橡膠硫化儀干什么用的

揚(yáng)州市精卓試驗(yàn)機(jī)械廠橡膠硫化儀測控系統(tǒng)分析圖

*章  關(guān)于橡膠硫化的一些基本知識(shí)---------------------------- 1

一.       橡膠的硫化及反應(yīng)過程------------------------------------- 1

1.硫化反應(yīng)過程------------------------------------------------- 1

二. 硫化歷程圖----------------------------------------------------- 2

三.   硫化儀的基本原理------------------------------------------- 3

1. 概述 ------------------------------------------------------------ 4

2. 硫化儀主機(jī)機(jī)械原理 ---------------------------------------- 5

3.電腦型密閉無轉(zhuǎn)子硫化儀簡要介紹 ----------------------- 6

        第二章  硫化儀在橡膠工業(yè)中的應(yīng)用 ------------------------------7

1.高溫,快檢 ------------------------------------------------------ 8

2.鑒定原材料 -----------------------------------------------------9

3.用于配方研究 -------------------------------------------------10

4.計(jì)算硫化溫度系數(shù)K值和膠料活化能E值 ------------- 11

5.計(jì)算硫化效應(yīng),硫化強(qiáng)度,硫化條件的任意換算---------- 12

6.用硫化儀確定硫化工藝條件--------------------------------13

7.其他應(yīng)用 ----------------------------------------------------- 14

編者按:本文由力控儀器科技上海研究所編寫,由于編者水平有限,文中不當(dāng)和錯(cuò)誤之處,

敬請讀者批評(píng)指正,參考的有:

1.     中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)<<橡膠膠料硫化特性的測定>>(振蕩圓盤硫化儀法)

2.     橡膠工業(yè)手冊第六分冊下冊P49~50.

3.     硫化儀在我廠的應(yīng)用   邢臺(tái)輪胎廠  

4.    硫化儀使用說明書  

5.    *章  關(guān)于橡膠硫化的一些基本知識(shí)

一.  橡膠的硫化及反應(yīng)過程:

硫化是橡膠制品加工過程的zui后一個(gè)工序,在這個(gè)工序中,橡膠經(jīng)歷著一系列復(fù)雜的化學(xué)變化,使塑性的橡膠變?yōu)閺椥缘幕蛴捕鹊南鹉z,從而獲得更完善的物理機(jī)械性能和化學(xué)性能,使橡膠成為更有使用價(jià)值的材料,因此,橡膠對硫化制品制造和應(yīng)用都具有十分重要的意義.

硫化過程是橡膠大分子鍵發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)的過程,所謂硫化,就是在加熱條件下,膠料中的生膠與硫化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使橡膠由線形結(jié)構(gòu)的大分子交聯(lián)成為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子,并使膠料的物理機(jī)械性能及其它性能有明顯地改善,這個(gè)過程就稱為硫化.就大多數(shù)橡膠制品來說(特別是在工業(yè)生產(chǎn)中,這種交聯(lián)反應(yīng)的過程是在一定的溫度,時(shí)間和壓力的條件下完成的,這些條件就稱為硫化條件,而如何來制定制品的硫化條件,以及如何在生產(chǎn)中使這些已確定下來的條件得以實(shí)施,這些就是在硫化工藝中的技術(shù)條件工作,而硫化儀在硫化工藝的技術(shù)工作中起著十分重要的作用.

1. 硫化反應(yīng)過程

硫化反應(yīng)過程是化學(xué)反應(yīng)過程,它包含橡膠分子與硫化劑及其它配合劑之間發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)以及在形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時(shí)伴隨發(fā)生各種反應(yīng),在這眾多的反應(yīng)中,仍以橡膠分子與硫化劑之間的反應(yīng)為主,它是生成大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的基本反應(yīng),對于大多數(shù)含有有機(jī)促進(jìn)劑(硫磺)的硫化體系的膠料來說,其硫化反應(yīng)歷程可大致如下:

                                                                     促進(jìn)劑     活性劑

                                                                                   ↓  硫磺

(1)    誘導(dǎo)階段                                           促進(jìn)劑多硫化合物

      (T10相同)                                                     ↓  橡膠

                                                                     含橡膠分子鏈的硫化合物

                                                                                   ↓  分解

                                                                 自由基(或離子)

(2)交聯(lián)反應(yīng)階段                                                   ↓   橡膠

                                                                     交聯(lián)

(3)網(wǎng)構(gòu)形成階段                                         交聯(lián)鍵重排,裂解,主鍵改性

  網(wǎng)構(gòu)成熟階段                                         硫化膠 ↓

以上看出硫化反應(yīng)歷程大體分為三個(gè)階段:

*階段為誘導(dǎo)階段,在這個(gè)階段中首先是硫磺分子和促進(jìn)劑體系之間反應(yīng)生成一種活性更大的中間化合物,然后進(jìn)一步引發(fā)橡膠分子鏈,形成可交聯(lián)的自由基(或離子)與橡膠分子鏈之間產(chǎn)生連鎖反應(yīng),生成交聯(lián)鏈,第三階段為網(wǎng)構(gòu)形成階段,在這一階段的前期交聯(lián)反應(yīng)已趨于完成,產(chǎn)生的交聯(lián)鏈發(fā)生重排和裂解等反應(yīng),在這一階段的后期交聯(lián)反應(yīng)已基本停止,隨之而發(fā)生的是交聯(lián)鏈重排和熱裂解等反應(yīng),zui后得到網(wǎng)構(gòu)穩(wěn)定的硫化膠.

二.  硫化歷程圖:

在硫化過程中,橡膠的各種性能隨著硫化時(shí)間而變化,若將橡膠的某一性能變化與時(shí)間作曲線圖,則可從曲線圖中可以表現(xiàn)出整個(gè)硫化歷程,所以這種曲線圖叫做硫化歷程圖.zui常見的硫化歷程圖如圖一所示:

圖中的曲線,前半部分由門尼焦燒曲線組成,后半部則由扯斷強(qiáng)度曲線組成,橡膠的硫化歷程可分為四個(gè)階段,即焦燒階段,熱硫化階段,平坦硫化階段,過硫化階段.

(1)焦燒階段---圖中的AB段

       它是指熱硫化前延遲作用時(shí)間,相當(dāng)于前述的硫化反應(yīng)中的誘導(dǎo)期,焦燒時(shí)間的長短,是由膠料的配方所決定的, 其中主要受促進(jìn)劑的影響,而操作過程中的熱歷史也是一個(gè)重要的因素.

      由于橡膠具有熱積累的特性,所以膠料的實(shí)際焦燒時(shí)間,包括操作焦燒時(shí)間A1和剩余焦燒時(shí)間A2兩部分,操作焦燒時(shí)間是指在橡膠加工過程中由于熱效應(yīng)所消耗掉的焦燒時(shí)間,它取決于加工程度,(如膠料翻煉次數(shù),熱煉程度及壓延壓出等),剩余焦燒時(shí)間是指膠料在模型加熱時(shí)保持流動(dòng)性的時(shí)間,在操作焦燒時(shí)間和剩余焦燒時(shí)間之間沒有固定的階限,它隨膠料操作和放條件不同而變化,如果一個(gè)膠料經(jīng)歷的加工越多,它占去的焦燒時(shí)間就越多如圖A1’所示,則剩余焦燒時(shí)間就越小如圖中A2’所示,膠料在模型中流動(dòng)時(shí)間越少,因此一般膠料都應(yīng)避免經(jīng)受反復(fù)多次的機(jī)械作用.

(2)熱硫化階段---如圖中的BC段

這一階段相當(dāng)于硫化反應(yīng)中的交聯(lián)階段,在這一階段中膠料進(jìn)行著交聯(lián)反應(yīng),逐漸生成網(wǎng)構(gòu),于是橡膠的彈性和抗張性能急劇上升,熱硫化時(shí)間的長短是由交聯(lián)配方所決定的,它是交聯(lián)固有的,常作為恒量每種膠料硫化反應(yīng)進(jìn)行快慢的標(biāo)志.

(3)平坦硫化階段---如圖中的CD段

相當(dāng)于硫化反應(yīng)中網(wǎng)構(gòu),成熟期的前半期,這時(shí)交聯(lián)反應(yīng)已趨于完成,反應(yīng)速度已緩和下來,隨之而發(fā)生交聯(lián)鍵的重排,熱裂解等反應(yīng),因此膠料的抗張性能曲線出現(xiàn)平坦區(qū),平坦硫化時(shí)間的長短也決定于配方,(主要是促進(jìn)劑及防老劑),由于在這一階段中硫化保持有*性能,所以常作為取得產(chǎn)品質(zhì)量的硫化階段,為通常選取正硫化時(shí)間的范圍.

(4)過硫化階段----D后面部分

這一段相當(dāng)于硫化反應(yīng)中的網(wǎng)構(gòu)成熟期的后半期,在這一階段中主要是交聯(lián)鍵重排作用,以及交聯(lián)鍵和鍵段熱裂解的反應(yīng),因此膠料的抗張性能顯著下降.

在硫化歷程圖中,從膠料開始加熱時(shí)算起至出現(xiàn)平坦期為止所經(jīng)過的時(shí)間稱為產(chǎn)品硫化時(shí)間,也就是通常所說的"正硫化時(shí)間",它等于焦燒時(shí)間與熱硫化時(shí)間之和,但是由于焦燒時(shí)間有一部分為操作過程所消耗,所以實(shí)際上膠料在模型內(nèi)加熱硫化只有圖上B1的時(shí)間,所以我們做的每批膠料的剩余焦燒時(shí)間是會(huì)有波動(dòng)的,因此每批膠料的熱硫化時(shí)間也會(huì)有所波動(dòng),其波動(dòng)范圍在B1和B2之間.

硫化儀測出的硫化曲線是連續(xù)的曲線,從硫化曲線中可直接計(jì)算出各硫化階段所對應(yīng)的時(shí)間來.見圖2

三.  硫化儀的基本原理:

1.  概述:

硫化儀給出橡膠硫化工藝檢測膠料在硫化溫度下的交聯(lián)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線.從而確定膠料配方*

硫化點(diǎn)和選擇合理硫化條件的重要檢測手段.

   本儀器提供一條彈性模量S’對時(shí)間的曲線,這條光滑曲線在理想情況下適用于直接比較試驗(yàn).

   橡膠試片置于給定溫度和壓力的模腔內(nèi),以小角度擺動(dòng)模腔或轉(zhuǎn)子,施于試片以剪切應(yīng)變,擺動(dòng)模腔(或圓盤)所需的力(扭矩)正比于橡膠的剛性(剪切模量).橡膠試片在硫化過程中形成交聯(lián)時(shí),其剛性增加,所記錄的轉(zhuǎn)矩值或增至平衡值,或增至zui大值,于是得到一條完整的硫化曲線,獲得硫化曲線所需要的時(shí)間取決于試驗(yàn)溫度和橡膠試樣.

什么是硫化?硫化過程怎樣產(chǎn)生?硫化條件如何確定?

硫化過程是橡膠大分子鍵發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)的過程,硫化也就是在加熱條件下,膠料中的生膠與硫化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使膠料由線性結(jié)構(gòu)的大分子交聯(lián)成為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子,并使膠料的物理機(jī)械性能及其他性能有明顯的改善,這一過程稱為硫化,就大多數(shù)橡膠制品來說(特別在工業(yè)生產(chǎn)中),這種交聯(lián)反應(yīng)的過程是在一定的溫度,時(shí)間,和壓力的條件下完成的,這些條件稱為硫化條件,而如何來制定制品的硫化條件,以及如何在生產(chǎn)中使這些已確定下來的條件得以實(shí)施,這些就是在硫化工藝中的技術(shù),而硫化儀能方便正確地完成這一工作.

從硫化儀的硫化曲線可得到以下參數(shù):

   zui小轉(zhuǎn)矩        ML

   zui大轉(zhuǎn)矩        MH

   焦燒時(shí)間        ts1(分)=[ML+0.1NM]所對應(yīng)的時(shí)間

  正硫化時(shí)間       t90(分)=[ML+(MH-ML)x90%]所對應(yīng)的時(shí)間

硫化速度指數(shù)        Vc=100/[tc(x)-ts1]

zui低轉(zhuǎn)矩:取決于未硫化膠的剛度及其與剪切速度下的粘度成比例;

焦燒時(shí)間(早期硫化時(shí)間):是加工安全性的度量;

*硫化轉(zhuǎn)矩是膠料剪切模量或剛性的度量;

硫化速度指數(shù):是上升的硫化曲線的平均斜率;

硫化曲線能直觀方便的反映橡膠硫化的整個(gè)歷程.對于大多數(shù)含有有機(jī)促進(jìn)劑(硫磺)的硫化體系的膠料來說,其硫化反應(yīng)歷程可大致分為四個(gè)階段,見圖1.

2. 硫化儀主機(jī)機(jī)械原理:

有轉(zhuǎn)子硫化儀稱為圓盤振蕩式硫化儀,簡稱ODR;無轉(zhuǎn)子硫化儀稱為模腔振蕩式硫化儀,簡稱MDR.

主機(jī)包括:驅(qū)動(dòng)電機(jī),連桿,主軸,振蕩圓盤(或振蕩模腔),電加熱模腔,汽缸,氣路系統(tǒng),智能測控模塊等.

橡膠試樣置入電熱平板構(gòu)成的模腔內(nèi),模腔的溫度維持在±0.3℃波動(dòng)范圍內(nèi),對有轉(zhuǎn)子硫化儀來說,橡膠試樣將雙圓錐轉(zhuǎn)子包起來,對于無轉(zhuǎn)子模腔,膠料在上下模腔體內(nèi),模腔由固定的下口型和可上下移動(dòng)的上口型構(gòu)成,在試驗(yàn)時(shí)用壓縮空氣使其兩口閉合,對有轉(zhuǎn)子來說,作用于汽缸柱室上的標(biāo)準(zhǔn)空氣壓力為0.4～0.45Mpa,總合模壓力為1150Kg;對無轉(zhuǎn)子硫化儀來說,壓力在0.32Mpa, 總合模壓力為883Kg.

利用安裝在電機(jī)軸上的偏心塊,通過連桿,傳感器和主軸,使轉(zhuǎn)子擺動(dòng)(或擺動(dòng)模腔),擺角對有轉(zhuǎn)子硫化儀來說是±1°, ±3°±5°;對無轉(zhuǎn)子來說可以是±0.5°,±1°,擺動(dòng)時(shí),橋式傳感器產(chǎn)生一正比于橡膠剛性的電壓,并在每個(gè)應(yīng)變周期的峰值采樣,經(jīng)數(shù)據(jù)處理后得到彈性量對硫化時(shí)間的光滑連續(xù)的硫化曲線和各種數(shù)據(jù).密閉無轉(zhuǎn)子硫化儀的傳感器一般安裝在上模腔,好處是:沒有傳遞誤差,但必須注意隔熱.傳感器安裝在主軸上時(shí),必須克服密封圈摩擦力,只有模腔加工裝配特別時(shí),零力矩才能接近于零.零力矩太大時(shí)會(huì)影響數(shù)據(jù)的正確性.

3.電腦型密閉無轉(zhuǎn)子硫化儀簡要介紹:

該型硫化儀性能,操作方便,直觀,價(jià)格已大眾化,現(xiàn)在逐步得到普及.其核心為一智能測控模塊和智能測

控軟件組成.

智能測控模塊能獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集和溫度控制.

溫度控制采用變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)控制,溫控迅速,溫度穩(wěn)定,數(shù)據(jù)采集應(yīng)用24位A/D轉(zhuǎn)換和傅立葉變換處理,數(shù)據(jù)采集.智能測控模塊目前在國內(nèi)外處于地位.

智能測控軟件完成將溫度和硫化曲線在電腦的實(shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)可進(jìn)行檢索,統(tǒng)計(jì),分析.只要電腦硬盤的容量足夠大,試驗(yàn)數(shù)據(jù)就能*保存而不會(huì)丟失,這對企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量的提高是相當(dāng)有益的.

電氣連鎖實(shí)際上完成: 控制電磁閥線圈(電壓為+24V)與氣路系統(tǒng)相結(jié)合,來控制上下模腔的開,合,有機(jī)玻璃門的開,關(guān);控制固態(tài)繼電器的接通與斷開,來控制電機(jī)的啟動(dòng),停止;上下模腔加熱盤的加熱.

安裝于上下模腔內(nèi)的兩根分度號(hào)為Pt100的鉑熱電阻,檢測上下模腔的溫度變化,溫度變化引起鉑熱電阻阻值的變化,電阻的變化又轉(zhuǎn)換成電壓的變化,經(jīng)過24位A/D轉(zhuǎn)換,通過串行口發(fā)送到電腦,顯示在屏幕上;

同樣,扭矩的變化,轉(zhuǎn)換成傳感器阻值的變化, 又轉(zhuǎn)換成電壓的變化,經(jīng)過24位A/D轉(zhuǎn)換,通過串行口發(fā)送到電腦,顯示在屏幕上;而且扭矩的采樣是在擺角zui大時(shí),也就是在峰值時(shí)采樣,在扭矩峰值時(shí)送出一同步信號(hào)給微機(jī).峰值采樣的目的是提高信噪比.

當(dāng)模腔內(nèi)放入膠料,并且自動(dòng)/手動(dòng)開關(guān)在自動(dòng)狀態(tài), 合模時(shí),安裝于上模腔的磁鋼,使磁性開關(guān)閉合,微機(jī)接收到合模信號(hào)后,就送出+24V電壓,經(jīng)過2K電阻,加到控制電機(jī)的固態(tài)繼電器的正端,而使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),在曲線圖中,顯示實(shí)時(shí)的兩路溫度和轉(zhuǎn)矩信號(hào).安裝于電機(jī)慣性盤上的磁鋼以1.7HZ的頻率,送出峰值信號(hào),作為采集扭矩的同步信號(hào).當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束,微機(jī)會(huì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫,并且斷開+24V,而使電機(jī)停止.

控制溫度的微機(jī)信號(hào)實(shí)際上是一電平信號(hào)(0V),送到固態(tài)繼電器的負(fù)端,使其導(dǎo)通而加熱,高電平時(shí)斷開不加熱,這是一個(gè)0~5V的脈沖信號(hào).

為了使溫度控制更理想,還加入了檢測~220V電網(wǎng)電壓的信號(hào)(約+34V),微機(jī)能根據(jù)電網(wǎng)電壓的變化,不斷修正控溫參數(shù).

需要指出的是:合模信號(hào)的可靠性至關(guān)重要,它是試驗(yàn)開始的同步信號(hào),也是電機(jī)啟動(dòng)的信號(hào);另外峰值信號(hào)是采集轉(zhuǎn)矩信號(hào)的同步信號(hào),沒有它就采集不到扭矩信號(hào).因此,必須注意合模開關(guān)和霍爾開關(guān)的性能和安裝位置的和可靠性. 在剛開始加溫時(shí),自動(dòng)/手動(dòng)開關(guān)應(yīng)該在手動(dòng)位置,電機(jī)按鍵不能按下,否則溫度會(huì)失控.

第二章   硫化儀在橡膠工業(yè)中的應(yīng)用

1.        高溫,快檢:控制混煉膠的質(zhì)量,具體分兩方面:

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(shí),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(xiàng)指標(biāo),在三項(xiàng)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(jì)分析軟件才能自動(dòng)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(jí)和評(píng)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(píng)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(dòng)力學(xué)方面的問題.

4.        計(jì)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(shí),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(shí)際上K值一般在1.5~2.5之間變化,利用硫化儀計(jì)算K值又方便,計(jì)式如下:

t2 - t1

T₁/T₂ = K  ¹⁰                    (1)式

   式中: T₁ ------ 在溫度t1下的正硫化時(shí)間(分);

        T₂ ------ 在溫度t2下的正硫化時(shí)間(分);

      t1, t2 ------ 硫化溫度.

例如: 某一膠料在130℃時(shí)用硫化儀測得正硫化時(shí)間為20分鐘,而在140℃時(shí)測得其正硫化時(shí)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(shí)間T₁,T_2,

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(jì)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(shí)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(shí)間.

硫化強(qiáng)度是膠料在一定溫度下,單位時(shí)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(yàn)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(shí),硫化時(shí)間為20分鐘,現(xiàn)把溫度改為

140℃,求硫化時(shí)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(jì)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(xiàng)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(dòng)性,膠料在模腔溫度作用下逐漸變軟,產(chǎn)生流動(dòng),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(shí)

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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)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(huì)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(huì)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(huì)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(yàn)開始時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間ts1(或t10):膠料在硫化溫度下加熱至出現(xiàn)焦燒的時(shí)間.由于橡膠具有熱積累的特性,所以膠料的實(shí)際焦燒時(shí)間包括操作焦燒時(shí)間和剩余焦燒時(shí)間, 操作焦燒時(shí)間是指在橡膠加工過程中由于熱積累效應(yīng)所消耗的時(shí)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(shí)間是指膠料在模型加熱時(shí)保持流動(dòng)性的時(shí)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(shí)間是不同的.

焦燒時(shí)間t10=[ML+(MH-ML)x10%]所對應(yīng)的時(shí)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(shí),焦燒點(diǎn)用ts1表示,ts1=(ML+0.1NM)所對應(yīng)的時(shí)間;如用3°角時(shí), 則焦燒點(diǎn)用ts2表示, ts2=(ML+0.2NM)所對應(yīng)的時(shí)間.

試驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)子(或模腔)振幅大,曲線轉(zhuǎn)矩也大,但采用大振幅時(shí),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(yàn),另外,轉(zhuǎn)子污染也是造成打滑的原因之一,且振幅愈小時(shí),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(yàn)也是比較好的,同時(shí)為了試驗(yàn)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(shí)間(zui宜硫化時(shí)間)t90:代表膠料達(dá)到*性能狀態(tài)時(shí)的硫化時(shí)間,也是工藝上的正硫化時(shí)間,t90=[ML+(MH-ML)x10%]所對應(yīng)的時(shí)間,習(xí)慣上,正硫化時(shí)間是指抗張強(qiáng)度達(dá)到zui高點(diǎn)略前的時(shí)間,或取定伸曲線迅速下降的那個(gè)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(shí)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(shí)間,對于大多數(shù)制品來說,選用t90作為正硫化時(shí)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(gè)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(gè)點(diǎn)(即t90與t10兩個(gè)點(diǎn))間的力矩差除以時(shí)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.