Método para controlar el proceso de vulcanización. Vulcanización y sus características Tecnología de vulcanización en caliente para neumáticos con sus propias manos.

El caucho natural no siempre es adecuado para fabricar piezas. Esto se debe a que su elasticidad natural es muy baja y depende en gran medida de la temperatura exterior. A temperaturas cercanas a 0ºC, el caucho se vuelve duro o, cuando se baja más, se vuelve quebradizo. A una temperatura de aproximadamente + 30 grados, el caucho comienza a ablandarse y, con un calentamiento adicional, se funde. Cuando se enfría, no recupera sus propiedades originales.

Para garantizar las propiedades operativas y técnicas necesarias del caucho, se le añaden diversas sustancias y materiales: negro de humo, tiza, suavizantes, etc.

En la práctica, se utilizan varios métodos de vulcanización, pero tienen una cosa en común: el procesamiento de materias primas con azufre de vulcanización. Algunos libros de texto y normativas establecen que los compuestos de azufre pueden utilizarse como agentes vulcanizantes, pero en realidad sólo pueden considerarse como tales porque contienen azufre. De lo contrario, pueden afectar a la vulcanización al igual que otras sustancias que no contienen compuestos de azufre.

Hace un tiempo se realizaron investigaciones respecto al tratamiento del caucho con compuestos orgánicos y determinadas sustancias, por ejemplo:

• fósforo;
• selenio;
• trinitrobenceno y varios otros.

Pero los estudios han demostrado que estas sustancias no tienen ningún valor práctico en términos de vulcanización.

Proceso de vulcanización

El proceso de vulcanización del caucho se puede dividir en frío y caliente. El primero se puede dividir en dos tipos. El primero implica el uso de semicloruro de azufre. El mecanismo de vulcanización con esta sustancia se ve así. Una pieza de trabajo de caucho natural se coloca en el vapor de esta sustancia (S2Cl2) o en su solución, a base de algún disolvente. El disolvente debe cumplir dos requisitos:

1. No debe reaccionar con el semicloruro de azufre.
2. Debería disolver la goma.

Como regla general, se pueden utilizar como disolvente disulfuro de carbono, gasolina y varios otros. La presencia de semicloruro de azufre en el líquido impide que el caucho se disuelva. La esencia de este proceso es saturar el caucho con este químico.

La duración del proceso de vulcanización con la participación de S2Cl2 determina en última instancia las características técnicas del producto terminado, incluidas la elasticidad y la resistencia.

El tiempo de vulcanización en una solución al 2% puede ser de varios segundos o minutos. Si el proceso dura demasiado, puede producirse la llamada sobrevulcanización, es decir, las piezas pierden su plasticidad y se vuelven muy quebradizas. La experiencia demuestra que con un espesor de producto de aproximadamente un milímetro, la operación de vulcanización se puede realizar en unos pocos segundos.

Esta tecnología de vulcanización es la solución óptima para procesar piezas con paredes delgadas: tubos, guantes, etc. Pero en este caso es necesario observar estrictamente los modos de procesamiento, de lo contrario, la capa superior de las piezas puede vulcanizarse más que la capas internas.

Al final de la operación de vulcanización, las piezas resultantes deben lavarse con agua o con una solución alcalina.

Existe un segundo método de vulcanización en frío. Los espacios en blanco de goma con una pared delgada se colocan en una atmósfera saturada de SO2. Después de un cierto tiempo, las piezas de trabajo se trasladan a una cámara donde se bombea H2S (sulfuro de hidrógeno). El tiempo de permanencia de las piezas en dichas cámaras es de 15 a 25 minutos. Este tiempo es suficiente para completar la vulcanización. Esta tecnología se utiliza con éxito para procesar costuras pegadas, lo que les confiere una alta resistencia.

Los cauchos especiales se procesan con resinas sintéticas, la vulcanización con ellos no difiere de la descrita anteriormente.

vulcanización en caliente

La tecnología para dicha vulcanización es la siguiente. Al caucho en bruto moldeado se le añade una cierta cantidad de azufre y aditivos especiales. Como regla general, el volumen de azufre debe estar en el rango de 5 a 10%, la cifra final se determina en función del propósito y la dureza de la futura pieza. Además del azufre, se añade el llamado caucho cuerno (caucho duro), que contiene entre un 20 y un 50 % de azufre. En la siguiente etapa, se forman espacios en blanco a partir del material resultante y se calientan, es decir. curación.

El calentamiento se realiza mediante varios métodos. Los espacios en blanco se colocan en moldes de metal o se enrollan en tela. Las estructuras resultantes se colocan en un horno calentado a 130 - 140 grados Celsius. Para aumentar la eficiencia de la vulcanización, se puede crear un exceso de presión en el horno.

Los espacios en blanco formados se pueden colocar en un autoclave que contenga vapor de agua sobrecalentado. O se colocan en una prensa calentada. De hecho, este método es el más común en la práctica.

Las propiedades del caucho vulcanizado dependen de muchas condiciones. Por eso la vulcanización se considera una de las operaciones más complejas utilizadas en la producción de caucho. Además, la calidad de la materia prima y el método de preprocesamiento juegan un papel importante. No debemos olvidarnos del volumen de azufre añadido, la temperatura, la duración y el método de vulcanización. Al final, las propiedades del producto acabado también se ven afectadas por la presencia de impurezas de diversos orígenes. De hecho, la presencia de muchas impurezas permite una vulcanización adecuada.

EN últimos años Los aceleradores comenzaron a utilizarse en la industria del caucho. Estas sustancias agregadas a la mezcla de caucho aceleran los procesos, reducen los costos de energía, es decir, estos aditivos optimizan el procesamiento de la pieza de trabajo.

Al implementar la vulcanización en caliente al aire es necesaria la presencia de óxido de plomo, además, puede ser necesaria la presencia de sales de plomo en combinación con ácidos orgánicos o con compuestos que contengan hidróxidos ácidos.

Las siguientes sustancias se utilizan como aceleradores:

• sulfuro de tiuramida;
• xantatos;
• Mercaptobenzotiazol.

La vulcanización realizada bajo la influencia del vapor de agua se puede reducir significativamente si se utilizan productos químicos como álcalis: Ca(OH)2, MgO, NaOH, KOH o sales Na2CO3, Na2CS3. Además, las sales de potasio ayudarán a acelerar los procesos.

También existen aceleradores orgánicos, estas son aminas, y todo un grupo de compuestos que no están incluidos en ningún grupo. Por ejemplo, se trata de derivados de sustancias como aminas, amoníaco y muchas otras.

En la producción se utilizan con mayor frecuencia difenilguanidina, hexametilentetramina y muchos otros. No es raro que se utilice óxido de zinc para mejorar la actividad de los aceleradores.

Además de los aditivos y aceleradores, desempeñan un papel importante ambiente. Por ejemplo, la presencia de aire atmosférico crea condiciones desfavorables para la vulcanización a presión estándar. Además del aire, el anhídrido carbónico y el nitrógeno tienen un efecto negativo. Mientras tanto, el amoníaco o el sulfuro de hidrógeno tienen un efecto positivo en el proceso de vulcanización.

El procedimiento de vulcanización confiere al caucho nuevas propiedades y modifica las existentes. En particular, mejora su elasticidad, etc. El proceso de vulcanización se puede controlar midiendo constantemente las propiedades cambiantes. Para ello se utiliza normalmente la determinación de la resistencia a la tracción y la resistencia a la tracción. Pero estos métodos de control no son precisos y no se utilizan.

Caucho como producto de la vulcanización del caucho.

El caucho técnico es un material compuesto que contiene hasta 20 componentes que aportan diversas propiedades de este material. El caucho se produce vulcanizando caucho. Como se señaló anteriormente, durante el proceso de vulcanización, se forman macromoléculas que aseguran las propiedades operativas del caucho, garantizando así una alta resistencia del caucho.

La principal diferencia entre el caucho y muchos otros materiales es que tiene la capacidad de sufrir deformaciones elásticas, que pueden ocurrir a diferentes temperaturas, que van desde la temperatura ambiente hasta temperaturas mucho más bajas. El caucho supera significativamente al caucho en una serie de características, por ejemplo, se distingue por su elasticidad y resistencia, resistencia a cambios de temperatura, exposición a ambientes agresivos y mucho más.

Cemento para vulcanización

El cemento para vulcanización se utiliza para la operación de autovulcanización, puede comenzar desde 18 grados y para vulcanización en caliente hasta 150 grados. Este cemento no contiene hidrocarburos. También existe cemento tipo OTR utilizado para aplicación en superficies rugosas dentro de neumáticos, así como adhesivos de las series Type Top RAD y PN OTR con tiempo de secado extendido. El uso de dicho cemento permite lograr una larga vida útil de los neumáticos recauchutados utilizados en equipos de construcción especiales con un alto kilometraje.

Tecnología de vulcanización en caliente para neumáticos de bricolaje

Para realizar la vulcanización en caliente de un neumático o cámara, necesitará una prensa. La reacción de soldadura entre el caucho y la pieza se produce durante un cierto período de tiempo. Este tiempo depende del tamaño del área a reparar. La experiencia demuestra que, a la temperatura especificada, se necesitan 4 minutos para reparar daños de 1 mm de profundidad. Es decir, para reparar un defecto de 3 mm de profundidad, tendrás que dedicar 12 minutos de puro tiempo. No tenemos en cuenta el tiempo de preparación. Mientras tanto, la puesta en funcionamiento del dispositivo de vulcanización, según el modelo, puede tardar aproximadamente 1 hora.

La temperatura necesaria para la vulcanización en caliente oscila entre 140 y 150 grados Celsius. Para alcanzar esta temperatura no es necesario utilizar equipos industriales. Para reparar neumáticos usted mismo, es bastante aceptable utilizar electrodomésticos, por ejemplo, una plancha.

Eliminar defectos en un neumático o cámara de automóvil mediante un dispositivo de vulcanización es una operación que requiere bastante mano de obra. Tiene muchas sutilezas y detalles, por lo que consideraremos las principales etapas de reparación.

1. Para proporcionar acceso al lugar del daño, se debe quitar el neumático de la rueda.
2. Limpia la goma cerca del área dañada. Su superficie debería volverse rugosa.
3. Sople el área tratada con aire comprimido. El cordón que aparece afuera hay que quitarlo, se puede morder con un cortaalambres. El caucho debe tratarse con un compuesto desengrasante especial. El procesamiento debe realizarse por ambos lados, exterior e interior.
4. En el interior, se debe colocar un parche de tamaño previamente preparado en el área dañada. La colocación comienza desde el costado del talón del neumático hacia el centro.
5. Desde el exterior, se deben colocar en el lugar del daño trozos de caucho crudo, cortados en trozos de 10 a 15 mm, y primero se deben calentar en la estufa.
6. La goma colocada debe presionarse y nivelarse sobre la superficie del neumático. En este caso, es necesario asegurarse de que la capa de caucho bruto esté entre 3 y 5 mm por encima de la superficie de trabajo de la cámara.
7. Después de unos minutos, utilizando una amoladora angular (amoladora angular), es necesario quitar la capa de caucho crudo aplicado. Si la superficie desnuda está suelta, es decir, hay aire en ella, se debe quitar todo el caucho aplicado y se debe repetir la operación de aplicación del caucho. Si no hay aire en la capa de reparación, es decir, la superficie es lisa y no contiene poros, la pieza a reparar se puede enviar precalentada a la temperatura indicada anteriormente.
8. Para colocar con precisión el neumático en la prensa, tiene sentido marcar con tiza el centro del área defectuosa. Para evitar que las placas calentadas se peguen a la goma, se debe colocar papel grueso entre ellas.

Vulcanizador de bricolaje

Cualquier dispositivo de vulcanización en caliente debe contener dos componentes:

• un elemento calefactor;
• prensa.

Para hacer tu propio vulcanizador es posible que necesites:

• hierro;
• estufa eléctrica;
• Pistón del motor de combustión interna.

Un vulcanizador de bricolaje debe estar equipado con un regulador que pueda apagarlo cuando alcance la temperatura de funcionamiento (140-150 grados Celsius). Para una sujeción eficaz, puede utilizar una abrazadera normal.

Métodos básicos de vulcanización del caucho.. Para llevar a cabo el principal proceso químico de la tecnología del caucho, la vulcanización, se utilizan agentes vulcanizantes. La química del proceso de vulcanización consiste en la formación de una red espacial, que incluye macromoléculas de caucho lineales o ramificadas y entrecruzamientos. Tecnológicamente, la vulcanización consiste en procesar la mezcla de caucho a temperaturas desde normales hasta 220˚C bajo presión y menos frecuentemente sin ella.

En la mayoría de los casos, la vulcanización industrial se lleva a cabo utilizando sistemas de vulcanización que incluyen un agente de vulcanización, aceleradores y activadores de vulcanización y contribuyen a un proceso más eficiente de formación de una red espacial.

La interacción química entre el caucho y el agente vulcanizante está determinada por la actividad química del caucho, es decir, el grado de insaturación de sus cadenas, la presencia de grupos funcionales.

La actividad química de los cauchos insaturados se debe a la presencia de dobles enlaces en la cadena principal y a la mayor movilidad de los átomos de hidrógeno en los grupos α-metileno adyacentes al doble enlace. Por tanto, los cauchos insaturados se pueden vulcanizar con todos los compuestos que reaccionan con el doble enlace y sus grupos vecinos.

El principal agente vulcanizante de cauchos insaturados es el azufre, que suele utilizarse como sistema de vulcanización junto con aceleradores y sus activadores. Además del azufre, se pueden utilizar peróxidos orgánicos e inorgánicos, resinas de alquilfenol-formaldehído (APFR), compuestos diazo y compuestos de polihaluro.

La actividad química de los cauchos saturados es significativamente menor que la actividad de los cauchos insaturados, por lo que para la vulcanización es necesario utilizar sustancias con alta reactividad, por ejemplo varios peróxidos.

La vulcanización de cauchos saturados e insaturados se puede llevar a cabo no solo en presencia de agentes vulcanizantes químicos, sino también bajo la influencia de influencias físicas que inician transformaciones químicas. Se trata de radiación de alta energía (vulcanización por radiación), radiación ultravioleta (fotovulcanización), exposición prolongada a altas temperaturas (termovulcanización), acción de ondas de choque y algunas otras fuentes.

Los cauchos que tienen grupos funcionales se pueden vulcanizar a través de estos grupos utilizando sustancias que reaccionan con los grupos funcionales para formar un enlace cruzado.

Principios básicos del proceso de vulcanización. Independientemente del tipo de caucho y del sistema de vulcanización utilizado, durante el proceso de vulcanización se producen algunos cambios característicos en las propiedades del material:

La plasticidad de la mezcla de caucho disminuye drásticamente y aparece la resistencia y elasticidad de los vulcanizados. Por tanto, la resistencia de una mezcla de caucho en bruto a base de NC no supera los 1,5 MPa y la resistencia de un material vulcanizado no es inferior a 25 MPa.

La actividad química del caucho se reduce significativamente: en los cauchos insaturados disminuye el número de dobles enlaces, en los cauchos saturados y en los cauchos con grupos funcionales disminuye el número de centros activos. Debido a esto, aumenta la resistencia del vulcanizado a la oxidación y otras influencias agresivas.

Aumenta la resistencia del material vulcanizado a bajas y altas temperaturas. Así, el NK se endurece a 0ºС y se vuelve pegajoso a +100ºС, y el vulcanizado conserva su resistencia y elasticidad en el rango de temperatura de –20 a +100ºС.

Esta naturaleza del cambio en las propiedades del material durante la vulcanización indica claramente la aparición de procesos estructurantes que terminan en la formación de una red espacial tridimensional. Para que el vulcanizado conserve su elasticidad, las reticulaciones deben ser suficientemente escasas. Así, en el caso del NC, la flexibilidad termodinámica de la cadena se conserva si hay un entrecruzamiento por cada 600 átomos de carbono de la cadena principal.

El proceso de vulcanización también se caracteriza por algunos patrones generales de cambios en las propiedades dependiendo del tiempo de vulcanización a temperatura constante.

Dado que las propiedades de viscosidad de las mezclas cambian de manera más significativa, para estudiar la cinética de vulcanización se utilizan viscosímetros rotacionales de cizallamiento, en particular los reómetros de Monsanto. Estos dispositivos permiten estudiar el proceso de vulcanización a temperaturas de 100 a 200ºС durante 12 a 360 minutos con diversas fuerzas de corte. El registrador del dispositivo registra la dependencia del par del tiempo de vulcanización a temperatura constante, es decir, curva de vulcanización cinética, la cual tiene forma de S y varias secciones correspondientes a las etapas del proceso (Fig. 3).

La primera etapa de vulcanización se denomina período de inducción, etapa de quemado o etapa de prevulcanización. En esta etapa, la mezcla de caucho debe permanecer fluida y llenar bien todo el molde, por lo que sus propiedades se caracterizan por el momento cortante mínimo M min (viscosidad mínima) y el tiempo t s durante el cual el momento cortante aumenta en 2 unidades respecto al mínimo. .

La segunda etapa se llama período de vulcanización principal. Al final del período de inducción, las partículas activas se acumulan en la masa de la mezcla de caucho, provocando una rápida estructuración y, en consecuencia, un aumento del par hasta un cierto valor máximo M max. Sin embargo, la finalización de la segunda etapa no se considera el tiempo de alcanzar M máx, sino el tiempo t 90 correspondiente a M 90. Este momento está determinado por la fórmula.

M 90 =0,9 M + M mín,

donde M es la diferencia de par (M = M max – M min).

El tiempo t 90 es el óptimo de vulcanización, cuyo valor depende de la actividad del sistema de vulcanización. La pendiente de la curva en el período principal caracteriza la tasa de vulcanización.

La tercera etapa del proceso se denomina etapa de revulcanización, que en la mayoría de los casos corresponde a una sección horizontal con propiedades constantes en la curva cinética. Esta zona se llama meseta de vulcanización. Cuanto más amplia sea la meseta, más resistente será la mezcla a la sobrevulcanización.

La anchura de la meseta y el curso posterior de la curva dependen principalmente de la naturaleza química del caucho. En el caso de cauchos lineales insaturados, como NK y SKI-3, la meseta no es amplia y entonces las propiedades se deterioran, es decir, disminución de la curva (Fig. 3, curva A). El proceso de deterioro de las propiedades en la etapa de revulcanización se llama reversión. La razón de la reversión es la destrucción no solo de las cadenas principales, sino también de los enlaces cruzados formados bajo la influencia de altas temperaturas.

En el caso de cauchos saturados y cauchos insaturados con una estructura ramificada (un número significativo de dobles enlaces en las unidades laterales 1,2) en la zona de revulcanización, las propiedades cambian ligeramente y en algunos casos incluso mejoran (Fig. 3, curvas b Y V), ya que la oxidación térmica de los dobles enlaces de las unidades laterales va acompañada de una estructuración adicional.

El comportamiento de las mezclas de caucho en la etapa de sobrevulcanización es importante en la producción de productos masivos, especialmente neumáticos de automóvil, ya que debido a la reversión, puede ocurrir una sobrevulcanización de las capas externas mientras que las capas internas están subvulcanizadas. En este caso, se requieren sistemas de vulcanización que proporcionen un largo período de inducción para el calentamiento uniforme del neumático, alta velocidad en el período principal y una amplia meseta de vulcanización en la etapa de revulcanización.

3.2. Sistemas de vulcanización con azufre para cauchos insaturados.

Propiedades del azufre como agente vulcanizante. El proceso de vulcanización del caucho natural con azufre fue descubierto en 1839 por C. Goodyear e independientemente en 1843 por G. Gencock.

Para la vulcanización se utiliza azufre molido natural. El azufre elemental tiene varias modificaciones cristalinas, de las cuales sólo la modificación  es parcialmente soluble en caucho. Es esta modificación, que tiene un punto de fusión de 112,7 ºC, la que se utiliza para la vulcanización. Las moléculas de la forma  son un anillo de ocho miembros S 8 con una energía de activación promedio de ruptura del anillo E act = 247 kJ/mol.

Se trata de una energía bastante alta y la división del anillo de azufre se produce sólo a temperaturas de 143ºC o más. A temperaturas inferiores a 150ºC, se produce una descomposición heterolítica o iónica del anillo de azufre con la formación del correspondiente biión de azufre, y a 150ºC y más, se produce una descomposición homolítica (radical) del anillo S con la formación de birradicales de azufre:

t150ºС S 8 →S + – S 6 – S – → S 8 +–

t150ºС S 8 →Sֹ–S 6 –Sֹ→S 8 ֹֹ.

Los birradicales S 8 ·· se descomponen fácilmente en fragmentos más pequeños: S 8 ֹֹ→S x ֹֹ + S 8 ֹֹ.

Los biiones y birradicales de azufre resultantes interactúan con macromoléculas de caucho, ya sea en el doble enlace o en el sitio del átomo de carbono de α-metileno.

El anillo de azufre también puede desintegrarse a temperaturas inferiores a 143ºС si hay algunas partículas activas en el sistema (cationes, aniones, radicales libres). La activación se produce según el siguiente esquema:

S 8 + A + →A – S – S 6 – S +

S 8 + segundo – → segundo – S – S 6 –

S 8 + Rֹ→R – S – S 6 – Sֹ.

Estas partículas activas están presentes en la mezcla de caucho cuando se utilizan sistemas de vulcanización con aceleradores de vulcanización y sus activadores.

Para transformar el caucho plástico blando en caucho elástico duro, es suficiente una pequeña cantidad de azufre: 0,10,15% en peso. Sin embargo, las dosis reales de azufre oscilan entre 12,5 y 35 partes en peso. por 100 partes en peso goma.

El azufre tiene una solubilidad limitada en el caucho, por lo que la dosis de azufre determina la forma en que se distribuye en la mezcla de caucho. En dosis reales, el azufre se presenta en forma de gotitas fundidas, desde cuya superficie las moléculas de azufre se difunden hacia la masa de caucho.

La preparación de la mezcla de caucho se realiza a temperaturas elevadas (100-140ºС), lo que aumenta la solubilidad del azufre en el caucho. Por tanto, cuando se enfría la mezcla, especialmente en casos de dosis elevadas, el azufre libre comienza a difundirse sobre la superficie de la mezcla de caucho con la formación de una fina película o depósito de azufre. Este proceso se llama desvanecimiento o sudoración en tecnología. El desvanecimiento rara vez reduce la pegajosidad de las piezas de trabajo y, por lo tanto, para refrescar la superficie de las piezas de trabajo, se tratan con gasolina antes del ensamblaje. Esto empeora las condiciones laborales de los ensambladores y aumenta el riesgo de incendio y explosión en la producción.

El problema de la decoloración es especialmente grave en la producción de neumáticos con cordones de acero. En este caso, para aumentar la fuerza de unión entre el metal y el caucho, se aumenta la dosis de S a 5 partes en peso. Para evitar la decoloración en tales formulaciones, se debe utilizar una modificación especial: el llamado polímero de azufre. Esta es la forma , que se forma cuando la forma  se calienta a 170ºC. A esta temperatura, se produce un salto brusco en la viscosidad de la masa fundida y se forma el polímero de azufre Sn, donde n es superior a 1000. En la práctica mundial, se utilizan diversas modificaciones del polímero de azufre, conocido con el nombre comercial "Cristex".

Teorías de la vulcanización con azufre. Se han propuesto teorías químicas y físicas para explicar el proceso de vulcanización con azufre. En 1902, Weber propuso la primera teoría química de la vulcanización, cuyos elementos han sobrevivido hasta nuestros días. Al extraer el producto de la interacción del NC con el azufre, Weber descubrió que parte del azufre introducido no se extraía. A esta parte la llamó azufre libre y la parte liberada. La suma de la cantidad de azufre unido y libre fue igual a la cantidad total de azufre introducido en el caucho: S total = S libre + S unido. Weber también introdujo el concepto de coeficiente de vulcanización como la relación entre el azufre unido y la cantidad de caucho en la mezcla de caucho (A): K vulc = enlace S / A.

Weber logró aislar polisulfuro (C 5 H 8 S) n como producto de la adición intramolecular de azufre en los dobles enlaces de las unidades de isopreno. Por tanto, la teoría de Weber no podía explicar el aumento de resistencia como resultado de la vulcanización.

En 1910, Oswald propuso una teoría física de la vulcanización, que explicaba el efecto de la vulcanización mediante la interacción física de adsorción entre el caucho y el azufre. Según esta teoría, en la mezcla de caucho se forman complejos caucho-azufre, que interactúan entre sí también debido a fuerzas de adsorción, lo que conduce a un aumento de la resistencia del material. Sin embargo, el azufre adsorbido debía extraerse completamente del vulcanizado, lo que no se observó en condiciones reales, y la teoría química de la vulcanización comenzó a prevalecer en todos los estudios posteriores.

La principal evidencia de la teoría química (teoría del puente) es la siguiente:

Sólo los cauchos insaturados se vulcanizan con azufre;

El azufre interactúa con moléculas de cauchos insaturados para formar enlaces cruzados covalentes (puentes) de varios tipos, es decir, con la formación de azufre ligado, cuya cantidad es proporcional a la insaturación del caucho;

El proceso de vulcanización va acompañado de un efecto térmico proporcional a la cantidad de azufre añadido;

La vulcanización tiene un coeficiente de temperatura de aproximadamente 2, es decir cercano al coeficiente de temperatura de una reacción química en general.

El aumento de resistencia como resultado de la vulcanización con azufre se produce debido a la estructuración del sistema, como resultado de lo cual se forma una red espacial tridimensional. Los sistemas de vulcanización con azufre existentes permiten sintetizar específicamente casi cualquier tipo de reticulación, cambiar la velocidad de vulcanización y la estructura final del vulcanizado. Por lo tanto, el azufre sigue siendo el agente reticulante más popular para cauchos insaturados.

Tecnológicamente, el proceso de vulcanización es la transformación del caucho “en bruto” en caucho. Como reacción química, implica la combinación de macromoléculas lineales de caucho, que pierden fácilmente su estabilidad cuando se exponen a influencias externas, en una única red de vulcanización. Se crea en un espacio tridimensional debido a enlaces químicos transversales.

Esta estructura aparentemente "reticulada" le da al caucho propiedades de resistencia adicionales. Se mejora su dureza y elasticidad, resistencia a las heladas y al calor, mientras que se reduce la solubilidad en sustancias orgánicas y el hinchamiento.

La malla resultante tiene una estructura compleja. Incluye no solo nodos que conectan pares de macromoléculas, sino también aquellos que combinan varias moléculas al mismo tiempo, así como enlaces químicos transversales, que son como "puentes" entre fragmentos lineales.

Su formación se produce bajo la influencia de agentes especiales, cuyas moléculas actúan parcialmente como materiales de construcción, reaccionando químicamente entre sí y con macromoléculas de caucho a altas temperaturas.

Propiedades materiales

Las propiedades operativas del caucho vulcanizado resultante y de los productos elaborados con él dependen en gran medida del tipo de reactivo utilizado. Tales características incluyen resistencia a la exposición a ambientes agresivos, tasa de deformación durante la compresión o aumento de temperatura y resistencia a reacciones termooxidativas.

Los enlaces resultantes limitan irreversiblemente la movilidad de las moléculas bajo acción mecánica, al mismo tiempo que mantienen la alta elasticidad del material con la capacidad de sufrir deformación plástica. La estructura y número de estos enlaces está determinado por el método de vulcanización del caucho y los agentes químicos utilizados para ello.

El proceso no es monótono y los indicadores individuales de la mezcla vulcanizada en sus cambios alcanzan su mínimo y máximo en diferentes momentos. La relación más adecuada entre las características físicas y mecánicas del elastómero resultante se denomina óptima.

La composición vulcanizante, además del caucho y los agentes químicos, incluye una serie de sustancias adicionales que contribuyen a la producción de caucho con propiedades operativas específicas. Según su finalidad, se dividen en aceleradores (activadores), cargas, suavizantes (plastificantes) y antioxidantes (antioxidantes). Los aceleradores (con mayor frecuencia óxido de zinc) facilitan la interacción química de todos los ingredientes de la mezcla de caucho, ayudan a reducir el consumo de materias primas y el tiempo de procesamiento y mejoran las propiedades de los vulcanizadores.

Las cargas como tiza, caolín y negro de carbón aumentan la resistencia mecánica, la resistencia al desgaste, la resistencia a la abrasión y otras características físicas del elastómero. Al reponer el volumen de materia prima, reducen el consumo de caucho y reducen el costo del producto resultante. Se añaden suavizantes para mejorar la procesabilidad de los compuestos de caucho, reducir su viscosidad y aumentar el volumen de las cargas.

Los plastificantes también pueden aumentar la resistencia dinámica de los elastómeros y la resistencia a la abrasión. Se introducen en la mezcla antioxidantes que estabilizan el proceso para evitar el "envejecimiento" del caucho. Se utilizan varias combinaciones de estas sustancias en el desarrollo de formulaciones especiales de caucho en bruto para predecir y ajustar el proceso de vulcanización.

Tipos de vulcanización

Los cauchos más utilizados (estireno-butadieno, butadieno y natural) se vulcanizan en combinación con azufre, calentando la mezcla a 140-160°C. Este proceso se llama vulcanización con azufre. Los átomos de azufre participan en la formación de enlaces cruzados intermoleculares. Cuando se añade hasta un 5% de azufre a una mezcla con caucho, se produce un vulcanizado blando, que se utiliza para la fabricación de cámaras de automóviles, neumáticos, cámaras de caucho, pelotas, etc.

Cuando se añade más del 30% de azufre se obtiene una ebonita bastante dura y poco elástica. En este proceso se utilizan tiuram, captax, etc. como aceleradores, cuya integridad se garantiza mediante la adición de activadores compuestos de óxidos metálicos, generalmente zinc.

También es posible la vulcanización por radiación. Se lleva a cabo mediante radiaciones ionizantes, utilizando corrientes de electrones emitidos por el cobalto radiactivo. Este proceso sin azufre produce elastómeros que son particularmente resistentes al ataque químico y térmico. Para producir tipos especiales de caucho, se añaden peróxidos orgánicos, resinas sintéticas y otros compuestos bajo los mismos parámetros de proceso que en el caso de la adición de azufre.

A escala industrial, la composición vulcanizable, colocada en un molde, se calienta a presión elevada. Para ello, los moldes se colocan entre placas calentadas de una prensa hidráulica. En la producción de productos no moldeados, la mezcla se vierte en autoclaves, calderas o vulcanizadores individuales. El calentamiento del caucho para vulcanización en este equipo se realiza mediante aire, vapor, agua caliente o corriente eléctrica de alta frecuencia.

Durante muchos años, los mayores consumidores de productos de caucho han sido las empresas de ingeniería automotriz y agrícola. El grado de saturación de sus productos con productos de caucho sirve como indicador de alta confiabilidad y comodidad. Además, las piezas fabricadas con elastómeros se utilizan a menudo en la producción de instalaciones sanitarias, calzado, artículos de papelería y productos para niños.

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VulcanizAción-- un proceso tecnológico de interacción de cauchos con un agente vulcanizante, durante el cual las moléculas de caucho se entrecruzan en una única red espacial. Los agentes vulcanizantes pueden ser: azufre, peróxidos, óxidos metálicos, compuestos tipo amina, etc. Para aumentar la velocidad de vulcanización se utilizan diversos catalizadores aceleradores.

La vulcanización aumenta las características de resistencia del caucho, su dureza, elasticidad, resistencia al calor y a las heladas, y reduce el grado de hinchazón y solubilidad en disolventes orgánicos. La esencia de la vulcanización es la combinación de macromoléculas lineales de caucho en un único sistema "entrecruzado", la llamada red de vulcanización. Como resultado de la vulcanización, se forman enlaces cruzados entre macromoléculas, cuyo número y estructura dependen del método B. Durante la vulcanización, algunas propiedades de la mezcla vulcanizada no cambian monótonamente con el tiempo, sino que pasan por un máximo o un mínimo. El grado de vulcanización en el que se logra la mejor combinación de diversas propiedades físicas y mecánicas del caucho se denomina óptimo de vulcanización.

La vulcanización se suele realizar sobre una mezcla de caucho con diversas sustancias que proporcionan las propiedades operativas necesarias del caucho (rellenos, por ejemplo, hollín, tiza, caolín, además de suavizantes, antioxidantes, etc.).

En la mayoría de los casos, los cauchos de uso general (natural, butadieno, estireno-butadieno) se vulcanizan calentándolos con azufre elemental a 140-160°C (ácido sulfúrico). Los enlaces cruzados intermoleculares resultantes se producen a través de uno o más átomos de azufre. Si se añade al caucho entre un 0,5 y un 5% de azufre, se obtiene un vulcanizado blando (cámaras y neumáticos de coche, bolas, cámaras, etc.); la adición de un 30-50% de azufre conduce a la formación de un material duro e inelástico: la ebonita. La vulcanización con azufre se puede acelerar agregando pequeñas cantidades de compuestos orgánicos, los llamados aceleradores de vulcanización: captax, tiuram, etc. El efecto de estas sustancias se manifiesta completamente solo en presencia de activadores: óxidos metálicos (con mayor frecuencia óxido de zinc).

En la industria, la vulcanización con azufre se realiza calentando el producto vulcanizado en moldes a alta presión o en forma de productos sin moldear (en forma “libre”) en calderas, autoclaves, vulcanizadores individuales y dispositivos de vulcanización continua. etc. En estos dispositivos el calentamiento se realiza con vapor, aire, agua sobrecalentada, electricidad y corrientes de alta frecuencia. Los moldes suelen colocarse entre platos calentados de una prensa hidráulica. La vulcanización con azufre fue descubierta por Charles Goodyear (EE.UU., 1839) y T. Hancock (Gran Bretaña, 1843). Para la vulcanización de cauchos para usos especiales se utilizan peróxidos orgánicos (por ejemplo, peróxido de benzoilo), resinas sintéticas (por ejemplo, fenol-formaldehído), compuestos nitro y diazo y otros; Las condiciones del proceso son las mismas que para la vulcanización con azufre.

La vulcanización también es posible bajo la influencia de radiación ionizante: radiación g del cobalto radiactivo, un flujo de electrones rápidos (vulcanización por radiación). Los métodos de caucho sin azufre y por radiación permiten obtener cauchos que tienen una alta resistencia térmica y química.

En la industria de los polímeros, la vulcanización se utiliza en la producción de caucho por extrusión.

Vulcanización en prepararmillantas

El proceso tecnológico de reparación de neumáticos consiste en preparar las zonas dañadas para aplicar materiales de reparación, aplicar materiales de reparación en las zonas dañadas y vulcanizar las zonas a reparar.

La vulcanización de las zonas reparadas es una de las operaciones más importantes a la hora de reparar neumáticos.

La esencia de la vulcanización es que cuando se calienta a una determinada temperatura, se produce un proceso fisicoquímico en el caucho no vulcanizado, como resultado del cual el caucho adquiere elasticidad, resistencia, resiliencia y otras cualidades necesarias.

Cuando se vulcanizan dos piezas de caucho pegadas con pegamento de caucho, se convierten en una estructura monolítica y la fuerza de su conexión no difiere de la fuerza de adhesión del material base dentro de cada pieza. Al mismo tiempo, para garantizar la resistencia necesaria, las piezas de caucho deben prensarse, es decir, presionarse bajo una presión de 5 kg/cm 2.

Para que se lleve a cabo el proceso de vulcanización no basta con calentarlo a la temperatura requerida, es decir, a 143+2°; El proceso de vulcanización no ocurre instantáneamente, por lo que los neumáticos calentados deben mantenerse durante un tiempo determinado a la temperatura de vulcanización.

La vulcanización puede ocurrir a temperaturas inferiores a 143°, pero lleva más tiempo. Así, por ejemplo, si la temperatura disminuye respecto a la especificada en sólo 10°, el tiempo de vulcanización debe duplicarse. Para reducir el tiempo de precalentamiento durante la vulcanización se utilizan manguitos eléctricos, que permiten calentar simultáneamente ambos lados del neumático, reduciendo así el tiempo de vulcanización y mejorando la calidad de las reparaciones. Cuando se produce el calentamiento unilateral de neumáticos gruesos, se produce una sobrevulcanización de las secciones de caucho en contacto con el equipo de vulcanización y una subvulcanización del caucho en el lado opuesto. El tiempo de vulcanización, dependiendo del tipo de daño y tamaño del neumático, oscila entre 30 y 180 minutos para neumáticos y entre 15 y 20 minutos para cámaras.

Para la vulcanización en vehículos de motor se utiliza un aparato de vulcanización estacionario modelo 601 del consorcio GARO.

El conjunto de trabajo del aparato de vulcanización incluye corsés para sectores, ajuste de corsés, revestimientos de bandas de rodadura y perfiles laterales, abrazaderas, almohadillas de presión, sacos de arena y colchones.

Con una presión de vapor en la caldera de 4 kg/cm2, la temperatura superficial requerida del equipo de vulcanización es de 143"+2°. A una presión de 4,0--4,1 kg/cm2, la válvula de seguridad debe abrirse.

Los dispositivos de vulcanización deben ser inspeccionados por un inspector de calderas antes de su puesta en funcionamiento.

Los daños internos de los neumáticos se vulcanizan en sectores, los daños externos se curan en losas mediante revestimientos perfilados. Por daño (en presencia de manguitos eléctricos, se vulcanizan sobre una placa con revestimiento de perfil, en ausencia de manguitos eléctricos, por separado: primero desde el interior en el sector, luego desde el exterior sobre una placa con revestimiento de perfil.

El manguito eléctrico consta de varias capas de goma y una capa exterior de caucho, en medio de la cual hay una espiral de alambre de nicromo para calentar y un termostato para mantener una temperatura constante (150°).

reparación de neumáticos de la industria de la vulcanización

Arroz. 4. Aparato de vulcanización estacionario GARO modelo 601: 1 - sector; 2 -- placa lateral; 3 -- caldera-generador de vapor; 4 -- pequeñas abrazaderas para cámaras fotográficas; 5 -- soporte para cámaras; 6 - manómetro; 7 abrazaderas para neumáticos; 8 - cámara de combustión; 9 -- vaso para contador de agua; 10 -- bomba de émbolo manual; 11 -- tubo de succión

Antes de la vulcanización, se marcan los límites del área del neumático a reparar. Para eliminar la adherencia, espolvorearlo con talco, además de una bolsa de arena, manguito eléctrico y equipos de vulcanización (sectores, revestimientos de perfiles, etc.) en contacto con el neumático.

Al vulcanizar en sector, el engarce se logra apretando un corsé, y al vulcanizar en losa, utilizando una bolsa de arena y una abrazadera.

Los revestimientos de perfil (banda de rodadura y talón) se seleccionan de acuerdo con la ubicación del neumático a reparar y su tamaño.

Durante la vulcanización, el manguito eléctrico se sitúa entre el neumático y el saco de arena.

Los tiempos de inicio y finalización de la vulcanización están marcados con tiza en un tablero especial instalado cerca del equipo de vulcanización.

Los neumáticos reparados deben cumplir los siguientes requisitos:

1) los neumáticos no deben tener zonas sin reparar;

2) en el interior del neumático no debe haber hinchazones ni rastros de delaminación del parche, subvulcanización, pliegues o engrosamientos que perjudiquen el rendimiento de la cámara;

3) las secciones de caucho aplicadas a lo largo de la banda de rodadura o del flanco deben estar completamente vulcanizadas hasta una dureza Shore de 55-65;

4) las zonas de la banda de rodadura superiores a 200 mm restauradas durante el proceso de reparación deben tener un dibujo idéntico a toda la banda de rodadura del neumático; se debe aplicar un patrón de “vehículo todo terreno” independientemente del tamaño de la superficie de la banda de rodadura restaurada;

5) la forma de los talones del neumático no debe distorsionarse;

6) no se permiten engrosamientos y depresiones que deformen las dimensiones externas y la superficie del neumático;

7) las áreas reparadas no deben tener retrasos; se permite la presencia de conchas o poros de hasta 20 mm 2 de área y hasta 2 mm de profundidad en una cantidad de no más de dos por decímetro cuadrado;

8) la calidad de la reparación de los neumáticos debe garantizar su kilometraje garantizado después de la reparación.

Vulcanización en prepararmicamaras

Similar al proceso de reparación de llantas, el proceso de reparación de cámaras consiste en preparar las áreas dañadas para parchar, parchar y curar.

El alcance del trabajo para preparar las áreas dañadas para parchar incluye: identificar daños ocultos y visibles, eliminar parches viejos no vulcanizados, redondear los bordes con esquinas afiladas, raspar la goma alrededor del daño y limpiar las cámaras del polvo raspador.

Arroz. 5. Sector de vulcanización de neumáticos: 1 -- sector; 2 -- neumático; 2 -- corsé; 4-apretar

Arroz. 6. Vulcanización del daño del talón del neumático en la placa del talón: 1 - neumático; 2 -- placa lateral: 3 -- revestimiento lateral; 4 -- saco de arena; 5 -- placa metálica; 6 - abrazadera

Los daños visibles se revelan mediante una inspección externa con buena iluminación y delineados con un lápiz químico.

Para identificar daños ocultos, es decir, pequeños pinchazos invisibles a la vista, se sumerge la cámara inflada en un baño de agua y el lugar de la punción se determina por las burbujas de aire que escapan, que también se delimitan con un producto químico. lápiz. La superficie dañada de la cámara se raspa con una piedra de carborundo o un cepillo de alambre a una anchura de 25-35 mm desde los límites del daño, evitando que el polvo rugoso entre en la cámara. Las zonas rugosas se limpian con un cepillo.

Los materiales de reparación para la reparación de cámaras de aire son: goma para cámaras de aire no vulcanizada de 2 mm de espesor, goma para cámaras de aire no aptas para reparación y chafer de goma. Todos los pinchazos y desgarros de hasta 30 mm de tamaño se sellan con caucho en bruto no vulcanizado. Los daños mayores a 30 mm se reparan utilizando gomas para cámaras. Esta goma debe ser elástica, sin grietas ni daños mecánicos. El caucho en bruto se refresca con gasolina, se recubre con pegamento con una concentración de 1:8 y se seca durante 40-45 minutos. Las cámaras se raspan con un cepillo de alambre o piedra de carborundo en una máquina raspadora, después de lo cual se limpian del polvo, se refrescan con gasolina y se secan durante 25 minutos, luego se recubren dos veces con pegamento con una concentración de 1: 8 y se secan después de cada aplicación. durante 30-40 minutos a una temperatura de 20--30°. El chafer se recubre una vez con cola con una concentración de 1:8 y luego se seca.

El parche se corta de tal manera que cubra el orificio por todos lados entre 20 y 30 mm y sea entre 2 y 3 mm más pequeño que los límites de la superficie rugosa. Se aplica en la zona reparada de la cámara por un lado y se pasa gradualmente con un rodillo por toda la superficie, para que no queden burbujas de aire entre ésta y la cámara. A la hora de pegar parches, debes asegurarte de que las superficies a pegar estén completamente limpias, libres de humedad, polvo y manchas de grasa.

En los casos en que la cámara tenga un desgarro superior a 500 mm, se podrá reparar cortando la pieza dañada e introduciendo en su lugar la misma pieza de otra cámara del mismo tamaño. Este método de reparación se llama unión de cámaras. El ancho de la junta debe ser de al menos 50 mm.

Las roscas externas dañadas de los cuerpos de válvulas se restauran mediante matrices y las roscas internas se restauran mediante grifos.

Si es necesario reemplazar la válvula, se corta junto con la brida y se vulcaniza otra válvula en la nueva ubicación. La ubicación de la válvula vieja se repara como daño normal.

La vulcanización de las zonas dañadas se realiza mediante un aparato de vulcanización modelo 601 o un aparato de vulcanización GARO para cámaras de vulcanización. El tiempo de vulcanización de los parches es de 15 minutos y de las bridas de 20 minutos a una temperatura de 143+2°.

Durante la vulcanización, la cámara se presiona con una abrazadera a través de una placa de madera contra la superficie de la placa. La superposición debe ser entre 10 y 15 mm más grande que el parche.

Si la zona a reparar no cabe en la losa, se procede a vulcanizarla en dos o tres instalaciones (tasas) sucesivas.

Después de la vulcanización, las perlas de la superficie no rugosa se cortan con unas tijeras y los bordes de los parches y las rebabas se eliminan sobre la piedra de una máquina rugosa.

Las cámaras reparadas deben cumplir los siguientes requisitos:

1) la cámara llena de aire debe sellarse tanto a lo largo del cuerpo de la cámara como en el lugar de instalación de la válvula;

2) los parches deben estar bien vulcanizados, libres de burbujas y porosidades, su dureza debe ser la misma que la de la goma de la cámara;

3) los bordes de parches y pestañas no deben tener engrosamientos ni descamaciones;

4) la rosca de la válvula debe estar en buen estado.

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Tecnologías básicas para el procesamiento de neumáticos de automóviles y productos de caucho. Posibles formas de utilizar caucho granulado. Áreas de aplicación del cordón. Relación de equipos para el procesamiento de neumáticos mediante pirólisis y métodos mecánicos.

El método de control se refiere a la producción de productos de caucho, concretamente a métodos para controlar el proceso de vulcanización. El método se lleva a cabo ajustando el tiempo de vulcanización dependiendo del tiempo para obtener el módulo de corte máximo de la mezcla de caucho durante la vulcanización de muestras en un reómetro y la desviación del módulo de tracción del caucho en los productos terminados de un valor dado. Esto permite descubrir influencias perturbadoras sobre el proceso de vulcanización basándose en las características de los componentes iniciales y los parámetros operativos de los procesos de obtención de la mezcla de caucho y de vulcanización. El resultado técnico es aumentar la estabilidad de las características mecánicas de los productos de caucho. 5 enfermos.

La presente invención se refiere a la producción de productos de caucho, concretamente a métodos para controlar el proceso de vulcanización.

El proceso de producción de productos de caucho incluye las etapas de obtención de mezclas de caucho y su vulcanización. La vulcanización es una de las los procesos más importantes en la tecnología de producción de caucho. La vulcanización se realiza manteniendo la mezcla de caucho en prensas, calderas especiales o vulcanizadores a una temperatura de 130-160°C durante un tiempo determinado. En este caso, las macromoléculas de caucho están conectadas mediante enlaces químicos transversales formando una red de vulcanización espacial, como resultado de lo cual la mezcla de caucho plástico se convierte en caucho altamente elástico. La red espacial se forma como resultado de la activación por calor. reacciones químicas entre las moléculas de caucho y los componentes vulcanizantes (vulcanizadores, aceleradores, activadores).

Los principales factores que influyen en el proceso de vulcanización y la calidad de los productos terminados son la naturaleza del medio de vulcanización, la temperatura de vulcanización, la duración de la vulcanización, la presión sobre la superficie del producto vulcanizado y las condiciones de calentamiento.

Con la tecnología existente, el modo de vulcanización generalmente se desarrolla de antemano mediante métodos experimentales y de cálculo y se establece un programa para el proceso de vulcanización durante la producción de productos. Para garantizar la implementación puntual del régimen prescrito, el proceso está equipado con herramientas de control y automatización que implementan con mayor precisión el estricto programa prescrito para llevar a cabo el régimen de vulcanización. Las desventajas de este método son la inestabilidad de las características de los productos fabricados debido a la imposibilidad de garantizar la reproducibilidad completa del proceso, debido a limitaciones en la precisión de los sistemas de automatización y la posibilidad de cambiar de modo, así como cambios en las características. de la mezcla de caucho con el tiempo.

Existe un método conocido de vulcanización con control de temperatura en calderas de vapor, placas o camisas de molde cambiando el caudal de los refrigerantes. Las desventajas de este método son la amplia variación en las características de los productos resultantes debido a cambios en las condiciones de operación, así como cambios en la reactividad de la mezcla de caucho.

Existe un método conocido para controlar el proceso de vulcanización mediante el seguimiento continuo de aquellos parámetros del proceso que determinan su progreso: la temperatura de los refrigerantes, la temperatura de las superficies del producto vulcanizado. La desventaja de este método es la inestabilidad de las características de los productos resultantes debido a la inestabilidad de la reactividad suministrada al moldeo de la mezcla de caucho y la obtención de diferentes características del producto durante la vulcanización en las mismas condiciones de temperatura.

Existe un método conocido para ajustar el modo de vulcanización, que incluye determinar el campo de temperatura en un producto vulcanizado utilizando condiciones de temperatura externa controlada en las superficies de vulcanización de los productos, determinando la cinética de vulcanización no isotérmica de placas delgadas de laboratorio utilizando el módulo dinámico de armónicos. cambio en las condiciones no isotérmicas encontradas, determinación de la duración del proceso de vulcanización en el que se obtiene un conjunto óptimo de las propiedades más importantes del caucho, determinación del campo de temperatura para muestras estándar multicapa que simulan un elemento de neumático en composición y geometría, obtención de la cinética de vulcanización no isotérmica de placas multicapa y determinación del tiempo de vulcanización equivalente en función del nivel óptimo de propiedades previamente seleccionado, vulcanización de muestras multicapa en una prensa de laboratorio a temperatura constante durante el tiempo de vulcanización equivalente y análisis de las características resultantes . Este método es significativamente más preciso que los métodos utilizados en la industria para calcular los efectos y los tiempos de vulcanización equivalentes, pero es más complicado y no tiene en cuenta el cambio en la inestabilidad de la reactividad de la mezcla de caucho suministrada para la vulcanización.

Existe un método conocido para regular el proceso de vulcanización, en el que se mide la temperatura en las zonas del producto que limitan el proceso de vulcanización, a partir de estos datos se calculan los grados de vulcanización, y cuando los grados de vulcanización especificados y calculados son iguales. , el ciclo de vulcanización se detiene. La ventaja del sistema es el ajuste del tiempo de vulcanización cuando cambian las fluctuaciones de temperatura del proceso de vulcanización. La desventaja de este método es la gran dispersión en las características de los productos resultantes debido a la heterogeneidad de la mezcla de caucho en términos de reactividad a la vulcanización y la desviación de las constantes cinéticas de vulcanización utilizadas en el cálculo de las constantes cinéticas reales del caucho. mezcla que se está procesando.

Existe un método conocido para controlar el proceso de vulcanización, que consiste en calcular la temperatura en la zona del hombro controlada sobre la rejilla R-C utilizando condiciones de contorno basadas en mediciones de la temperatura superficial de los moldes y la temperatura de la cavidad del diafragma, calculando la vulcanización equivalente. tiempos que determinan el grado de vulcanización en el área controlada, al implementar el tiempo equivalente de vulcanización en el proceso real el proceso se detiene. Las desventajas de este método son su complejidad y la amplia variación en las características de los productos resultantes debido a cambios en la reactividad para la vulcanización (energía de activación, multiplicador preexponencial de constantes cinéticas) de la mezcla de caucho.

El más cercano al método propuesto es el método de control del proceso de vulcanización, en el que, sincrónicamente con el proceso de vulcanización real según las condiciones límite, basándose en mediciones de temperatura en la superficie del molde metálico, se calcula la temperatura en los productos vulcanizados. utilizando un modelo eléctrico de rejilla, los valores de temperatura calculados se establecen en un vulcanímetro, en el cual, paralelo al principal Durante el proceso de vulcanización, se determina la cinética de vulcanización no isotérmica de una muestra del lote de mezcla de caucho que se está procesando. estudiado, cuando se alcanza un determinado nivel de vulcanización, se generan comandos de control en el medidor de vulcanización de la unidad de vulcanización del producto [AS URSS No. 467835]. Las desventajas del método son la gran complejidad de implementación en el proceso tecnológico y el ámbito de aplicación limitado.

El objetivo de la invención es aumentar la estabilidad de las características de los productos manufacturados.

Este objetivo se logra ajustando el tiempo de vulcanización de los productos de caucho en la línea de producción dependiendo del tiempo para obtener el módulo de corte máximo de la mezcla de caucho durante la vulcanización de muestras de la mezcla de caucho procesada en condiciones de laboratorio en un reómetro y la desviación del módulo de tracción del caucho en los productos fabricados del valor especificado.

La solución propuesta se ilustra en las figuras 1 a 5.

La Figura 1 muestra un diagrama funcional de un sistema de control que implementa el método de control propuesto.

La Figura 2 muestra un diagrama de bloques de un sistema de control que implementa el método de control propuesto.

La figura 3 muestra la serie temporal de la resistencia a la tracción del acoplamiento Jubo fabricado en OJSC Balakovorezinotekhnika.

La Figura 4 muestra curvas cinéticas características para el momento de corte de muestras de mezclas de caucho.

La Figura 5 muestra una serie temporal de cambios en la duración de la vulcanización de muestras de mezcla de caucho hasta el 90% del módulo de corte alcanzable del vulcanizado.

El diagrama funcional del sistema que implementa el método de control propuesto (ver Fig. 1) muestra la etapa de preparación de la mezcla de caucho 1, la etapa de vulcanización 2, el reómetro 3 para estudiar la cinética de vulcanización de muestras de mezcla de caucho, la mecánica dispositivo de análisis dinámico 4 (o máquina de ensayo de tracción) para determinar el módulo de estiramiento del caucho para productos terminados o muestras satélite, dispositivo de control 5.

El método de control se implementa de la siguiente manera. Las muestras de lotes de la mezcla de caucho se analizan en un reómetro y los valores del tiempo de vulcanización, en el que el momento cortante del caucho tiene un valor máximo, se envían al dispositivo de control 5. Cuando la reactividad de la mezcla de caucho cambia, el dispositivo de control ajusta el tiempo de vulcanización de los productos. Así, las perturbaciones se procesan según las características de los componentes iniciales, afectando la reactividad de la mezcla de caucho resultante. El módulo de tracción del caucho en productos terminados se mide mediante análisis mecánico dinámico o en una máquina de prueba de tracción y también se envía al dispositivo de control. La inexactitud del ajuste resultante, así como la presencia de cambios en la temperatura de los refrigerantes, las condiciones de intercambio de calor y otras influencias perturbadoras en el proceso de vulcanización se resuelven ajustando el tiempo de vulcanización dependiendo de la desviación del módulo de tracción del caucho en productos manufacturados del valor especificado.

El diagrama de bloques del sistema de control que implementa este método de control y se presenta en la Fig. 2 incluye un dispositivo de control del canal de control directo 6, un dispositivo de control del canal de retroalimentación 7, un objeto para controlar el proceso de vulcanización 8, un sistema de transporte enlace de retardo 9 para tener en cuenta el período de tiempo para determinar las características del caucho de los productos terminados, un elemento de comparación del canal de retroalimentación 10, un sumador 11 para sumar los ajustes del tiempo de vulcanización a través del canal de control directo y el canal de retroalimentación , un sumador 12 para tener en cuenta la influencia de perturbaciones incontroladas en el proceso de vulcanización.

Cuando cambia la reactividad de la mezcla de caucho, la estimación τ max cambia y el dispositivo de control a través del canal de control directo 1 ajusta el tiempo de vulcanización en el proceso tecnológico en el valor Δτ 1.

En un proceso real las condiciones de vulcanización difieren de las condiciones en el reómetro, por lo tanto el tiempo de vulcanización requerido para obtener el valor de torque máximo en el proceso real también difiere del obtenido en el dispositivo, y esta diferencia cambia con el tiempo debido a la inestabilidad. de las condiciones de vulcanización. Estas perturbaciones f se procesan a través del canal de retroalimentación introduciendo una corrección Δτ 2 por el dispositivo de control 7 del circuito de retroalimentación, dependiendo de la desviación del módulo de caucho en los productos fabricados del valor especificado E establecido.

El eslabón de retardo de transporte 9, al analizar la dinámica del sistema, tiene en cuenta la influencia del tiempo necesario para analizar las características del caucho del producto terminado.

La figura 3 muestra la serie temporal de la fuerza de rotura condicional del acoplamiento Juba, producida por OJSC Balakovorezinotekhnika. Los datos muestran una amplia gama de productos para este indicador. La serie temporal se puede representar como la suma de tres componentes: baja frecuencia x 1, media frecuencia x 2, alta frecuencia x 3. La presencia de un componente de baja frecuencia indica la eficiencia insuficiente del sistema de control de procesos existente y la posibilidad fundamental de construir un sistema de control de retroalimentación eficaz para reducir la dispersión de los parámetros del producto terminado según sus características.

La Figura 4 muestra curvas cinéticas experimentales características para el momento cortante durante la vulcanización de muestras de mezcla de caucho, obtenidas en un reómetro Alfa Technologies MDR2000. Los datos muestran la heterogeneidad de la mezcla de caucho en términos de reactividad al proceso de vulcanización. El margen de tiempo para alcanzar el par máximo oscila entre 6,5 minutos (curvas 1.2) y más de 12 minutos (curvas 3.4). La diferencia en la finalización del proceso de vulcanización va desde no alcanzar el valor máximo de torque (curvas 3.4) hasta la presencia del proceso de sobrevulcanización (curvas 1.5).

La Figura 5 muestra la serie temporal del tiempo de vulcanización hasta el nivel del 90% del momento de corte máximo, obtenida al estudiar la vulcanización de muestras de mezcla de caucho en el reómetro MDR2000 de Alfa Technologies. Los datos muestran la presencia de una variación de baja frecuencia en el tiempo de curado para obtener el máximo momento cortante del vulcanizado.

La presencia de una gran dispersión en las características mecánicas del acoplamiento Juba (Fig. 3) indica la relevancia de resolver el problema de aumentar la estabilidad de las características de los productos de caucho para aumentar su confiabilidad operativa y competitividad. La presencia de inestabilidad en la reactividad de la mezcla de caucho al proceso de vulcanización (Fig. 4, 5) indica la necesidad de cambiar el tiempo durante el proceso de vulcanización de los productos elaborados a partir de esta mezcla de caucho. La presencia de componentes de baja frecuencia en la serie temporal de la fuerza de rotura condicional de los productos terminados (Fig. 3) y en el tiempo de vulcanización para obtener el momento cortante máximo del vulcanizado (Fig. 5) indica la posibilidad fundamental de aumentar la indicadores de calidad del producto terminado ajustando el tiempo de vulcanización.

Lo anterior confirma la presencia en la solución técnica propuesta:

Resultado técnico, es decir la solución propuesta tiene como objetivo aumentar la estabilidad de las características mecánicas de los productos de caucho, reducir el número de productos defectuosos y, en consecuencia, reducir las tasas de consumo específico de componentes iniciales y energía;

Características esenciales que consisten en ajustar la duración del proceso de vulcanización en función de la reactividad de la mezcla de caucho al proceso de vulcanización y en función de la desviación del módulo de tracción del caucho en los productos terminados del valor especificado;