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橡膠硫化儀在橡膠工業(yè)中的應(yīng)用
點(diǎn)擊次數(shù):562 發(fā)布時間:2014-11-4
. 高溫,快檢:控制混煉膠的質(zhì)量,具體分以下兩方面:
1) 制備各種混煉膠的標(biāo)準(zhǔn)硫化曲線圖,并合理的制定各種膠料混煉的合格區(qū)域;見下圖:
2). 制定合格膠料的范圍的區(qū)域時,應(yīng)首先嚴(yán)格控制混煉膠的工藝條件,即控制混煉條件,這樣產(chǎn)生一批均勻性較好的混煉膠,再用這批膠料分別做其快速的硬度,比重,可塑性三項指標(biāo),在三項指標(biāo)都合格的條件下,作出這批膠料的管制參數(shù),作為標(biāo)準(zhǔn)存入管制數(shù)據(jù)庫.膠料的試樣應(yīng)該大于24條,愈多定出的標(biāo)準(zhǔn)愈.這里必須安裝帶管制的統(tǒng)計分析軟件才能自動確定膠料的管制標(biāo)準(zhǔn).
2. 鑒定原材料:可用于橡膠工業(yè)原材料的生產(chǎn)部門,進(jìn)行產(chǎn)品的分級和評比質(zhì)量的優(yōu)劣等,如:天然橡膠生產(chǎn)部門可以根據(jù)所測定標(biāo)準(zhǔn)配方的硫化曲線對天然膠進(jìn)行分類;炭黑生產(chǎn)部門可用硫化曲線作為評比炭黑質(zhì)量的根據(jù).
3. 用于配方研究:在科研工作中可用硫化儀研究硫化反應(yīng)速度,硫化溫度系數(shù)等動力學(xué)方面的問題.
4. 計算硫化溫度系數(shù)K值和膠料活化能E值:
1) 硫化溫度系數(shù)K值并非在在任何常合下都保持不變,K值與配方有直接關(guān)系,當(dāng)改變硫磺或促進(jìn)劑量時,則K值就有所變化,而且K值隨硫化程度的加深而趨向K=2,實際上K值一般在1.5~2.5之間變化,利用硫化儀計算K值準(zhǔn)確又方便,計式如下:
t2 - t1
T1/T2 = K 10 (1)式
式中: T1 ------ 在溫度t1下的正硫化時間(分);
T2 ------ 在溫度t2下的正硫化時間(分);
t1, t2 ------ 硫化溫度.
例如: 某一膠料在130℃時用硫化儀測得正硫化時間為20分鐘,而在140℃時測得其正硫化時間為9分鐘,則K值為:
140-130
T1/T2 =20/9= K 10
K=2.2
2)測定膠料活化能E值:用硫化儀分別測出膠料在t1,t2溫度下的正硫化時間T1,T2,
然后代入公式:
ln(T1/T2)=E/R (t2-t1/t2.t1) (2)式或者
ln(T1/T2)=E/2.303R (t2-t1/t2.t1) (3)式
式中:
R ------ 為氣體常數(shù)(R=8.3143焦耳/克分子.度
或R=0.001987千卡/克分子.度
5. 計算硫化效應(yīng),硫化強(qiáng)度以及進(jìn)一步進(jìn)行硫化條件的任意換算:
硫化效應(yīng)等于硫化強(qiáng)度與硫化時間乘積,即:
E=I.T (4)式
式中:E --- 硫化效應(yīng);I--- 硫化強(qiáng)度; T --- 正硫化時間.
硫化強(qiáng)度是膠料在一定溫度下,單位時間內(nèi)所達(dá)到的硫化程度,它與硫化溫度系數(shù)K值和硫化溫度有關(guān),即:
t-100
I=K 10 (5)式
式中:K --- 硫化溫度系數(shù),通過試驗測定并利用公式(1)求得:
t-100
E=K 10 x T (6)式
利用這一公式就可以將原定的硫化條件作任意的換算.
例如:已知某制品的原定硫化條件為150℃時,硫化時間為20分鐘,現(xiàn)把溫度改為
140℃,求硫化時間是多少分鐘?
解:已知 t1=150℃,T1 =20分 求: t2=140℃,T2 =?
如果要在不同硫化條件下制得其相同的機(jī)械物理性能,則必須使其硫化效應(yīng)相等,令:E1=E2,即:
t1-100 t2-100
K1 10 x T1 = K2 10 x T2
如果計算后,K=2.2,則:
T2 =44分
6. 用硫化儀確定硫化工藝條件:
橡膠制品的硫化是橡膠工藝上的重要課題之一,正確的掌握膠料的硫化特征,可以
把握*硫化點(diǎn),節(jié)約能源,提高生產(chǎn)率,獲得*的物理化學(xué)性能.
下面我們通過對硫化曲線的分析來確定膠料的各項硫化參數(shù):見下圖,將曲線分為:
AB,BC,CD,DE,EF等部分:
AB部分為膠料流動性,膠料在模腔溫度作用下逐漸變軟,產(chǎn)生流動,因此力矩下降.
BC部分為膠料逐漸發(fā)生變化,力矩開始上升,從A到C為誘導(dǎo)期(或焦燒期),焦燒時
間的長短取決于膠料的配方,主要受促進(jìn)劑的影響,而操作過程中膠料的受熱歷程也是一個重要因素,這一階段類似于門尼曲線,顯示了膠料硫化前粘滯性.
CD部分為膠料產(chǎn)生硫化反應(yīng)的交聯(lián)階段,即逐漸產(chǎn)生網(wǎng)構(gòu),使膠料彈性上升,力矩急劇上升,這一階段稱為熱硫化階段,熱硫化時間的長短取決于膠料配方,硫化反應(yīng)速度的標(biāo)志.
從D到E為硫化平坦階段,此時主要的硫化反應(yīng)已基本完成,已達(dá)到zui大交聯(lián)程度,所以力矩不再上升而保持有一平坦趨勢,在這一階段中顯示了膠料所獲得的硫化的zui大力矩,平坦硫化時間的長短取決于膠料配方(主要是促進(jìn)劑和防老劑).
EF,EH,EG為過硫階段,這一階段相當(dāng)于硫化反應(yīng)網(wǎng)構(gòu)形成期的后期,在這一階段中主要是交聯(lián)發(fā)生重排作用,以及交聯(lián)鍵和鏈段熱裂解的反應(yīng), 在這一階段中,由于各種膠料的性質(zhì)不同,因而表現(xiàn)有不同的趨向,有些膠料(抗熱降解性好)仍保持平坦性(如圖中的EF),通常用硫磺硫化的乙丙膠,丁晴膠, 氯丁膠等會出現(xiàn)此現(xiàn)象;有些膠料(抗熱降解性差),則出現(xiàn)力矩下降(如曲線EG),這是膠料在過硫階段中發(fā)生網(wǎng)構(gòu)熱裂解所致,通常用非硫磺硫化的天然膠,硅橡膠, 硅氟橡膠等都會出現(xiàn);有些膠料在過硫化階段中產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化作用,因此曲線的力矩仍繼續(xù)緩緩上升(如曲線的EH),通常用非硫磺硫化的丁苯膠, 丁晴膠, 氯丁膠, 乙丙膠等都會出現(xiàn)這種現(xiàn)象.
對于具有明顯zui大力矩的典型硫化曲線,各種硫化參數(shù)都可以從曲線上確定:
1) 起始力矩M0 : 反映試驗開始時膠料的起始粘度;
2) zui小力矩ML: 反映膠料在硫化溫度下的粘度;
zui小力矩與膠料可塑性有良好的相關(guān)性,與可塑性是負(fù)相關(guān),即可塑性大,則zui小
力矩小.
3) zui大力矩MH:為理論上的正硫化時間,代表zui大交聯(lián)度,取值可以沿zui小力矩
點(diǎn)作一條與時間軸平行的延線,則從延線到硫化曲線平坦部分之間的間距即為zui大力矩,zui大力矩顯示了膠料的物理特性,即zui大力矩與膠料硬度及定伸有良好的相關(guān)性,是正相關(guān), zui大力矩大則膠料硬度和定伸高.
4) 焦燒時間ts1(或t10):膠料在硫化溫度下加熱至出現(xiàn)焦燒的時間.由于橡膠具有熱積累的特性,所以膠料的實際焦燒時間包括操作焦燒時間和剩余焦燒時間, 操作焦燒時間是指在橡膠加工過程中由于熱積累效應(yīng)所消耗的時間,它取決于加工程度(如膠料翻煉次數(shù),熱煉程度,壓延,壓出等), 剩余焦燒時間是指膠料在模型加熱時保持流動性的時間,對于一般的膠料來說,經(jīng)過不同工藝加工后的膠料剩余焦燒時間是不同的.
焦燒時間t10=[ML+(MH-ML)x10%]所對應(yīng)的時間,意即:此膠料已達(dá)到10%的
交聯(lián)度,已不適應(yīng)加工了;標(biāo)準(zhǔn)采用ts1作為焦燒點(diǎn):當(dāng)硫化儀振幅為1°角時,焦燒點(diǎn)用ts1表示,ts1=(ML+0.1NM)所對應(yīng)的時間;如用3°角時, 則焦燒點(diǎn)用ts2表示, ts2=(ML+0.2NM)所對應(yīng)的時間.
試驗時轉(zhuǎn)子(或模腔)振幅大,曲線轉(zhuǎn)矩也大,但采用大振幅時,膠料硫化后試料與模腔間容易打滑,所以為了防止打滑,目前傾向于采用小振幅進(jìn)行試驗,另外,轉(zhuǎn)子污染也是造成打滑的原因之一,且振幅愈小時,干凈與污染的轉(zhuǎn)子所繪的硫化曲線比較接近,從這一點(diǎn)上說采用小振幅進(jìn)行試驗也是比較好的,同時為了試驗的正確性,應(yīng)經(jīng)常使轉(zhuǎn)子(或模腔體)保持清潔.
5) 正硫化時間(zui宜硫化時間)t90:代表膠料達(dá)到*性能狀態(tài)時的硫化時間,也是工藝上的正硫化時間,t90=[ML+(MH-ML)x10%]所對應(yīng)的時間,習(xí)慣上,正硫化時間是指抗張強(qiáng)度達(dá)到zui高點(diǎn)略前的時間,或取定伸曲線迅速下降的那個轉(zhuǎn)折點(diǎn),也有以抗張強(qiáng)度zui高值的點(diǎn)作為正硫化點(diǎn)的,實際上,從硫化曲線的發(fā)展來看,在熱硫化階段中,力矩上升速度很快,隨后則轉(zhuǎn)為緩慢上升,至出現(xiàn)zui大值(或繼續(xù)緩慢上升,或轉(zhuǎn)為下降),也就是說,大部分90%的交聯(lián)鍵是在熱硫化階段生成,只有小部分(10%以下)的交聯(lián)鍵是在后繼階段生成的,所以從經(jīng)濟(jì)角度來看,一般選用t90作為工藝上的正硫化時間,對于大多數(shù)制品來說,選用t90作為正硫化時間,已基本上滿足使用性能的要求.
6) 硫化速率:它是反映硫化反應(yīng)進(jìn)行得快慢的一個參數(shù),膠料的硫化速率與配方
中的促進(jìn)劑品種及用量有關(guān),其取值為t90與t10之差的倒數(shù),在陡峭區(qū)域內(nèi),硫化曲線的斜率就是兩個點(diǎn)(即t90與t10兩個點(diǎn))間的力矩差除以時間差.
7)其他應(yīng)用:用硫化儀也可代替目前各下降廠所用的測定硬度,比重,可塑性, 定伸強(qiáng)度,扯拉伸長率及*變形等習(xí)慣的快檢控制方法