ภาพรวม
ยาง EPDM (เอทิลีน-โพรพิลีน-ไดอีน โมโนเมอร์) ถูกใช้อย่างแพร่หลายในซีลรถยนต์, แถบกันลม, ท่อ, สายพาน, ฟิล์มกันน้ำสำหรับหลังคา และฉนวนสายไฟ เนื่องจากมีความต้านทานต่อโอโซน ความร้อน และการเสื่อมสภาพจากสภาพอากาศได้อย่างยอดเยี่ยม ต่างจากยางไดอีน (NR, SBR) EPDM สามารถผ่านกระบวนการวัลคาไนซ์ได้ทั้งด้วยระบบกำมะถันและระบบเปอร์ออกไซด์ แต่การวัลคาไนซ์ด้วยระบบเปอร์ออกไซด์ให้คุณสมบัติต้านทานการเสื่อมสภาพจากความร้อนและการคืนตัวหลังการบีบอัดที่ดีกว่า
ตลาด EPDM ทั่วโลกมีปริมาณมากกว่า 1.4 ล้านตันต่อปี โดย EPDM ที่ผ่านกระบวนการวัลคาไนซ์ด้วยระบบเปอร์ออกไซด์คิดเป็นประมาณ 40% ของการบริโภคทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอปพลิเคชันด้านยานยนต์และอุตสาหกรรมที่ต้องการอายุการใช้งานที่ยาวนานในอุณหภูมิสูง
กลไกทางเคมี
การเชื่อมโยงข้ามของ EPDM ด้วยเปอร์ออกไซด์ประกอบด้วยสามขั้นตอนหลัก:
- การสลายตัว: Dicumyl peroxide (DCP) สลายตัวทางความร้อนที่อุณหภูมิ 150-180°C เพื่อสร้าง radical cumyloxy ซึ่งเกิดการสลายตัวแบบ β เพื่อสร้าง radical methyl
- การดึงไฮโดรเจน: รากฟรีเมทิลดึงอะตอมไฮโดรเจนออกจากโครงหลักของโพลิเมอร์ ทำให้เกิดรากฟรีมาโครของโพลิเมอร์
- การก่อตัวของพันธะข้าม: แมโครเรดิคัลสองตัวรวมตัวกันเพื่อสร้างพันธะข้ามคาร์บอน-คาร์บอน (พันธะ C-C) ซึ่งมีความเสถียรทางความร้อนสูงกว่าพันธะข้ามกำมะถัน (พันธะ C-S หรือ S-S)
ส่วนไดอีนใน EPDM (โดยทั่วไปคือ ENB — 5-เอทิลิเดน-2-นอร์บอร์นีน หรือ DCPD — ไดไซโคลเพนตาไดอีน) ให้ไฮโดรเจนแบบอัลลิลิกที่ถูกดึงออกได้ง่ายกว่า ซึ่งช่วยส่งเสริมการเกิดพันธะข้าม ENB-EPDM มีกระบวนการสร้างพันธะข้ามด้วยเปอร์ออกไซด์ที่ง่ายกว่า DCPD-EPDM
คำแนะนำเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์
| ผลิตภัณฑ์ | ชื่อทางเคมี | หมายเลข CAS | เปอร์เซ็นต์ออกซิเจนที่ใช้งานได้ | เหมาะที่สุดสำหรับ |
|---|---|---|---|---|
| เพอร์ออกซิด DCP | ไดคูมิลเปอร์ออกไซด์ | 80-43-3 | 5.92 | การบ่ม EPDM มาตรฐาน, วัตถุประสงค์ทั่วไป |
| เพอร์ออกไซด์ 14S | DCP บนตัวรองรับซิลิกา (40%) | 80-43-3 | 2.37 | การจัดการแบบปราศจากฝุ่น, การกระจายตัวที่ดีขึ้น |
| Perodox BIPB | Bis(tert-butylperoxyisopropyl)benzene | 2212-81-9 | 9.45 | EPDM กลิ่นน้อย, ภายในรถยนต์ |
| Perodox 101 | 2,5-ไดเมทิล-2,5-ได(เทอร์ต-บิวทิลเพอร์ออกซี)เฮกเซน | 78-63-7 | 11.02 | EPDM ทนอุณหภูมิสูง, ส่วนผสมเปอร์ออกไซด์ |
| Perodox 14-40B | DCP 40% บนตัวพาที่ผูกกับโพลิเมอร์ | 80-43-3 | 2.37 | EPDM dạngฟอง/ฟองสปันจ์, การปล่อยก๊าซแบบควบคุม |
การเปรียบเทียบ: การวัลคาไนซ์ด้วยเปอร์ออกไซด์เทียบกับกำมะถันสำหรับ EPDM
| คุณสมบัติ | เปอร์ออกไซด์ (DCP) | ระบบกำมะถัน |
|---|---|---|
| ประเภทพันธะเชื่อมโยงข้าม | C-C (มีความเสถียรทางความร้อน) | C-S, S-S (ไม่เสถียรเท่า) |
| อุณหภูมิใช้งานสูงสุด | 150-175°C | 120-150°C |
| ค่าการยุบตัวหลังการบีบอัด (70 ชั่วโมง/150°C) | 15-25% | 35-50% |
| การชราภาพด้วยความร้อน (168 ชั่วโมง/150°C) | ยอดเยี่ยม | ดี |
| ความต้านทานการฉีกขาด | ปานกลาง | ดี |
| ความต้านทานแรงดึง | ปานกลาง | สูง |
| ความคงตัวของสี | ดีมาก (สีขาว/สีอ่อน) | ต่ำ (ปรากฏการณ์สีเหลืองจากกำมะถัน) |
| กลิ่น | DCP: มีกลิ่นชัดเจน; BIPB: มีกลิ่นน้อยมาก | กลิ่นกำมะถัน |
| ราคา | สูงขึ้น | ต่ำกว่า |
กรณีศึกษา: การปรับปรุงประสิทธิภาพของแถบกันอากาศในรถยนต์
ผู้จัดหาระบบซีลสำหรับรถยนต์ประสบปัญหาความล้มเหลวจากการบีบอัดก่อนกำหนดในแถบกันอากาศ EPDM หลังจาก 500 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 125°C ซึ่งไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิม (OEM) (VW TL 52345 กำหนดให้ค่าการบีบอัดต้องน้อยกว่า 40% หลังจาก 1000 ชั่วโมง/125°C) สูตร EPDM ที่ใช้การบ่มด้วยกำมะถันที่มีอยู่เดิมไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนดด้านความร้อนได้
วิธีแก้ไข: Do Sender Chem แนะนำให้เปลี่ยนไปใช้ระบบเปอร์ออกไซด์ Perodox BIPB (กลิ่นน้อย) ร่วมกับสารช่วย TMPTA (trimethylolpropane triacrylate) ในอัตรา 3 phr. สูตรผสมคือ: EPDM (70:30 ENB/DCPD), BIPB 5 phr, TMPTA 3 phr, N550 carbon black 80 phr, paraffinic oil 70 phr.
ผล:
- การเสียรูปถาวรจากการบีบอัดหลัง 1000 ชั่วโมง/125°C: 22% (จาก 48% เมื่อใช้ระบบซัลเฟอร์)
- การรักษาความแข็งแรงหลังการชราภาพด้วยความร้อน: 95% ความแข็งแรงดึง (จาก 75%)
- ผ่านการทดสอบตามมาตรฐาน VW TL 52345
- ไม่พบกลิ่นเปอร์ออกไซด์ในการทดสอบภายในรถ
คู่มือการเลือกสารช่วยเสริม
สารช่วยเสริม (Co-Agent) ช่วยปรับปรุงความหนาแน่นของเครือข่ายข้ามและคุณสมบัติทางกายภาพได้อย่างมากเมื่อใช้ร่วมกับเปอร์ออกไซด์: TMPTA (trimethylolpropane triacrylate) — ดีที่สุดโดยรวม ช่วยเพิ่มความแข็งและค่าโมดูลัส; TAC (triallyl cyanurate) — เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในอุณหภูมิสูง; ZDA (zinc diacrylate) — ช่วยเพิ่มการยึดติดกับโลหะและความต้านทานการฉีกขาด; m-phenylene bismaleimide — มีความหนาแน่นของเครือข่ายข้ามสูงที่สุด แต่อาจลดการยืดตัวได้ ปริมาณสารช่วยสร้างเครือข่ายที่เหมาะสมโดยทั่วไปคือ 1-5 phr ทีมเทคนิคของเราสามารถแนะนำการผสมผสานระหว่างเพอร์ออกไซด์และสารช่วยสร้างเครือข่ายที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเกรด EPDM และการใช้งานเฉพาะของคุณ