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15 硫化工艺.ppt
§15 硫化工艺 一.正硫化及其测定方法 (一)正硫化及正硫化时间 1.正硫化:橡胶制品性能达到最佳值时的硫化状态。 2.正硫化时间:达到正硫化状态所需要的时间。 3.欠硫:处于正硫化前期,或者说硫化最佳状态之前的状态。 4.过硫:处于正硫化后期,或者说硫化最佳状态之后的状态。 (二)正硫化时间的测定方法 1.物理—化学法 (1)游离硫测定法(理论正硫化时间) (2)溶胀法(理论正硫化时间) 2.物理机械性能测定法 (1)300%定伸应力法(理论正硫化时间) (2)拉伸强度法(工艺正硫化时间) (3)压缩永久变形法(理论正硫化时间) (4)综合取值法 3.专用仪器法 用于测定橡胶硫化特性的测试仪器有各类硫化仪和门尼粘度计。 (1)硫化仪法 (2)门尼粘度仪 门尼焦烧时间t5:随硫化时间增加,胶料门尼值下降到最低点又开始上升,一般由最低点上升至5个门尼值的时间称为门尼焦烧时间。 门尼硫化时间t35:由最低点上升至35个门尼值所需硫化时间称为门尼硫化时间。 正硫化时间= t5+10(t35- t5) 门尼硫化速度(Δt30):Δt30= t35-t5 二.硫化条件的选取及确定 硫化条件通常指硫化压力、温度和时间——硫化三要素。 (一)硫化压力 橡胶制品硫化时都需要施加压力,其目的是: 防止胶料产生气泡,提高胶料的致密性; 使胶料流动,充满模具,以制得花纹清晰的制品; 提高制品中各层(胶层与布层或金属层、布层与布层)之间的粘着力,改善硫化胶的物理性能(如耐屈挠性能)。 一般来说,硫化压力的选取应根据产品类型、配方、可塑性等因素决定。 原则上应遵循以下规律:可塑性大,压力宜小些;产品厚、层数多、结构复杂压力宜大些;薄制品压宜小些,甚至可用常压。 硫化加压的方式有以下几种: (1)液压泵通过平板硫化机把压力传递给模具,再由模具传递给胶料; (2)由硫化介质(如蒸汽)直接加压; (3)由压缩空气加压; (4)由注射机注射。 (二)硫化温度和硫化时间 硫化温度是硫化反应的最基本条件。硫化温度的高低,可直接影响硫化速度、产品质量和企业的经济效益。 硫化温度高,硫化速度快,生产效率高;反之生产效率低。 提高硫化温度会导致以下问题: (1)引起橡胶分子链裂解和硫化返原,导致胶料力学性能下降; (2)使橡胶制品中的纺织物强度降低; (3)导致胶料焦烧时间缩短,减少了充模时间,造成制品局部缺胶; (4)由于厚制品会增加制品的内外温差,导致硫化不均。 硫化温度的选取应综合考虑橡胶的种类、硫化体系及制品结构等因素。 各种橡胶的最宜硫化温度一般是: NR143℃;SBR180℃;IR、BR、CR151℃;IIR170℃;NBR180℃ (二)硫化温度和硫化时间 1.等效硫化时间的计算 (1)通过范特霍夫方程计算等效硫化时间 根据范特霍夫方程,硫化温度和硫化时间的关系可用下式表示: 式中 τ1—温度为t1的正硫化时间,min; τ2—温度为t2的正硫化时间,min; K—硫化温度系数。 例:已知某一胶料在140℃时的正硫化时间是20min,利用范特霍夫方程可计算出130℃和150℃时的等效硫化时间。 130℃的等效硫化时间为40min;150℃的等效硫化时间为10min。 (2)利用阿累尼乌斯方程计算等效硫化时间 阿累尼乌斯方程式如下: ln(τ1/τ2)=E/R((t2- t1)/ t2 t1) 式中 τ1—温度为t1的正硫化时间,min; τ2—温度为t2的正硫化时间,min; R—气体常数,R=8.3143J/(mol.k); E—硫化反应活化能,KJ/mol。 利用以上公式可求出不同温度下的等效硫化时间。 例如,已知胶料的硫化反应活化能E=92KJ/mol,在140℃时正硫化时间为30min,利用公式计算150℃时等效硫化时间。 已知: τ1=30min;t1=(273+140)=413K;t2=(273+150)=423K;τ2=? log(30/τ2)=(92/(2.303×0.008314)) ×(423-413)/423×413 τ2=15.7min 2.硫化效应的计算 (1)硫化效应的计算 硫化效应等于硫化强度和硫化时间的乘积,即: E=I·t 式中 E—硫化效应;I—硫化强度;t—硫化时间 硫化强度是胶料在一定温度下单位时间内所达到的硫化程度。它与硫化温度系数和硫化温度有关。 I=K(T-100)/10 式中 K—硫化温度系数(由实验测定,或一般取K=2) T—硫化温度 在实际计算中,由于每一种胶料硫化时,在硫化曲线上都有一段平坦范围,因此在改变硫化条件时,一般只要把改变后的硫化效应控制在原来的硫化条件的最小和最大硫化效应的范围内,制品的物理机械性能就可相近。设原来的最大硫
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