Каучук EPDM —"золотой стандарт" для применений, где требуется долговечность, эластичность и температурная устойчивость.
EPDM — это аббревиатура этилен-пропилен диен мономера. Соответственно молекула EPDM — это длинная цепь, состоящая из звеньев этилена -CH₂-CH₂- и пропилена -CH₂-CH(CH₃)- с редкими звеньями диена, имеющими боковые ответвления.
📷 На схеме: молекула EPDM —длинная цепь из звеньев этилена и пропилена с редкими звеньями диена.
Одинарные связи основной цепи очень устойчивы к воздействию кислорода, озона, УФ-излучения, полярных сред (кислот, щелочей, воды, пара).
Если у цепи есть слабые места, она порвется. В химии "ненасыщенные" связи — это как раз такие слабые места, за которые цепляется кислород или его разновидность - озон.
Кислород нарушает целостность, он ломает длинные молекулярные цепи, что приводит к снижению прочности или полному разрушению материала.
У EPDM основная цепь состоит из прочных "насыщенных" звеньев. Кислороду просто не за что зацепиться, чтобы разорвать цепочку. Поэтому этот сорт резины и не трескается на солнце годами.
Именно насыщенность основной цепи (95-99%) дает EPDM выдающуюся стойкость к атмосферным воздействиям и старению. А вот диеновое звено - источник ненасыщенности.
Диен включается в цепь таким образом, что одна из его двойных связей расходуется на образование полимерной цепи, а вторая — остается "висячей" (в боковой группе).
Эта боковая двойная связь химически активна и используется для вулканизации. То есть, именно этими "крючками" разные молекулы EPDM будут сцепляться друг с другом, формируя пространственную сетку.
При первом знакомстве уместно упомянуть несколько фактов об этом сорте каучука.
EPDM - один из наиболее распространенных синтетических каучуков в мире
В год в мире синтезируется порядка 1.5 – 1.8 млн. тонн этого эластомера, что составляет примерно 10% от всех искусственных каучуков. Львиная доля потребляется автоиндустрией и ремни здесь далеко не на первом месте.
EPDM считается одним из наиболее "чистых" синтетических каучуков с точки зрения производства. Низкая токсичность сырья, умеренное энергопотребление при производстве, высокий потенциал переработки (мало отходов и их умеренная опасность).
Важно знать и слабые стороны EPDM:
① Высокие потери на внутреннее трение
📎Подробнее гистерезисе можно узнать по ссылке.
② Чувствительность к маслам и химикатам
EPDM боится нефтепродуктов и масел, поэтому его нельзя использовать там, где он будет постоянно купаться в масле (для этого существуют другие резины, например, нитрильные).
Из чего состоит резиновая смесь
Компаунд на основе EPDM для приводных автомобильных ремней — это высокотехнологичная рецептура, рассчитанная на экстремальные условия работы: высокие и низкие температуры, постоянные динамические нагрузки, истирание, контакт с маслами и озоном. Ниже указан примерный состав смеси (в массовых частях на 100 частей каучука).
⚠
Отдельно отметим, что доля самого эластомера в составе резиновой смеси составляет только около половины:
① Эластомер EPDM (100 массовых частей). При производстве ремней для прочности и кристалличности выбирают марки со средним или высоким содержанием этилена (60-75%) и диеном ENB для быстрой и эффективной вулканизации.
② Система вулканизации (5–10 массовых частей) Пероксидная система – это практически стандарт для современных ремней. Она дает максимальную термостойкость (до 150°C и выше), сшивку C-C (углерод-углерод) связей, более устойчивых, чем сульфидные, низкую остаточную деформацию.
③ Упрочняющие наполнители (80-150 массовых частей). Обычно это комбинация сажи и диоксида кремния (silica). Сажа (техуглерод) обеспечивают высокую прочность на разрыв и сопротивление раздиру, а диоксид кремния повышает прочность и износостойкость, снижает гистерезис (нагрев при циклических деформациях), улучшает адгезию к корду.
④ Пластификаторы (10-30 массовых частей) используются в умеренных количествах для облегчения обработки и придания смеси эластичности.
⑤ Стабилизаторы и антиоксиданты (1-3 массовых частей) защищают от длительного теплового старения в условиях эксплуатации.
⑥ Активные добавки. Оксид цинка (5-10) важен даже в пероксидных системах для нейтрализации кислых примесей. Стеариновая кислота: (1-2) - это активатор и смазка. Полиэтиленовый или полипропиленовый воск (1-3). защищает от озона и облегчает извлечение из пресс-формы.
Вулканизация каучука EPDM
Температура вулканизации EPDM зависит от выбранной системы вулканизации и технологических требований. EPDM, в отличие от многих других каучуков, можно эффективно вулканизовать как серными, так и пероксидными системами, и у них разные температурные режимы.
Серная вулканизация происходит в диапазоне 150°C — 170°C. Пероксидная вулканизация происходит в диапазоне 160°C — 185°C. Используется, когда требуется высокая термостойкость (длительная работа при 150-175°C), повышенная стойкость к компрессионной деформации, минимальная остаточная деформация и отличная стойкость к горячей воде и пару.
Она создает более прочные углерод-углеродные связи (C-C), которые не подвержены реверсии, как серные.
Молекулы сырой резины как спагетти на тарелке: каждая макаронина сама по себе. Вулканизация — это когда мы их склеиваем.
Серная вулканизация склеивает молекулярные цепи слабыми серными мостиками. Под капотом машины жарко, мостики плавятся и изделие теряет форму.
Пероксидная вулканизация приваривает цепи намертво (связи углерод-углерод). Такая сварка уже не расплавится от высокой температуры
💡 В качестве резюме:
EPDM известен человечеству около 100 лет. Это один из самых популярных в мире и недорогих каучуков.
Применение EPDM под капотом автомобиля оправдано его удивительными свойствами выдерживать не разрушаясь очень высокие температуры (которые он сам же и создает вследствие внутреннего трения).
Современный ремень на основе EPDM не требует к себе внимания на десятки тысяч километров пробега. Он не расслаивается от жары и не дубеет на морозе.
