เทคโนโลยียางผสม · natural rubber (str 5l) 100 80 60 40 20 0 epdm...

08/06/48 1

เทคโนโลยียางผสมNR/EPDM

โดยดร. พงษธร แซอุย

ศนูยเทคโนโลยีโลหะและวัสดุแหงชาติ

08/06/48 2

สาเหตหุลักที่ตองนํายาง EPDM มาผสมกับยางธรรมชาติ

ยางธรรมชาติ

CH3 H

CH2C C

CH2 nCis-1,4-polyisoprene

ขอดี- สมบัตเิชิงกลดี- ราคาถูก

ขอเสีย- เสื่อมสภาพไดงาย

08/06/48 3

ยาง EPDM

C H 2 C H 2 C H 2 C HC H 3

ethylene propylene

DCPD ENB 1,4-HD

ขอเสีย- ราคาแพง- สมบัตเิชิงกลต่ํา

ขอดี- ตานทานตอการเสื่อมสภาพสูง

08/06/48 4

NR/EPDM blend- สมบัตเิชิงกลที่ดี- ราคาที่ไมแพง- มีความทนทานตอการเสื่อมสภาพไดดี โดยเฉพาะความทนทานตอโอโซน

การนาํไปใชงานของยางผสม NR/EPDM- แกมยางลอรถ (tyre sidewall)- ยางขอบกระจกรถ (extruded weatherseal profiles)- ผลิตภัณฑที่ใชภายในบานชนิดอืน่ ๆ (domestic appliances)

08/06/48 5

ปญหาหลกัของ NR/EPDM blends

NR (ไมอิ่มตวัสูง) ปญหาความหนาแนนของการเชื่อมโยงใน

แตละเฟส

สารทําใหยางคงรูป

EPDM (ไมอิ่มตวัต่ํา)

Highly crosslinked NR

Poorly crosslinked EPDM

08/06/48 6

ความทนทานตอแรงดึง (MPa)

100/0 0/100NR/EPDM Blend ratio

10

20

Pure NR Pure EPDM

กฏการผสม

08/06/48 7

แนวทางการแกไขปญหา

ปรับปรุงโครงสรางของ EPDM

เลือกสารตวัเรงที่วองไวตอ EPDM มากขึ้น

- halogenation- DTDM + การฉายแสง UV- Maleic anhydride

สารตวัเรงที่มีหมูอัลคีลเปนหมู

แทนที่ในปริมาณสูง- BAPD- DTDC- DTDM

“Reactive mixing”

2 วิธี

08/06/48 8

การปรับปรุงโครงสรางของ EPDM ดวยวิธี “reactive mixing”EPDM sulfur donors : L-S-S-L (~1 phr)

S

LL = leaving group

150-170°C, 1-2 นาที

For BAPD : L = alkylphenol monosulfideFor DTDC : L = caprolactamFor DTDM : L = morpholine

08/06/48 9

“reactive mixing” จะเกดิขึ้นไดดีเมือ่ใชยาง EPDM ที่มีสมบัตดิังนี้- มีปริมาณพันธะคูสูง (> 9 %wt.)- มี ENB เปนหมูไดอนี

ขอดีของการทํา reactive mixing2. เพิ่มอันตรกิริยาระหวางยาง EPDM กับเขมาดํา

1. ปรับปรุงความวองไวในการเกดิปฏิกริิยาคงรูปของยาง EPDM

สมบัตเิชิงกลของยางผสมสูงขึ้น

08/06/48 10

S

L

สารตวัเรงปฏิกิริยา

MBT

S

BT

Vulcanisationprecursor

L-H

08/06/48 11

XLD in EPDM phase

ผลของการทํา “reactive mixing” ตอสมบัติของยางผสม 60/40 NR/EPDM

08/06/48 12

13C NMR spectrum of swollen EPDM gum vulcanizates

08/06/48 13

control BAPD

DTDC DTDM

STEM micrographs of 60/40 NR/EPDM gum blend vulcanizates

08/06/48 14

อันตรกิริยาระหวาง EPDM และ เขมาดํา (50 phr N660)

08/06/48 15

Tensile properties of black-filled 60/40 NR/EPDM blends

08/06/48 16

การศึกษาปจจัยที่มีผลตอสมบัติของยางผสม NR/EPDM

จุดประสงค

เพื่อศกึษาผลของปจจัยตาง ๆ ตอไปนีต้อสมบัติของยางผสม- สัดสวนการผสม- ปริมาณเอทีลีนในยาง EPDM- ปริมาณของไดอนีในยาง EPDM

08/06/48 17

ผลของปริมาณเอทีลีนและสัดสวนการผสม

ตารางที่ 1 สมบัติพื้นฐานของยาง EPDM ที่นํามาใชในการทดลองGrade Mooney Ethylene ENB Molecular MWD % Crystallinity

Viscosity* Content Content Weight(% mass) (% mass)

4570 70 50 4.9 210,000 Medium < 14770P 70 70 4.9 200,000 Medium 13

* ML 1+4@ 125ºC

08/06/48 18

1 2 3 4 5 6Natural rubber (STR 5L) 100 80 60 40 20 0EPDM (4550 or 4770) 0 20 40 60 80 100ZnO 5 5 5 5 5 5Stearic acid 2 2 2 2 2 2TBBS 1 1 1 1 1 1TMTD 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2Sulphur (S) 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8

Content (phr)Ingredient

ตารางที่ 2 สูตรการผสมเคมียาง (หนวย : phr)

08/06/48 19

Compounding Design

Mixing

Compounds

Vulcanization

Testing

Aging resistance

Hardness

Mooney viscosity

Cure characteristics

Ozone resistanceTensile

propertiesแผนผังการทดลอง

08/06/48 20

0

10

20

30

40

50

60

70

0 20 40 60 80 100

EPDM ratio (% wt.)

Moo

ney

visc

osity

(MU

50% Ethylene Content

70% Ethylene Content

ผลของปริมาณเอทีลีนและสัดสวนการผสมตอความหนืด (ML1+4@125ºC)

08/06/48 21

ตารางที่ 3 ผลของปริมาณเอทีลีนและสัดสวนการผสมตอลักษณะการคงรูปของยางEPDMratio

(% wt.) ML MH ∆M ts2 tc90 ML MH ∆M ts2 tc90

0 1.2 7.8 6.6 6.6 10.0 1.2 7.8 6.6 6.6 10.020 1.0 7.7 6.7 6.5 10.0 1.1 7.7 6.6 5.9 8.940 1.2 8.1 6.9 7.1 11.3 1.1 8.2 7.1 6.7 10.860 1.3 9.2 7.9 8.3 15.0 1.3 9.6 8.3 7.7 14.180 1.6 11.1 9.5 11.8 19.9 1.8 11.7 9.9 10.4 18.0

100 2.1 15.0 12.9 17.0 36.2 2.2 17.3 15.1 21.1 44.8

4570 (50% ethylene content) 4770P (70% ethylene content)

08/06/48 22

01020304050607080

0 20 40 60 80 100

EPDM ratio (% wt.)

Har

dnes

s (Sh

ore

A)

50% Ethylene Content

70% Ethylene Content

ผลของปริมาณเอทีลีนและสัดสวนการผสมตอความแข็งของยางผสม

08/06/48 23

0

5

10

15

20

25

30

0 20 40 60 80 100EPDM ratio (% wt.)

Tens

ile S

treng

th (M

Pa) 50% Ethylene Content

70% Ethylene Content

ผลของปริมาณเอทีลีนและสัดสวนการผสมตอความทนทานตอแรงดึง

08/06/48 24

0.000

0.400

0.800

1.200

1.600

2.000

0 20 40 60 80 100

EPDM ratio (% wt.)

100%

Mod

ulus

(MPa

)

50% Ethylene Content

70% Ethylene Content

ผลของปริมาณเอทีลีนและสัดสวนการผสมตอคา 100% มอดูลัส

08/06/48 25

ผลของปริมาณเอทีลีนและสัดสวนการผสมตอคาการยืดตัว ณ จุดขาด

0

200

400

600

800

0 20 40 60 80 100

EPDM ratio (% wt.)

Elon

gatio

nat

brea

k(%

)

50 % Ethylene Content

70 % Ethylene Content

08/06/48 26

0 .0

0 .5

1 .0

1 .5

0 20 40 60 80 100

EPDM ratio (% wt.)

Rel

ativ

eTe

nsile

stre

ngth

50 % Ethylene Content

70 % Ethylene Content

ผลของปริมาณเอทีลีนและสัดสวนการผสมตอคาความทนทานตอแรงดึงสัมพัทธ

08/06/48 27

NR 80/20 NR/EPDM 60/40 NR/EPDM

50% 70% 50% 70%ผลของปริมาณเอทีลีนและสัดสวนการผสมตอคาความตานทานโอโซน (ทดสอบที่ 50 pphm Ozone concentration เปนเวลา 100 ชม. ที ่40°C)

08/06/48 28

40/60 NR/EPDM 20/80 NR/EPDM

50% 70% 50% 70%50% 70%ผลของปริมาณเอทีลีนและสัดสวนการผสมตอคาความตานทานโอโซน (ทดสอบที่ 50 pphm Ozone concentration เปนเวลา 100 ชม. ที ่40°C)

EPDM

08/06/48 29

ผลของปริมาณไดอนีและสัดสวนการผสม

ตารางที่ 4 สมบัติพื้นฐานของยาง EPDM ที่นํามาใชในการทดลองGrade Mooney

Viscosity*ENB Content

(% mass)Ethylene Content

(% mass)

* ML 1+4@ 125ºC

36404.91.855

5540404640

08/06/48 30

ผลของปริมาณไดอีนและสัดสวนการผสมตอความหนืด (ML1+4@125ºC)

25

30

35

40

45

50

0 20 40 60 80 100

EPDM ratio (% wt.)

Moo

ney

visc

osity

(MU

)

4640 (4 .9 % ENB)3640 (1 .8 % ENB)

08/06/48 31

44

46

48

50

52

54

56

58

0 20 40 60 80 100

EPDM ratio (% wt.)

Har

dnes

s(Sh

ore

A)

4640 (4 .9 % ENB)3640 (1 .8 % ENB)

ผลของปริมาณไดอีนและสัดสวนการผสมตอความแข็งของยางผสม

08/06/48 32

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80 100

EPDM ratio (% wt.)

Tens

ileSt

reng

th(M

Pa)

4640 (4 .9 % ENB)3640 (1 .8 % ENB)

ผลของปริมาณไดอีนและสัดสวนการผสมตอความทนทานตอแรงดึง

08/06/48 33

ผลของปริมาณไดอีนและสัดสวนการผสมตอคา 100% มอดูลัส

0 .0

0 .4

0 .8

1 .2

1 .6

2 .0

0 20 40 60 80 100

EPDM ratio (% wt.)

100%

Mod

ulus

(MPa

)

4640 (4 .9 % ENB)3640 (1 .8 % ENB)

08/06/48 34

ผลของปริมาณไดอีนและสัดสวนการผสมตอความทนทานตอแรงดึงสัมพัทธ

0 .0

0 .5

1 .0

1 .5

2 .0

0 20 40 60 80 100

EPDM ratio (% wt.)

Rel

ativ

eTe

nsile

stre

ngth

4640 (4 .9 % ENB)3640 (1 .8 % ENB)

08/06/48 35

80/20 NR/EPDM 60/40 NR/EPDMNR

3640 4640 3640 4640ผลของปริมาณไดอีนนและสัดสวนการผสมตอคาความตานทานโอโซน (ทดสอบที่ 50 pphm Ozone concentration เปนเวลา 100 ชม. ที ่40°C)

08/06/48 36

40/60 NR/EPDM 20/80 NR/EPDM EPDM

3640 4640 3640 4640 3640 4640ผลของปริมาณเอทีลีนและสัดสวนการผสมตอคาความตานทานโอโซน (ทดสอบที่ 50 pphm Ozone concentration เปนเวลา 100 ชม. ที ่40°C)

08/06/48 37

สรุป• สมบัตเิชิงกลตาง ๆ ของยางผสม เชน ความทนทานตอแรงดึง

100% มอดูลัส และความแข็งจะมีคาสูงขึ้นตามปริมาณของเอทีลีนที่มีอยูในยาง EPDM

• สมบัติความทนทานตอความรอนและความตานทานตอโอโซนของยางผสมไมขึ้นอยูกบัปริมาณของเอทีลีนที่มีอยูในยาง EPDM

• สมบัติความทนทานตอการเสื่อมสภาพของยางผสมมีแนวโนมสูงขึ้นตามสัดสวนของยาง EPDM ที่มากขึ้น และพบวาสัดสวนการผสมที่ไมทําใหเกิดรอยแตกเมือ่ยางไดรับโอโซนคือ 60/40(NR/EPDM)

08/06/48 38

• การเพิ่มปริมาณไดอนีในยาง EPDM สงผลทําใหยางผสมที่ไดมีคามอดูลัสและความแข็งสูงขึ้น

THANK YOU