Aantal keren bekeken: 0 Auteur: Site-editor Publicatietijd: 17-04-2026 Herkomst: Van internet gehaald
Ethyleen-propyleen-dieen monomeer (EPDM) rubber is een terpolymeer dat bestaat uit ethyleen, propyleen en een kleine hoeveelheid niet-geconjugeerd dieen als derde monomeer. De verzadigde hoofdketenstructuur geeft EPDM een superieure weerstand tegen ozon, UV-straling en veroudering door hitte in vergelijking met onverzadigde rubbers zoals natuurlijk rubber (NR) en styreen-butadieenrubber (SBR). Sinds de commercialisering is EPDM een onmisbaar materiaal geworden in afdichtingssystemen voor auto's, tochtstrips, dakmembranen, elektrische isolatie en diverse industriële goederen.
De macroscopische eigenschappen van EPDM worden fundamenteel bepaald door de moleculaire structuur ervan, waarbij het ethyleengehalte, , het propyleengehalte, , het derde monomeertype en -gehalte , en het molecuulgewicht de vier kernvariabelen zijn. Hiervan is de verhouding ethyleen/propyleen de meest invloedrijke factor. Commerciële EPDM-kwaliteiten hebben doorgaans een ethyleengehalte variërend van 45 gew.% tot 80 gew.% . Dit brede compositievenster maakt het mogelijk om de EPDM-eigenschappen aan te passen aan een breed spectrum aan toepassingen. Het begrijpen van de kwantitatieve relatie tussen het ethyleengehalte en de materiaalprestaties is essentieel voor polymeeringenieurs en formuleerders om de optimale kwaliteit te selecteren en hoogwaardige rubberverbindingen te ontwerpen.
EPDM-ketens zijn samengesteld uit willekeurig verdeelde ethyleen- en propyleeneenheden, waarbij het dieenmonomeer voor uithardingsplaatsen zorgt. Ethyleeneenheden vormen lineaire –CH₂–CH₂– segmenten, terwijl propyleeneenheden methylzijgroepen (–CH₃) langs de ruggengraat introduceren.
Laag ethyleengehalte (<55 gew.%) : Het hoge aandeel propyleeneenheden zorgt voor een meer vertakte en onregelmatige ketenstructuur vanwege de aanhangende methylgroepen. Deze onregelmatigheid verstoort effectief de ketenpakking, wat resulteert in een volledig amorfe polymeerstructuur bij kamertemperatuur.
Hoog ethyleengehalte (>65 gew.%) : De langere en talrijkere lineaire ethyleensegmenten zorgen ervoor dat de moleculaire ketens zich kunnen vouwen en organiseren in geordende gebieden, waardoor polyethyleenkristallieten worden gevormd . Deze kristallieten zijn verspreid in de amorfe rubbermatrix.
De kristallisatie van EPDM is een direct gevolg van de aggregatie van ethyleensegmenten en is sterk afhankelijk van het ethyleengehalte.
Kristalliniteit : De mate van kristalliniteit neemt vrijwel lineair toe met het ethyleengehalte. EPDM met 50 gew.% ethyleen is bijvoorbeeld bijna volledig amorf, terwijl soorten met 70-75 gew.% ethyleen een kristalliniteit van 15-25% kunnen vertonen.
Smeltpunt (Tm) : De smelttemperatuur van de kristallieten stijgt met toenemende ethyleensequentielengte. Typische Tm-waarden variëren van 30°C (voor 55% ethyleen) tot 60°C (voor 75% ethyleen). Dit betekent dat EPDM's met een hoog ethyleengehalte bij kamertemperatuur semi-kristallijn kunnen zijn, wat de staat van het ruwe rubber en de verwerking ervan beïnvloedt.
Glasovergangstemperatuur (Tg) : Interessant genoeg wordt, hoewel de kristalliniteit toeneemt, de Tg van de amorfe fase voornamelijk bepaald door het propyleengehalte. Een hoger ethyleengehalte (lager propyleen) leidt tot een hogere Tg (minder negatief), waardoor het rubber stijver wordt bij lage temperaturen.
Hoog ethyleengehalte : Door de kristalliniteit ziet ruwe EPDM er vaak uit als een taaie, plasticachtige vaste stof (vaak baalvormig) met een hogere groensterkte. De Mooney-viscositeit vertoont mogelijk minder temperatuurafhankelijkheid.
Laag ethyleengehalte : Amorf EPDM is doorgaans rubberachtiger, zachter en flexibeler in ruwe staat en lijkt op traditioneel rubber.
Verwerkbaarheid : Een lager ethyleengehalte biedt over het algemeen een betere verwerkingsveiligheid (langere schroeitijd), gemakkelijker mengen en een betere dispersie van de vulstof vanwege de flexibelere, amorfe aard ervan.
Extrusie/kalandering : Een hoog ethyleengehalte kan de extrusiesnelheid, de gladheid van het oppervlak en het zwelgedrag van de matrijs verbeteren als gevolg van het versterkende effect van kristallieten en een hogere smeltelasticiteit. Het kan echter hogere verwerkingstemperaturen vereisen om de kristallieten te smelten en kan een slechtere kalanderwikkeling vertonen als gevolg van de hogere stijfheid.
De belangrijkste invloed van het ethyleengehalte heeft betrekking op de mechanische sterkte van het uitgeharde rubber.
Hardheid, modulus, treksterkte en scheursterkte : al deze eigenschappen nemen aanzienlijk toe bij een hoger ethyleengehalte . De kristallieten fungeren als effectieve fysieke verknopingen en versterkende domeinen, vergelijkbaar met nanovulstofdeeltjes, die de spanning efficiënt verdelen en scheurvoortplanting voorkomen.
Rek bij breuk : neemt in het algemeen af met toenemend ethyleengehalte, omdat de kristallieten het vermogen tot ketenverlenging beperken.
Compressieset : Verbeterd (lagere compressiesetwaarden) met een hoger ethyleengehalte, vooral bij verhoogde temperaturen, vanwege de verbeterde structurele stabiliteit die wordt verleend door kristallieten.
Dit is het belangrijkste compromis voor EPDM-kwaliteiten met hoge sterkte.
Flexibiliteit / brosheid bij lage temperaturen : naarmate het ethyleengehalte toeneemt en de Tg stijgt, wordt het rubber bij lage temperaturen steeds stijver en brosser. Kwaliteiten met een hoog ethyleengehalte kunnen stijf of zelfs leerachtig worden bij temperaturen boven -20°C, terwijl kwaliteiten met een laag ethyleengehalte hun flexibiliteit kunnen behouden tot -50°C of lager.
Behouden elasticiteit : het vermogen om terug te kaatsen na vervorming bij lage temperaturen is drastisch verminderd bij EPDM's met een hoge kristalliniteit.
Veroudering door hitte : Een hoger ethyleengehalte verbetert vaak de thermische-oxidatieve stabiliteit. De verhoogde kristalliniteit beschermt de amorfe gebieden tegen thermische degradatie en helpt de mechanische eigenschappen na veroudering te behouden.
Hittebestendigheid : het kristallijne smeltpunt zorgt voor een thermische drempel; eigenschappen boven Tm zullen aanzienlijk veranderen naarmate de fysieke verknopingen smelten.
Het optimale ethyleengehalte wordt gekozen op basis van de vereiste balans van eigenschappen voor de eindgebruikstoepassing:
Laag ethyleengehalte (45-55 gew.%)
Belangrijkste eigenschappen : Uitstekende flexibiliteit bij lage temperaturen, hoge elasticiteit, goede verwerkbaarheid.
Typische toepassingen : tochtstrips voor auto's die aan lage temperaturen moeten voldoen, koelcomponenten, zachte afdichtingen en toepassingen in extreem koude omgevingen.
Gemiddeld ethyleengehalte (55-65 gew.%)
Belangrijkste eigenschappen : Evenwichtige algehele prestaties: goede sterkte, aanvaardbare eigenschappen bij lage temperaturen en veelzijdige verwerkbaarheid.
Typische toepassingen : auto-onderdelen voor algemeen gebruik, industriële slangen, gegoten goederen en mechanische rubberen goederen die een evenwicht tussen duurzaamheid en flexibiliteit vereisen.
Hoog ethyleengehalte (65-80 gew.%)
Belangrijkste eigenschappen : Hoge hardheid, hoge trek-/scheursterkte, uitstekende compressieset, goede extrusieprestaties.
Typische toepassingen : afdichtingssystemen voor auto's (deurafdichtingen, kofferbakafdichtingen), raampakkingen, dakplaten, draad- en kabelisolatie waarbij hoge mechanische sterkte en maatvastheid van het grootste belang zijn.
Het ethyleengehalte is een krachtige hefboom voor het afstemmen van de structuur en eigenschappen van EPDM-rubber. Het verhogen van het ethyleengehalte transformeert EPDM van een zacht, bij lage temperatuur flexibel elastomeer in een zeer sterk, semi-kristallijn technisch elastomeer. Het kernmechanisme is de vorming van polyethyleenkristallieten, die de mechanische sterkte en thermische stabiliteit verbeteren ten koste van de flexibiliteit bij lage temperaturen. Daarom moet de keuze voor een EPDM-kwaliteit een weloverwogen beslissing zijn, gebaseerd op de specifieke prestatie-eisen van het eindproduct, waarbij de perfecte balans wordt gevonden tussen sterkte, verwerkbaarheid en aanpassingsvermogen aan de omgeving.
