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橡膠硫化工藝知識(shí)介紹
發(fā)布時(shí)間:
2023-04-26
一、傳統(tǒng)橡膠硫化工藝
1、影響硫化工藝過程的主要因素:
硫磺用量。其用量越大,硫化速度越快,可以達(dá)到的硫化程度也越高。硫磺在橡膠中的溶解度是有限的,過量的硫磺會(huì)由膠料表面析出,俗稱“噴硫”。為了減少噴硫現(xiàn)象,要求在盡可能低的溫度下,或者至少在硫磺的熔點(diǎn)以下加硫。根據(jù)橡膠制品的使用要求,硫磺在軟質(zhì)橡膠中的用量一般不超過3%,在半硬質(zhì)膠中用量一般為20%左右,在硬質(zhì)膠中的用量可高達(dá)40%以上。
硫化溫度。若溫度高10℃,硫化時(shí)間約縮短一半。由于橡膠是不良導(dǎo)熱體,制品的硫化進(jìn)程由于其各部位溫度的差異而不同。為了保證比較均勻的硫化程度,厚橡膠制品一般采用逐步升溫、低溫長(zhǎng)時(shí)間硫化。
2、硫化時(shí)間:這是硫化工藝的重要環(huán)節(jié),時(shí)間過短,硫化程度不足(亦稱欠硫)。時(shí)間過長(zhǎng),硫化程度過高(俗稱過硫)。只有適宜的硫化程度(俗稱正硫化),才能保證最佳的綜合性能。
二、按硫化條件可分為冷硫化、室溫硫化和熱硫化三類。
1、冷硫化可用于薄膜制品的硫化,制品在含有2%~5%氯化硫的二硫化碳溶液中浸漬,然后洗凈干燥即可。
2、室溫硫化時(shí),硫化過程在室溫和常壓下進(jìn)行,如使用室溫硫化膠漿(混煉膠溶液)進(jìn)行自行車內(nèi)胎接頭、修補(bǔ)等。
3、熱硫化是橡膠制品硫化的主要方法。根據(jù)硫化介質(zhì)及硫化方式的不同,熱硫化又可分為直接硫化、間接硫化和混氣硫化三種方法。
?、僦苯恿蚧瑢⒅破分苯又萌霟崴蛘羝橘|(zhì)中硫化。
②間接硫化,制品置于熱空氣中硫化,此法一般用于某些外觀要求嚴(yán)格的制品,如膠鞋等。
?、刍鞖饬蚧炔捎每諝饬蚧?,而后再改用直接蒸汽硫化。此法既可以克服蒸汽硫化影響制品外觀的缺點(diǎn),也可以克服由于熱空氣傳熱慢,而硫化時(shí)間長(zhǎng)和易老化的缺點(diǎn)。
三、 橡膠硫化過程
橡膠在未硫化之前,分子之間沒有產(chǎn)生交聯(lián),因此缺乏良好的物理機(jī)械性能,實(shí)用價(jià)值不大。當(dāng)橡膠加入硫化劑以后,經(jīng)熱處理或其他方式能使橡膠分子之間產(chǎn)生交聯(lián),形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而使其性能大大改善,尤其是橡膠的定伸應(yīng)力、彈性、硬度、拉伸強(qiáng)度等一系列物理機(jī)械性能都會(huì)大大提高。橡膠大分子在加熱下與交聯(lián)劑硫磺發(fā)生化學(xué)反應(yīng),交聯(lián)成為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的過程。經(jīng)過硫化后的橡膠稱硫化膠。硫化是橡膠加工中的最后一個(gè)工序,可以得到定型的具有實(shí)用價(jià)值的橡膠制品。
四、注壓成型硫化工藝:
普通模壓與注壓最明顯的區(qū)別在于前者膠料是以冷的狀態(tài)充入模腔的,而后者則是將膠料加熱混合,并在接近硫化溫度下注入模腔。因而,在注壓過程中,加熱模板所提供的熱量?jī)H僅只用于維持硫化,它能很快將膠料加熱到190℃-220℃。在模壓過程中,由加熱模板所提供的熱量首先要用于預(yù)熱膠料,由于橡膠的導(dǎo)熱性能差,如果制品很厚,熱量要傳導(dǎo)到制品中心需要較長(zhǎng)的時(shí)間。采用高溫硫化也可在一定程度上縮短操作時(shí)間,但往往導(dǎo)致靠近熱板的制品邊緣出現(xiàn)焦燒。采用注壓法硫化,可以縮短成型周期,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作,這對(duì)大批量生產(chǎn)最為有利。注壓還具有以下優(yōu)點(diǎn):可以省去半成品準(zhǔn)備、起模和制品修邊等工序;可以生產(chǎn)出尺寸穩(wěn)定、物理機(jī)械性能優(yōu)異的高質(zhì)量產(chǎn)品;減少硫化時(shí)間,提高生產(chǎn)效率,減少膠料用量,降低成本,減少廢品,提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
五、注壓成型硫化工藝注意事項(xiàng):
采用合理的螺桿轉(zhuǎn)速、背壓,控制適當(dāng)?shù)淖⑸錂C(jī)溫度。一般地,應(yīng)保持出料口膠溫和控制循環(huán)溫度之差不大于30度為宜。注射機(jī)螺桿的用途是在選定的和均勻的溫度下為每一循環(huán)制備足夠量的膠料;它明顯地影響著注射機(jī)的產(chǎn)量。背壓是通過放慢注射缸中出油口的流量而產(chǎn)生的,并對(duì)注射機(jī)所射出膠料,對(duì)注射油缸的推擠作用進(jìn)行限制。實(shí)踐中,背壓只會(huì)稍微增加對(duì)膠料的剪切,而不會(huì)引起硫化制品物理性能的降低。
噴嘴的設(shè)計(jì):
噴嘴連接注射機(jī)頭和模具,同時(shí)對(duì)熱平衡有一定作用。經(jīng)過噴嘴的壓力損失會(huì)經(jīng)由注射而轉(zhuǎn)換成為熱量。膠料絕不允許在這個(gè)部位硫化。因此,選擇合適的噴嘴直徑非常重要,它影響著噴嘴部位的摩擦生熱、膠料注射時(shí)所需要的壓力和充模時(shí)間。
合適的模具溫度,最佳的硫化條件。在選擇好膠料的最佳配合之后,重要的就是注射成型條件與硫化條件的相互配合。注壓成型與模壓成型相比,由于模具表面、內(nèi)部溫度分布不同,要實(shí)現(xiàn)良好的硫化就必須對(duì)溫度進(jìn)行高精度控制,使模具表面、內(nèi)部同時(shí)達(dá)到最佳硫化條件。高溫會(huì)增大橡膠的收縮率,但二者關(guān)系是線性的,在生產(chǎn)前應(yīng)有充分的估計(jì)。此外,就成型壓力而言,高壓成型是極為有利的,因?yàn)閴毫εc收縮成反比關(guān)系。
安全合理的膠料配方設(shè)計(jì)。對(duì)于進(jìn)行注壓硫化成型的膠料,要求其具有以下特性:
膠料的門尼焦燒時(shí)間應(yīng)當(dāng)盡可能的長(zhǎng),以獲得最大的安全性。通常,門尼焦燒時(shí)間應(yīng)比膠料在機(jī)筒中的停留時(shí)間長(zhǎng)2倍。
硫化速度快,通過對(duì)不同膠料硫化體系的合理選擇,添加合適的促進(jìn)劑,使膠料在注壓硫化時(shí)有令人滿意的效率。流動(dòng)性良好,良好的流動(dòng)性能減少膠料的停留時(shí)間,減少注壓時(shí)間,并提高防焦燒能力。
六、氮?dú)饬蚧に?/strong>
采用充氮?dú)饬蚧闹饕獌?yōu)點(diǎn)是節(jié)能和延長(zhǎng)膠囊壽命,可節(jié)省蒸汽80%,膠囊使用壽命可延長(zhǎng)1倍。輪胎在硫化過程中要消耗大量熱能和電能,因此開發(fā)和推廣節(jié)能硫化工藝意義重大。由于氮?dú)夥肿恿啃 崛莺苄?,氮?dú)獬淙胼喬ツz囊內(nèi)腔時(shí),不會(huì)吸熱而引起溫度降低,也不易造成膠囊氧化裂解破壞。
七、氮?dú)饬蚧墓に囂攸c(diǎn)
先通高溫高壓蒸汽,若干分鐘后切換通入氮?dú)?,利用充氮硫化?ldquo;保壓變溫”工藝硫化至結(jié)束。因?yàn)樽畛跬ㄈ霂追昼娬羝臒崃孔銐虮3至蚧粭l輪胎,理論上只要在完成硫化之前溫度不降到150℃以下即可。但是,采用氮?dú)饬蚧瘯r(shí),首先通入的是高溫高壓蒸汽,會(huì)造成上下胎側(cè)的溫差,要消除上下胎側(cè)的硫化溫差,必須合理布置硫化介質(zhì)噴射的位置,改進(jìn)密封和熱工管路系統(tǒng)。硫化用氮?dú)獾募兌纫筮_(dá)99.99%,最好達(dá)到99.999%,并建議企業(yè)自配制氮系統(tǒng),以降低使用成本。氮?dú)饧兌炔粔?,?huì)影響膠囊的使用壽命。 將氮?dú)饬蚧?ldquo;保壓變溫”硫化原理應(yīng)用于傳統(tǒng)循環(huán)過熱水硫化工藝的改造,人們又開發(fā)出了用高溫高壓蒸汽加過熱水的硫化工藝取代常規(guī)的循環(huán)過熱水硫化工藝。硫化時(shí),先通入高溫高壓蒸汽,若干分鐘后切換通入循環(huán)過熱水,再過若干分鐘后關(guān)閉回水閥停止循環(huán),直到利用潛熱硫化至結(jié)束。采用這種新的加熱硫化方法,據(jù)理論計(jì)算,其能耗僅是傳統(tǒng)硫化工藝方法的1/2。
八、硫化工藝 測(cè)溫
高溫硫化工藝過程的關(guān)鍵因素
進(jìn)行硫化測(cè)溫,找到制品中的最慢硫化點(diǎn),以該點(diǎn)為依據(jù)來確定硫化時(shí)間,效果較前兩種好。利用該法可不同程度地提高硫化效率,改善硫化程度的均勻性。但由于實(shí)際生產(chǎn)中只考察外溫,輪胎各部位的實(shí)際溫度并不確知,加上并不是每次溫度固定不變,因此根據(jù)測(cè)溫計(jì)算出的結(jié)果與實(shí)際硫化的結(jié)果有較大誤差。
橡膠厚制品硫化過程溫度場(chǎng)模擬仿真與預(yù)測(cè)表明,溫度不均勻是造成輪胎外胎硫化程度不均勻的主要因素。橡膠工業(yè)普遍認(rèn)為外溫恒定是保證質(zhì)量的重要條件,從設(shè)備上要千方百計(jì)地實(shí)現(xiàn)恒溫。這對(duì)非厚橡膠制品來說是正確的,而對(duì)輪胎外胎等厚橡膠制品則不然。輪胎在模型中加熱硫化,熱經(jīng)由模型傳到外胎各部位。橡膠是熱的不良導(dǎo)體,溫升慢,加熱早期外胎各部位存在明顯的溫度梯度,經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到平衡。