطبيقات الصناعية التي تتطلب عمرًا تشغيليًا طويلًا في درجات حرارة مرتفعة.
الآلية الكيميائية
يتضمن التشابك بالبيروكسيد لـ EPDM ثلاث خطوات رئيسية:
- التحلل: يتحلل بيروكسيد الديكوميل (DCP) حرارياً عند 150-180 درجة مئوية لتوليد جذور الكوميلوكسي، التي تخضع لانشقاق β لتشكيل جذور الميثيل
- استخلاص الهيدروجين: تستخلص جذور الميثيل ذرات الهيدروجين من الهيكل الأساسي للبوليمر، مما يؤدي إلى تكوين جذور ماكرو بوليمرية
- تشكيل الروابط المتشابكة: تتحد جذرتان كبيرتان لتشكيل رابطة متشابكة كربون-كربون (رابطة C-C)، وهي أكثر استقرارًا حراريًا من الروابط المتشابكة الكبريتية (روابط C-S أو S-S)
يوفر مكون الديين في مادة EPDM (عادةً ما يكون ENB — 5-إيثيليدين-2-نوربورنين، أو DCPD — ديسيكلوبنتاديين) ذرات هيدروجين أليلية يسهل استخلاصها، مما يسهل عملية التشابك. يُعد ENB-EPDM أسهل في الترابط المتقاطع بالبيروكسيد مقارنةً بـ DCPD-EPDM.
توصيات المنتجات
| المنتج | الاسم الكيميائي | رقم CAS | نسبة الأكسجين النشط (%) | الأفضل لـ |
|---|---|---|---|---|
| بيرودوكس DCP | بيروكسيد الديكوميل | 80-43-3 | 5.92 | معالجة EPDM القياسية، للأغراض العامة |
| بيرودوكس 14S | DCP على حامل من السيليكا (40%) | 80-43-3 | 2.37 | معالجة خالية من الغبار، تشتت محسّن |
| بيرودوكس BIPB | بيس(تيرت-بوتيل بيروكسي إيزوبروبيل) بنزين | 2212-81-9 | 9.45 | EPDM منخفض الرائحة، مقصورات السيارات الداخلية |
| بيرودوكس 101 | 2,5-ثنائي ميثيل-2,5-ثنائي (تيرت-بوتيل بيروكسي) هكسان | 78-63-7 | 11.02 | EPDM عالي الحرارة، خلطات البيروكسيد |
| بيرودوكس 14-40B | DCP بنسبة 40% على حامل مرتبط بالبوليمر | 80-43-3 | 2.37 | إسفنج/رغوة EPDM، إطلاق غاز متحكم فيه |
مقارنة: الفلكنة بالبيروكسيد مقابل الفلكنة بالكبريت لمادة EPDM
| الخاصية | البيروكسيد (DCP) | نظام الكبريت |
|---|---|---|
| نوع الرابطة المتشابكة | C-C (مستقر حرارياً) | C-S، S-S (أقل استقرارًا) |
| أقصى درجة حرارة تشغيل | 150-175 درجة مئوية | 120-150 درجة مئوية |
| معدل الانضغاط (70 ساعة/150 درجة مئوية) | 15-25% | 35-50 |
| الشيخوخة الحرارية (168 ساعة/150 درجة مئوية) | ممتاز | جيد |
| مقاومة التمزق | متوسطة | جيد |
| قوة الشد | متوسطة | عالية |
| ثبات اللون | ممتاز (أبيض/فاتح) | ضعيفة (تكوّن طبقة كبريتية) |
| الرائحة | DCP: ملحوظ؛ BIPB: ضئيل | رائحة الكبريت |
| التكلفة | أعلى | أقل |
دراسة حالة: تحسين أداء أشرطة العزل في صناعة السيارات
كان أحد موردي أنظمة العزل للسيارات يعاني من فشل مبكر في مقاومة الانضغاط في أشرطة العزل المصنوعة من مادة EPDM بعد 500 ساعة عند درجة حرارة 125 درجة مئوية، مما أدى إلى عدم الامتثال لمواصفات الشركة المصنعة للمعدات الأصلية (VW TL 52345 التي تتطلب انخفاضًا بنسبة أقل من 40% بعد 1000 ساعة عند 125 درجة مئوية). ولم يستطع مركب EPDM المعالج بالكبريت الذي يستخدمه المورد تلبية المتطلبات الحرارية.
الحل: أوصت شركة Do Sender Chem بالتحول إلى نظام بيروكسيد Perodox BIPB (منخفض الرائحة) مع عامل مساعد TMPTA (ثلاثي أكريلات تريميثيلولبروبان) بنسبة 3 phr. وكانت التركيبة كالتالي: EPDM (70:30 ENB/DCPD)، 5 phr من BIPB، 3 phr من TMPTA، 80 phr من أسود الكربون N550، 70 phr من الزيت البارافيني.
النتائج:
- الانضغاط بعد 1000 ساعة عند 125 درجة مئوية: 22% (مقارنة بـ 48% مع نظام الكبريت)
- الاحتفاظ بالخصائص بعد الشيخوخة الحرارية: 95% من قوة الشد (مقارنة بـ 75%)
- اجتاز مواصفات VW TL 52345
- لم يتم الكشف عن رائحة البيروكسيد في اختبارات المقصورة الداخلية للسيارة
دليل اختيار العوامل المساعدة
تعمل العوامل المساعدة على تحسين كثافة الروابط المتشابكة والخصائص الفيزيائية بشكل كبير عند استخدامها مع البيروكسيدات: TMPTA (ثلاثي أكريلات تريميثيلول بروبان) — الأفضل بشكل عام، يحسن الصلابة والمعامل؛ TAC (سيانورات الترياليلي) — ممتاز للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية؛ ZDA (دي أكريلات الزنك) — يحسن الالتصاق بالمعادن ومقاومة التمزق؛ م-فينيلين بيسمالييميد — أعلى كثافة للروابط المتشابكة ولكنه قد يقلل من الاستطالة. تتراوح الكمية المثلى للعوامل المساعدة عادةً بين 1 و5 جزء في المائة. يمكن لفريقنا الفني أن يوصي بالتركيبة المثالية من البيروكسيد والعوامل المساعدة التي تناسب درجة EPDM الخاصة بك وتطبيقك المحدد.