إيثيلين بروبيلين ديين مونومر (EPDM): التوليف والخصائص والتطبيقات الصناعية

إيثيلين بروبيلين ديين مونومر (EPDM): التوليف والخصائص والتطبيقات الصناعية

إيثيلين بروبيلين ديين مونومر (EPDM) عبارة عن سلسلة مطاطية من الكربون المشبع. بفضل قابليتها الممتازة للعوامل الجوية، ومقاومة الأوزون، والقدرة على التكيف مع درجات الحرارة الواسعة، فقد أصبحت المادة الأساسية في مجالات أختام المباني، وقطع غيار السيارات، وعزل الكابلات، والمزيد.

I. التركيب الكيميائي وطريقة التوليف لـ EPDM

1. التركيب الكيميائي واختيار المونومر الثالث

EPDM عبارة عن بوليمر مشترك ثلاثي من الإيثيلين (E)، والبروبيلين (P)، والديين غير المترافق (D)، حيث يعمل الديين كموقع تشابك (مونومر ثالث). الأنواع الرئيسية تشمل:

• إيثيليدين نوربورنين (ENB): نشاط الفلكنة العالي وكثافة التشابك (يمثل أكثر من 70% من إنتاج EPDM العالمي)

• ثنائي حلقي البنتادين (DCPD): منخفض التكلفة، لكن معدل الفلكنة أبطأ

• 1,4-هيكساديين (HD): مقاومة ممتازة للحرارة، ومناسبة لأنظمة الفلكنة ذات درجات الحرارة العالية

صيغة التركيب الجزيئي النموذجية:

-(CH}_2{CH}_2)_x-(CH}_2CH(CH}_3)_y-(دين)_z

يحدد محتوى الإيثيلين (45-75%)، ومحتوى البروبيلين (25-55%)، ومحتوى المونومر الثالث (1-10%) معًا خصائص المادة.

2. عمليات الإنتاج الصناعي

العمليات الرئيسية هي بلمرة المحلول وبلمرة الطور الغازي.

عملية الإنتاج:

1. تكرير المواد الخام: نقاء الإيثيلين والبروبيلين > 99.9%، ويجب إزالة مثبطات البلمرة والديينات.

2. تفاعل البلمرة: الحقن المستمر للمحفز، زمن التفاعل 1-3 ساعات

3. استرداد المونومر: يتم فصل المونومرات غير المتفاعلة عن طريق التبخير السريع (معدل الاسترداد > 95%)

4. مرحلة ما بعد المعالجة: غسل الماء لإزالة الرماد ← نزح الماء بالبثق ← تجفيف الطبقة المميعة

تشمل الشركات المصنعة العالمية الكبرى شركة Dow Chemical (الولايات المتحدة الأمريكية)، وLANXESS (ألمانيا)، وJSR (اليابان)، وSinopec (الصين).

ثانيا. التصنيف ونظام الدرجات للمطاط الخام EPDM

1. التصنيف حسب محتوى الإيثيلين

2. التصنيف حسب نوع المونومر الثالث

• نوع ENB: لزوجة موني ML(1+4) 125 درجة مئوية 40-80، مؤشر سرعة الفلكنة (t90) 3-10 دقائق.

• نوع DCPD: لزوجة موني ML(1+4) 125 درجة مئوية 30-60، t90 10-20 دقيقة.

• نوع HD: مقاومة للحرارة حتى 150 درجة مئوية (نوع ENB هو 130 درجة مئوية)

3. التصنيف حسب لزوجة موني

ثالثا. الخصائص الفيزيائية للEPDM

1. الصلابة

• معيار الاختبار: ASTM D2240 (شور أ)

• النطاق: مطاط غير مملوء 30-50 Shore A، حتى 40-90 Shore A بعد تعزيز أسود الكربون.

• التعديل: تؤدي زيادة أسود الكربون N550 بمقدار 20 phr إلى زيادة الصلابة بمقدار 10 درجات تقريبًا؛ إن إضافة 10 مرات من زيت البارافين يقلل من الصلابة بمقدار 3-5 درجات.

2. لزوجة موني

• حالة الاختبار: مل (1+4) 125 درجة مئوية

• القيمة النموذجية: مطاط خام 30-100، درجة إيثيلين عالية > 70

• تأثير المعالجة: يتطلب مطاط Mooney العالي وقتًا خلطًا ممتدًا أو إضافة مساعدات التدفق (على سبيل المثال، شمع PE)

3. الكثافة

• النطاق: 0.86-0.87 جم/سم³ (مطاط نقي) → 1.10-1.30 جم/سم³ (مملوء بـ 50 phr من أسود الكربون)

• المقارنة: أقل من المطاط الطبيعي (0.92 جم/سم3) ومطاط النتريل (1.15 جم/سم3)

4. مقاومة الشيخوخة

• الشيخوخة الحرارية المؤكسدة: الاحتفاظ بقوة الشد > 80% بعد 150 درجة مئوية × 168 ساعة (يتطلب مضادات الأكسدة MB 1 phr + TMQ 2 phr)

• شيخوخة الأوزون: لا توجد شقوق بعد 500 ساعة عند تركيز الأوزون 50 جزء في المليون (المطاط الطبيعي يدوم 24 ساعة فقط)

5. المرونة

• المرونة: 50-70% للمطاط المفلكن (أعلى من NBR، أقل من المطاط الطبيعي)

• الخصائص الديناميكية: عامل الخسارة (tanδ) 0.05-0.15، مناسب لأجزاء توليد الحرارة المنخفضة

6. المرونة في درجات الحرارة المنخفضة

• درجة حرارة التقصف: -60 درجة مئوية (درجة إيثيلين منخفضة) إلى -40 درجة مئوية (درجة إيثيلين عالية)

• قيمة TR70: تحافظ على معامل المرونة بنسبة 70% عند -50 درجة مئوية

7. الاسترخاء أثناء التوتر

• البيانات: الاحتفاظ >60% بعد 1000 ساعة عند ضغط شد ثابت بنسبة 100%.

• التحسين: إضافة 5 phr نانو سيليكا يزيد من الاحتفاظ إلى 75%

8. مجموعة الضغط

• معيار الاختبار: ASTM D395 الطريقة B (125 درجة مئوية × 22 ساعة)

• القيمة النموذجية: نظام الفلكنة البيروكسيد <20%، نظام الفلكنة الكبريت 25-35%

9. خصائص رئيسية أخرى

• العزل الكهربائي: مقاومة الحجم > 1×10¹⁵ Ω·cm (مناسب لكابلات 10 كيلو فولت)

• مقاومة بخار الماء: تغير الحجم <3% بعد 28 يومًا عند 100 درجة مئوية

• مقاومة التعب: عمر مرن ديناميكي > 5 ملايين دورة (ASTM D430)

رابعا. الخواص الكيميائية للEPDM

1. مقاومة المذيبات

• المذيبات القطبية: مقاومة للكحوليات والكيتونات (نسبة التورم في الأسيتون أقل من 10%)

• المذيبات غير القطبية: معدل التورم 30-50% في الزيوت المعدنية (يلزم التحسين بمزج CR)

• مقاومة الأحماض والقلويات: مقاومة لمحاليل حمض الهيدروكلوريك أو NaOH بنسبة 10% (تغير الحجم <5%)

2. مقاومة الوسائط الكيميائية

V. نقاط عملية الخلط والفلكنة

1. تحسين عملية الخلط

• اختيار المعدات: الاستخدام الموصى به للخلاطات الداخلية (عامل التعبئة 0.65-0.75)

ترتيب الشحن:

1. مضغ المطاط الخام (100-120 درجة مئوية × 2 دقيقة)

2. أكسيد الزنك/حمض دهني

3. أسود الكربون/حشو

4. الملدنات (زيت البارافين)

5. عامل الفلكنة (بيروكسيد أو كبريت)

• التحكم في درجة الحرارة: درجة حرارة التفريغ 30130 درجة مئوية (نظام الكبريت) أو 110 درجة مئوية (نظام البيروكسيد)

2. تصميم نظام الفلكنة

3. التحكم في حالة الفلكنة

• فلكنة الصوانى: 160 درجة مئوية × 15-30 دقيقة (نظام الكبريت) أو 170 درجة مئوية × 5-10 دقيقة (نظام البيروكسيد)

• الفلكنة المستمرة: حمام الملح (230 درجة مئوية × 2 دقيقة) أو الميكروويف (2.45 جيجا هرتز × 90 ثانية)

4. القضايا المشتركة والتدابير المضادة

• الحارقة: درجة حرارة الماء البارد في الخلاط الداخلي (<20 درجة مئوية)، أضف 0.3 ساعة CTP

• عيوب الفقاعات: تسخين المطاط المُشكل مسبقًا عند درجة حرارة 60 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة، وضغط القولبة > 15 ميجا باسكال

• الفلكنة غير المتساوية: استخدم التسخين التدريجي (120 درجة مئوية → 160 درجة مئوية) أو ما بعد الفلكنة (150 درجة مئوية × 2 ساعة)