Metode for å kontrollere vulkaniseringsprosessen. Vulkanisering og dens funksjoner Gjør-det-selv varmvulkaniseringsteknologi for dekk

Naturgummi er ikke alltid egnet for å lage deler. Dette er fordi dens naturlige elastisitet er svært lav, og er svært avhengig av ytre temperatur. Ved temperaturer nær 0 blir gummi hard, eller når den senkes ytterligere blir den sprø. Ved en temperatur på ca + 30 grader begynner gummien å myke og med ytterligere oppvarming blir den til en smeltetilstand. Når den kjøles tilbake, gjenoppretter den ikke sine opprinnelige egenskaper.

For å sikre de nødvendige operasjonelle og tekniske egenskapene til gummi, tilsettes forskjellige stoffer og materialer til gummien - kullsvart, kritt, myknere, etc.

I praksis brukes flere vulkaniseringsmetoder, men de har en ting til felles - å behandle råvarer med vulkaniseringssvovel. Noen lærebøker og forskrifter sier at svovelforbindelser kan brukes som vulkaniseringsmidler, men faktisk kan de bare betraktes som det fordi de inneholder svovel. Ellers kan de påvirke vulkaniseringen akkurat som andre stoffer som ikke inneholder svovelforbindelser.

For en tid siden ble det forsket på behandling av gummi med organiske forbindelser og visse stoffer, for eksempel:

• fosfor;
• selen;
• trinitrobenzen og en rekke andre.

Men studier har vist at disse stoffene ikke har noen praktisk verdi når det gjelder vulkanisering.

Vulkaniseringsprosess

Gummivulkaniseringsprosessen kan deles inn i kald og varm. Den første kan deles inn i to typer. Den første innebærer bruk av svovel semiklorid. Vulkaniseringsmekanismen ved bruk av dette stoffet ser slik ut. Et arbeidsstykke laget av naturgummi plasseres i dampen av dette stoffet (S2Cl2) eller i løsningen, laget på grunnlag av noe løsemiddel. Løsemidlet må oppfylle to krav:

1. Det bør ikke reagere med svovel semiklorid.
2. Det skal løse opp gummien.

Som regel kan karbondisulfid, bensin og en rekke andre brukes som løsningsmiddel. Tilstedeværelsen av svovel semiklorid i væsken hindrer gummien i å løse seg opp. Essensen av denne prosessen er å mette gummien med dette kjemikaliet.

Varigheten av vulkaniseringsprosessen med deltakelse av S2Cl2 bestemmer til slutt de tekniske egenskapene til det ferdige produktet, inkludert elastisitet og styrke.

Vulkaniseringstiden i en 2 % løsning kan være flere sekunder eller minutter. Hvis prosessen tar for lang tid, kan det oppstå såkalt overvulkanisering, det vil si at arbeidsstykkene mister sin plastisitet og blir svært sprø. Erfaring tilsier at med en produkttykkelse på ca. en millimeter kan vulkaniseringsoperasjonen utføres på noen få sekunder.

Denne vulkaniseringsteknologien er den optimale løsningen for å behandle deler med en tynn vegg - rør, hansker, etc. Men i dette tilfellet er det nødvendig å strengt observere prosesseringsmodusene, ellers kan det øverste laget av deler vulkaniseres mer enn indre lag.

Ved slutten av vulkaniseringsoperasjonen må de resulterende delene vaskes med enten vann eller en alkalisk løsning.

Det er en annen metode for kald vulkanisering. Gummiemner med tynn vegg plasseres i en atmosfære mettet med SO2. Etter en viss tid flyttes arbeidsstykkene inn i et kammer hvor H2S (hydrogensulfid) pumpes. Holdetiden for arbeidsstykker i slike kamre er 15 – 25 minutter. Denne tiden er tilstrekkelig til å fullføre vulkaniseringen. Denne teknologien er vellykket brukt til å behandle limte sømmer, noe som gir dem høy styrke.

Spesielle gummier behandles ved hjelp av syntetiske harpikser; vulkanisering ved bruk av dem er ikke forskjellig fra det som er beskrevet ovenfor.

Varm vulkanisering

Teknologien for slik vulkanisering er som følger. En viss mengde svovel og spesielle tilsetningsstoffer tilsettes den støpte rågummien. Som regel skal svovelvolumet være i området 5 - 10%; det endelige tallet bestemmes basert på formålet og hardheten til den fremtidige delen. I tillegg til svovel tilsettes såkalt horngummi (hardgummi) som inneholder 20–50 % svovel. På neste trinn dannes emner fra det resulterende materialet og varmes opp, dvs. herding.

Oppvarming utføres ved hjelp av ulike metoder. Emnene legges i metallformer eller rulles til stoff. De resulterende strukturene plasseres i en ovn oppvarmet til 130 - 140 grader Celsius. For å øke effektiviteten av vulkanisering kan det skapes overtrykk i ovnen.

De dannede emnene kan plasseres i en autoklav som inneholder overopphetet vanndamp. Eller de legges i en oppvarmet presse. Faktisk er denne metoden den vanligste i praksis.

Egenskapene til vulkanisert gummi avhenger av mange forhold. Derfor regnes vulkanisering som en av de mest komplekse operasjonene som brukes i gummiproduksjon. I tillegg spiller kvaliteten på råvaren og metoden for forbehandling en viktig rolle. Vi må ikke glemme volumet tilsatt svovel, temperatur, varighet og vulkaniseringsmetode. Til slutt påvirkes egenskapene til det ferdige produktet også av tilstedeværelsen av urenheter av forskjellig opprinnelse. Tilstedeværelsen av mange urenheter tillater faktisk riktig vulkanisering.

I i fjor akseleratorer begynte å bli brukt i gummiindustrien. Disse stoffene tilsatt gummiblandingen fremskynder prosessene, reduserer energikostnadene, med andre ord, disse tilsetningsstoffene optimerer behandlingen av arbeidsstykket.

Ved implementering av varmvulkanisering i luft er tilstedeværelsen av blyoksid nødvendig; i tillegg kan tilstedeværelsen av blysalter være nødvendig i kombinasjon med organiske syrer eller med forbindelser som inneholder sure hydroksyder.

Følgende stoffer brukes som akseleratorer:

• tiuramidsulfid;
• xanthater;
• Merkaptobenzotiazol.

Vulkanisering utført under påvirkning av vanndamp kan reduseres betydelig hvis du bruker kjemikalier som alkalier: Ca(OH)2, MgO, NaOH, KOH, eller salter Na2CO3, Na2CS3. I tillegg vil kaliumsalter bidra til å fremskynde prosessene.

Det finnes også organiske akseleratorer, dette er aminer, og en hel gruppe forbindelser som ikke inngår i noen gruppe. Dette er for eksempel derivater av stoffer som aminer, ammoniakk og en rekke andre.

Difenylguanidin, heksametylentetramin og mange andre brukes oftest i produksjonen. Det er ikke uvanlig at sinkoksid brukes til å øke aktiviteten til akseleratorer.

I tillegg til tilsetningsstoffer og akseleratorer, spilles en viktig rolle miljø. For eksempel skaper tilstedeværelsen av atmosfærisk luft ugunstige forhold for vulkanisering ved standardtrykk. I tillegg til luft har karbonsyre og nitrogen en negativ effekt. I mellomtiden har ammoniakk eller hydrogensulfid en positiv effekt på vulkaniseringsprosessen.

Vulkaniseringsprosedyren gir gummi nye egenskaper og modifiserer eksisterende. Spesielt forbedres elastisiteten osv. Vulkaniseringsprosessen kan kontrolleres ved å hele tiden måle de skiftende egenskapene. Som regel brukes bestemmelsen av strekkstyrke og strekkfasthet til dette formålet. Men disse kontrollmetodene er ikke nøyaktige og brukes ikke.

Gummi som et produkt av gummivulkanisering

Teknisk gummi er et komposittmateriale som inneholder opptil 20 komponenter som gir ulike egenskaper til dette materialet. Gummi produseres ved å vulkanisere gummi. Som nevnt ovenfor, under vulkaniseringsprosessen, dannes makromolekyler som sikrer ytelsesegenskapene til gummi, og dermed sikre høy gummistyrke.

Hovedforskjellen mellom gummi og mange andre materialer er at den har evnen til å gjennomgå elastiske deformasjoner, som kan oppstå ved forskjellige temperaturer, alt fra romtemperatur til mye lavere. Gummi overgår betydelig gummi i en rekke egenskaper, for eksempel kjennetegnes det av elastisitet og styrke, motstand mot temperaturendringer, eksponering for aggressive miljøer og mye mer.

Sement for vulkanisering

Sement for vulkanisering brukes til selvvulkanisering, den kan starte fra 18 grader og for varmvulkanisering opp til 150 grader. Denne sementen inneholder ikke hydrokarboner. Det finnes også sement av typen OTR som brukes til påføring på grove overflater inne i dekkene, samt lim i Type Top RAD- og PN OTR-serien med forlenget tørketid. Bruken av slik sement gjør det mulig å oppnå lang levetid for regummierte dekk brukt på spesialanleggsutstyr med høy kjørelengde.

Gjør-det-selv varmvulkaniseringsteknologi for dekk

For å utføre varm vulkanisering av et dekk eller rør, trenger du en presse. Sveisereaksjonen mellom gummien og delen skjer over en viss tidsperiode. Denne tiden avhenger av størrelsen på området som skal repareres. Erfaring viser at det vil ta 4 minutter å reparere skader 1 mm dype, med forbehold om spesifisert temperatur. Det vil si at for å reparere en defekt 3 mm dyp, må du bruke 12 minutter med ren tid. Vi tar ikke hensyn til forberedelsestid. I mellomtiden kan det ta omtrent 1 time å sette vulkaniseringsenheten i drift, avhengig av modellen.

Temperaturen som kreves for varm vulkanisering varierer fra 140 til 150 grader Celsius. For å oppnå denne temperaturen er det ikke nødvendig å bruke industrielt utstyr. For å reparere dekk selv, er det ganske akseptabelt å bruke elektriske husholdningsapparater, for eksempel et strykejern.

Å eliminere defekter i et bildekk eller et bildekk ved hjelp av en vulkaniseringsanordning er en ganske arbeidskrevende operasjon. Den har mange finesser og detaljer, og derfor vil vi vurdere hovedstadiene av reparasjon.

1. For å gi tilgang til skadestedet, må dekket fjernes fra hjulet.
2. Rengjør gummien nær det skadede området. Overflaten skal bli ru.
3. Blås av det behandlede området med trykkluft. Snoren som dukker opp utenfor må fjernes, den kan bites av med trådkutter. Gummi skal behandles med en spesiell avfettingsmasse. Bearbeiding skal utføres på begge sider, utvendig og innvendig.
4. På innsiden skal det plasseres en forhåndsklar lapp av størrelse på det skadede området. Leggingen begynner fra siden av dekkvulsten mot midten.
5. Fra utsiden skal biter av rågummi, kuttet i biter på 10–15 mm, plasseres på skadestedet, de må først varmes opp på komfyren.
6. Den utlagte gummien må presses og jevnes over overflaten av dekket. I dette tilfellet er det nødvendig å sørge for at laget av rågummi er 3–5 mm høyere enn arbeidsflaten til kammeret.
7. Etter noen minutter, ved hjelp av en vinkelsliper (vinkelsliper), er det nødvendig å fjerne laget med påført rågummi. Hvis den nakne overflaten er løs, det vil si at det er luft i den, må all påført gummi fjernes og operasjonen med å påføre gummi må gjentas. Hvis det ikke er luft i reparasjonslaget, det vil si at overflaten er glatt og ikke inneholder porer, kan delen som repareres sendes under forvarmet til temperaturen angitt ovenfor.
8. For nøyaktig å plassere dekket på pressen, er det fornuftig å markere midten av det defekte området med kritt. For å hindre at de oppvarmede platene fester seg til gummien, må det legges tykt papir mellom dem.

DIY vulkanisator

Enhver varmvulkaniseringsenhet må inneholde to komponenter:

• et varmeelement;
• trykk.

Til selvlaget vulkanisator kan være nødvendig:

• jern;
• Elektrisk komfyr;
• stempel fra forbrenningsmotor.

En gjør-det-selv vulkanisator skal være utstyrt med en regulator som kan slå den av når den når driftstemperatur (140-150 grader Celsius). For effektiv klemme kan du bruke en vanlig klemme.

Grunnleggende metoder for gummivulkanisering. For å utføre den viktigste kjemiske prosessen med gummiteknologi - vulkanisering - brukes vulkaniseringsmidler. Vulkaniseringsprosessens kjemi består i dannelsen av et romlig nettverk, inkludert lineære eller forgrenede gummimakromolekyler og tverrbindinger. Teknologisk sett består vulkanisering i å behandle gummiblandingen ved temperaturer fra normal til 220˚C under trykk og sjeldnere uten.

I de fleste tilfeller utføres industriell vulkanisering ved bruk av vulkaniseringssystemer som inkluderer et vulkaniseringsmiddel, akseleratorer og vulkaniseringsaktivatorer og bidrar til en mer effektiv prosess for dannelse av et romlig nettverk.

Den kjemiske interaksjonen mellom gummien og vulkaniseringsmidlet bestemmes av gummiens kjemiske aktivitet, dvs. graden av umettethet av dens kjeder, tilstedeværelsen av funksjonelle grupper.

Den kjemiske aktiviteten til umettede gummier skyldes tilstedeværelsen av dobbeltbindinger i hovedkjeden og den økte mobiliteten til hydrogenatomer i α-metylengrupper ved siden av dobbeltbindingen. Derfor kan umettede gummier vulkaniseres med alle forbindelser som reagerer med dobbeltbindingen og dens nabogrupper.

Det viktigste vulkaniseringsmidlet for umettede gummier er svovel, som vanligvis brukes som et vulkaniseringssystem i forbindelse med akseleratorer og deres aktivatorer. I tillegg til svovel kan du bruke organiske og uorganiske peroksider, alkylfenol-formaldehyd-harpikser (APFR), diazoforbindelser og polyhalogenidforbindelser.

Den kjemiske aktiviteten til mettede gummier er betydelig lavere enn aktiviteten til umettede gummier, så for vulkanisering er det nødvendig å bruke stoffer med høy reaktivitet, for eksempel ulike peroksider.

Vulkanisering av umettede og mettede gummier kan utføres ikke bare i nærvær av kjemiske vulkaniseringsmidler, men også under påvirkning av fysiske påvirkninger som initierer kjemiske transformasjoner. Disse er høyenergistråling (strålingsvulkanisering), ultrafiolett stråling (fotovulkanisering), langvarig eksponering for høye temperaturer (termovulkanisering), virkningen av sjokkbølger og noen andre kilder.

Gummi som har funksjonelle grupper kan vulkaniseres på tvers av disse gruppene ved å bruke stoffer som reagerer med de funksjonelle gruppene for å danne en tverrbinding.

Grunnleggende prinsipper for vulkaniseringsprosessen. Uavhengig av typen gummi og vulkaniseringssystemet som brukes, skjer det noen karakteristiske endringer i materialets egenskaper under vulkaniseringsprosessen:

Plassiteten til gummiblandingen reduseres kraftig, og styrken og elastisiteten til vulkanisater vises. Dermed overstiger ikke styrken til en rågummiblanding basert på NC 1,5 MPa, og styrken til et vulkanisert materiale er ikke mindre enn 25 MPa.

Den kjemiske aktiviteten til gummi er betydelig redusert: i umettede gummier reduseres antall dobbeltbindinger, i mettede gummier og gummier med funksjonelle grupper reduseres antallet aktive sentre. På grunn av dette øker vulkanisatets motstand mot oksidative og andre aggressive påvirkninger.

Det vulkaniserte materialets motstand mot lave og høye temperaturer øker. Dermed herder NK ved 0ºС og blir klebrig ved +100ºС, og vulkanisat beholder styrke og elastisitet i temperaturområdet fra –20 til +100ºС.

Denne karakteren av endringen i materialets egenskaper under vulkanisering indikerer tydelig forekomsten av struktureringsprosesser, som ender i dannelsen av et tredimensjonalt romlig nettverk. For at vulkanisatet skal beholde sin elastisitet, må tverrbindingene være tilstrekkelig sjeldne. Således, i tilfellet med NC, blir den termodynamiske fleksibiliteten til kjeden bevart hvis det er en tverrbinding per 600 karbonatomer i hovedkjeden.

Vulkaniseringsprosessen er også preget av noen generelle mønstre av endringer i egenskaper avhengig av vulkaniseringstiden ved konstant temperatur.

Siden viskositetsegenskapene til blandinger endres mest betydelig, brukes skjærrotasjonsviskosimeter, spesielt Monsanto-reometre, for å studere kinetikken til vulkanisering. Disse enhetene lar deg studere vulkaniseringsprosessen ved temperaturer fra 100 til 200ºС i 12 - 360 minutter med forskjellige skjærkrefter. Opptakeren av enheten skriver ut avhengigheten av dreiemomentet på vulkaniseringstiden ved en konstant temperatur, dvs. kinetisk vulkaniseringskurve, som har en S-form og flere seksjoner tilsvarende stadiene i prosessen (fig. 3).

Det første stadiet av vulkanisering kalles induksjonsperioden, sviestadiet eller prevulkaniseringsstadiet. På dette stadiet må gummiblandingen forbli flytende og fylle hele formen godt, derfor er egenskapene preget av minimum skjærmoment M min (minimum viskositet) og tiden t s hvor skjærmomentet øker med 2 enheter sammenlignet med minimum .

Den andre fasen kalles hovedvulkaniseringsperioden. Ved slutten av induksjonsperioden akkumuleres aktive partikler i massen av gummiblandingen, noe som forårsaker rask strukturering og følgelig en økning i dreiemoment til en viss maksimal verdi M max. Fullføringen av det andre trinnet regnes imidlertid ikke som tiden for å nå M max, men tiden t 90 som tilsvarer M 90. Dette øyeblikket bestemmes av formelen

M 90 =0,9 M + M min,

hvor M er forskjellen i dreiemoment (M = M max – M min).

Tid t 90 er det optimale for vulkanisering, hvis verdi avhenger av aktiviteten til vulkaniseringssystemet. Kurvens helning i hovedperioden preger vulkaniseringshastigheten.

Det tredje trinnet i prosessen kalles revulkaniseringsstadiet, som i de fleste tilfeller tilsvarer et horisontalt snitt med konstante egenskaper på den kinetiske kurven. Denne sonen kalles vulkaniseringsplatået. Jo bredere platået er, desto mer motstandsdyktig er blandingen mot overvulkanisering.

Bredden på platået og det videre kurveforløpet avhenger hovedsakelig av gummiens kjemiske natur. Ved umettede lineære gummier, som NK og SKI-3, er ikke platået bredt og da forringes egenskapene, d.v.s. nedgang i kurven (fig. 3, kurve EN). Prosessen med forringelse av egenskaper på stadiet av revulkanisering kalles tilbakevending. Årsaken til reverseringen er ødeleggelsen av ikke bare hovedkjedene, men også de dannede tverrbindingene under påvirkning av høy temperatur.

Når det gjelder mettede gummier og umettede gummier med en forgrenet struktur (et betydelig antall dobbeltbindinger i side 1,2-enheter) i revulkaniseringssonen, endres egenskapene litt, og i noen tilfeller til og med forbedres (fig. 3, kurver b Og V), siden den termiske oksidasjonen av dobbeltbindinger av sideenheter er ledsaget av ytterligere strukturering.

Oppførselen til gummiblandinger på stadiet med overvulkanisering er viktig ved produksjon av massive produkter, spesielt bildekk, siden på grunn av reversering kan overvulkanisering av de ytre lagene oppstå mens de indre lagene er undervulkaniserte. I dette tilfellet kreves vulkaniseringssystemer som vil gi en lang induksjonsperiode for jevn oppvarming av dekket, høy hastighet i hovedperioden og et bredt vulkaniseringsplatå ved revulkaniseringsstadiet.

3.2. Svovelvulkaniseringssystemer for umettet gummi

Egenskaper til svovel som vulkaniseringsmiddel. Prosessen med vulkanisering av naturgummi med svovel ble oppdaget i 1839 av C. Goodyear og uavhengig i 1843 av G. Gencock.

Naturlig malt svovel brukes til vulkanisering. Elementært svovel har flere krystallinske modifikasjoner, hvorav kun -modifikasjonen er delvis løselig i gummi. Det er denne modifikasjonen, som har et smeltepunkt på 112,7 ºC, som brukes til vulkanisering. Molekyler av -formen er en åtteleddet ring S 8 med en gjennomsnittlig aktiveringsenergi av ringbrudd E act = 247 kJ/mol.

Dette er en ganske høy energi, og spaltningen av svovelringen skjer bare ved temperaturer på 143ºC og over. Ved temperaturer under 150ºC skjer heterolytisk eller ionisk dekomponering av svovelringen med dannelsen av det tilsvarende svovelbiionet, og ved 150ºC og over skjer homolytisk (radikal) dekomponering av S-ringen med dannelsen av svovelbiradikaler:

t150ºС S 8 →S + – S 6 – S – → S 8 +–

t150ºС S 8 →Sֹ–S 6 –Sֹ→S 8 ֹֹ.

Biradikale S 8 ·· brytes lett ned i mindre fragmenter: S 8 ֹֹ→S x ֹֹ + S 8 ֹֹ.

De resulterende svovelbiionene og biradikalene samhandler deretter med gummimakromolekyler enten ved dobbeltbindingen eller på stedet for α-metylenkarbonatomet.

Svovelringen kan også desintegreres ved temperaturer under 143ºС hvis det er noen aktive partikler i systemet (kationer, anioner, frie radikaler). Aktivering skjer i henhold til følgende skjema:

S 8 + A + →A – S – S 6 – S +

S 8 + B – → B – S – S 6 –

S 8 + Rֹ→R – S – S 6 – Sֹ.

Slike aktive partikler er tilstede i gummiblandingen når vulkaniseringssystemer med vulkaniseringsakseleratorer og deres aktivatorer brukes.

For å forvandle myk plastgummi til hard elastisk gummi, er en liten mengde svovel tilstrekkelig - 0,10,15 % vekt. Imidlertid varierer faktiske doser av svovel fra 12,5 til 35 vektdeler. per 100 vektdeler gummi.

Svovel har begrenset løselighet i gummi, så doseringen av svovel bestemmer i hvilken form det fordeles i gummiblandingen. Ved faktiske doseringer er svovel i form av smeltede dråper, fra overflaten av hvilke svovelmolekyler diffunderer inn i gummimassen.

Fremstillingen av gummiblandingen utføres ved forhøyede temperaturer (100-140ºС), noe som øker løseligheten av svovel i gummi. Derfor, når blandingen avkjøles, spesielt i tilfeller med høye doser, begynner fritt svovel å diffundere på overflaten av gummiblandingen med dannelse av en tynn film eller avsetning av svovel. Denne prosessen kalles falming eller svetting i teknologi. Fading reduserer sjelden klebrigheten til arbeidsstykkene, og derfor, for å friske opp overflaten på arbeidsstykkene, behandles de med bensin før montering. Dette forverrer arbeidsforholdene til montører og øker brann- og eksplosjonsfaren ved produksjon.

Problemet med falming er spesielt akutt ved produksjon av stålsnordekk. I dette tilfellet, for å øke styrken på bindingen mellom metall og gummi, økes dosen av S til 5 vektdeler. For å unngå falming i slike formuleringer, bør en spesiell modifikasjon brukes - det såkalte polymersvovel. Dette er -formen, som dannes når -formen varmes opp til 170ºC. Ved denne temperaturen oppstår et kraftig hopp i smeltens viskositet og polymersvovel Sn dannes, hvor n er over 1000. I verdenspraksis brukes ulike modifikasjoner av polymersvovel, kjent under merkenavnet "Cristex".

Teorier om svovelvulkanisering. Kjemiske og fysiske teorier har blitt fremsatt for å forklare prosessen med svovelvulkanisering. I 1902 la Weber frem den første kjemiske teorien om vulkanisering, hvis elementer har overlevd til i dag. Ved å trekke ut produktet av interaksjonen av NC med svovel, fant Weber at en del av det innførte svovelet ikke ble ekstrahert. Han kalte denne delen bundet, og den frigjorte delen - fritt svovel. Summen av mengden bundet og fritt svovel var lik den totale mengden svovel som ble introdusert i gummien: S total = S fri + S bundet. Weber introduserte også begrepet vulkaniseringskoeffisient som forholdet mellom bundet svovel og mengden gummi i gummiblandingen (A): K vulc = S bond / A.

Weber klarte å isolere polysulfid (C 5 H 8 S) n som et produkt av intramolekylær tilsetning av svovel ved dobbeltbindingene til isoprenenheter. Derfor kunne ikke Webers teori forklare styrkeøkningen som følge av vulkanisering.

I 1910 la Oswald frem en fysisk teori om vulkanisering, som forklarte effekten av vulkanisering ved den fysiske adsorpsjonsinteraksjonen mellom gummi og svovel. I følge denne teorien dannes gummi-svovelkomplekser i gummiblandingen, som interagerer med hverandre også på grunn av adsorpsjonskrefter, noe som fører til en økning i materialets styrke. Imidlertid skulle det adsorberte svovelet ekstraheres fullstendig fra vulkanisatet, noe som ikke ble observert under virkelige forhold, og den kjemiske teorien om vulkanisering begynte å råde i alle videre studier.

Hovedbeviset for den kjemiske teorien (broteori) er følgende:

Bare umettede gummier er vulkanisert med svovel;

Svovel interagerer med molekyler av umettet gummi for å danne kovalente tverrbindinger (broer) av ulike typer, dvs. med dannelse av bundet svovel, hvis mengde er proporsjonal med umettetheten til gummien;

Vulkaniseringsprosessen er ledsaget av en termisk effekt proporsjonal med mengden tilsatt svovel;

Vulkanisering har en temperaturkoeffisient på omtrent 2, dvs. nær temperaturkoeffisienten til en kjemisk reaksjon generelt.

Økningen i styrke som følge av svovelvulkanisering oppstår på grunn av struktureringen av systemet, som et resultat av at det dannes et tredimensjonalt romlig nettverk. Eksisterende svovelvulkaniseringssystemer gjør det mulig å spesifikt syntetisere nesten alle typer tverrbindinger, endre vulkaniseringshastigheten og den endelige strukturen til vulkanisatet. Derfor er svovel fortsatt det mest populære tverrbindingsmidlet for umettede gummier.

Teknologisk er vulkaniseringsprosessen transformasjonen av "rå" gummi til gummi. Som en kjemisk reaksjon involverer den kombinasjonen av lineære gummimakromolekyler, som lett mister stabilitet når de utsettes for ytre påvirkninger, til et enkelt vulkaniseringsnettverk. Det skapes i tredimensjonalt rom på grunn av kjemiske tverrsnittsbindinger.

Denne tilsynelatende "tverrbundne" strukturen gir gummien ekstra styrkeegenskaper. Dens hardhet og elastisitet, frost- og varmebestandighet forbedres mens løselighet i organiske stoffer og hevelse reduseres.

Det resulterende nettet har en kompleks struktur. Det inkluderer ikke bare noder som forbinder par av makromolekyler, men også de som kombinerer flere molekyler samtidig, så vel som tverrgående kjemiske bindinger, som er som "broer" mellom lineære fragmenter.

Dannelsen deres skjer under påvirkning av spesielle midler, hvis molekyler delvis fungerer som byggematerialer, kjemisk reagerer med hverandre og gummimakromolekyler ved høye temperaturer.

Materialegenskaper

Ytelsesegenskapene til den resulterende vulkaniserte gummien og produktene laget av den avhenger i stor grad av typen reagens som brukes. Slike egenskaper inkluderer motstand mot eksponering for aggressive miljøer, deformasjonshastighet under kompresjon eller økt temperatur, og motstand mot termisk-oksidative reaksjoner.

De resulterende bindingene begrenser irreversibelt mobiliteten til molekyler under mekanisk påvirkning, samtidig som de opprettholder den høye elastisiteten til materialet med evnen til å gjennomgå plastisk deformasjon. Strukturen og antallet av disse bindingene bestemmes av gummivulkaniseringsmetoden og de kjemiske midlene som brukes for den.

Prosessen fortsetter ikke monotont, og individuelle indikatorer for den vulkaniserte blandingen når deres endringer i deres minimum og maksimum til forskjellige tider. Det mest passende forholdet mellom de fysiske og mekaniske egenskapene til den resulterende elastomeren kalles det optimale.

Vulkaniseringssammensetningen inkluderer i tillegg til gummi og kjemiske midler en rekke tilleggsstoffer som bidrar til produksjon av gummi med spesifiserte ytelsesegenskaper. I henhold til deres formål er de delt inn i akseleratorer (aktivatorer), fyllstoffer, myknere (myknere) og antioksidanter (antioksidanter). Akseleratorer (oftest sinkoksid) letter den kjemiske interaksjonen mellom alle ingrediensene i gummiblandingen, bidrar til å redusere forbruket av råmaterialer og tid for behandlingen, og forbedrer egenskapene til vulkanisatorer.

Fyllstoffer som kritt, kaolin, kjønrøk øker elastomerens mekaniske styrke, slitestyrke, slitestyrke og andre fysiske egenskaper. Ved å fylle på volumet av råstoff, reduserer de dermed gummiforbruket og reduserer kostnadene for det resulterende produktet. Myknere tilsettes for å forbedre bearbeidbarheten til gummiblandinger, redusere viskositeten og øke volumet av fyllstoffer.

Myknere kan også øke den dynamiske utholdenheten til elastomerer og slitestyrke. Antioksidanter som stabiliserer prosessen blir introdusert i blandingen for å forhindre "aldring" av gummien. Ulike kombinasjoner av disse stoffene brukes i utviklingen av spesielle rågummiformuleringer for å forutsi og justere vulkaniseringsprosessen.

Typer vulkanisering

Oftest er vanlige gummier (styren-butadien, butadien og naturlig) vulkanisert i kombinasjon med svovel, og oppvarmer blandingen til 140-160°C. Denne prosessen kalles svovelvulkanisering. Svovelatomer deltar i dannelsen av intermolekylære tverrbindinger. Når opptil 5% svovel tilsettes til en blanding med gummi, produseres et mykt vulkanisat som brukes til fremstilling av bilrør, dekk, gummislanger, kuler, etc.

Når mer enn 30 % svovel tilsettes, oppnås en ganske hard, lavelastisk ebonitt. Thiuram, captax, etc. brukes som akseleratorer i denne prosessen, hvis fullstendighet er sikret ved tilsetning av aktivatorer bestående av metalloksider, vanligvis sink.

Strålingsvulkanisering er også mulig. Det utføres gjennom ioniserende stråling, ved hjelp av strømmer av elektroner som sendes ut av radioaktivt kobolt. Denne svovelfrie prosessen produserer elastomerer som er spesielt motstandsdyktige mot kjemiske og termiske angrep. For å produsere spesielle typer gummi tilsettes organiske peroksider, syntetiske harpikser og andre forbindelser under samme prosessparametere som ved tilsetning av svovel.

I industriell skala blir den vulkaniserbare sammensetningen, plassert i en form, oppvarmet ved forhøyet trykk. For å gjøre dette plasseres formene mellom oppvarmede plater av en hydraulisk presse. Ved produksjon av ikke-støpte produkter helles blandingen i autoklaver, kjeler eller individuelle vulkanisatorer. Oppvarming av gummi for vulkanisering i dette utstyret utføres ved bruk av luft, damp, oppvarmet vann eller høyfrekvent elektrisk strøm.

I mange år har de største forbrukerne av gummiprodukter vært bil- og landbruksingeniørbedrifter. Graden av metning av produktene deres med gummiprodukter fungerer som en indikator på høy pålitelighet og komfort. I tillegg brukes ofte deler laget av elastomerer i produksjon av rørleggerinstallasjoner, fottøy, skrivesaker og barneprodukter.

Send ditt gode arbeid i kunnskapsbasen er enkelt. Bruk skjemaet nedenfor

Studenter, hovedfagsstudenter, unge forskere som bruker kunnskapsbasen i studiene og arbeidet vil være deg veldig takknemlig.

postet på http://www.allbest.ru/

VulcanizENsjon- en teknologisk prosess for interaksjon av gummier med et vulkaniseringsmiddel, hvor gummimolekyler kryssbindes til et enkelt romlig nettverk. Vulkaniseringsmidler kan være: svovel, peroksider, metalloksider, amin-type forbindelser osv. For å øke vulkaniseringshastigheten brukes ulike akseleratorkatalysatorer.

Vulkanisering øker styrkeegenskapene til gummi, dens hardhet, elastisitet, varme- og frostbestandighet, og reduserer graden av svelling og løselighet i organiske løsemidler. Essensen av vulkanisering er kombinasjonen av lineære makromolekyler av gummi til et enkelt "tverrbundet" system, det såkalte vulkaniseringsnettverket. Som et resultat av vulkanisering dannes det tverrbindinger mellom makromolekyler, hvis antall og struktur avhenger av metode B. Under vulkanisering endres enkelte egenskaper ved den vulkaniserte blandingen ikke monotont over tid, men går gjennom et maksimum eller minimum. Vulkaniseringsgraden der den beste kombinasjonen av ulike fysiske og mekaniske egenskaper til gummi oppnås kalles vulkaniseringsoptimum.

Vulkanisering utføres vanligvis på en blanding av gummi med forskjellige stoffer som gir de nødvendige ytelsesegenskapene til gummi (fyllstoffer, for eksempel sot, kritt, kaolin, samt myknere, antioksidanter, etc.).

I de fleste tilfeller vulkaniseres gummier for generell bruk (naturlig, butadien, styrenbutadien) ved å varme dem opp med elementært svovel ved 140-160°C (svovelsyre). De resulterende intermolekylære tverrbindingene skjer gjennom ett eller flere svovelatomer. Hvis 0,5-5% svovel tilsettes gummi, oppnås et mykt vulkanisat (bilslanger og -dekk, kuler, slanger, etc.); tilsetning av 30-50% svovel fører til dannelsen av et hardt, uelastisk materiale - ebonitt. Svovelvulkanisering kan akselereres ved å tilsette små mengder organiske forbindelser, såkalte vulkaniseringsakseleratorer - captax, thiuram, etc. Effekten av disse stoffene manifesteres fullstendig bare i nærvær av aktivatorer - metalloksider (oftest sinkoksid).

I industrien utføres svovelvulkanisering ved å varme opp det vulkaniserte produktet i støpeformer under høyt trykk eller i form av ustøpte produkter (i "fri" form) i kjeler, autoklaver, individuelle vulkanisatorer og apparater for kontinuerlig vulkanisering. osv. I disse enhetene utføres oppvarming med damp, luft, overopphetet vann, elektrisitet og høyfrekvente strømmer. Formene plasseres vanligvis mellom oppvarmede plater i en hydraulisk presse. Vulkanisering med svovel ble oppdaget av Charles Goodyear (USA, 1839) og T. Hancock (Storbritannia, 1843). For vulkanisering av spesialgummi brukes organiske peroksider (for eksempel benzoylperoksid), syntetiske harpikser (for eksempel fenol-formaldehyd), nitro- og diazoforbindelser og andre; Prosessbetingelsene er de samme som for svovelvulkanisering.

Vulkanisering er også mulig under påvirkning av ioniserende stråling - g-stråling fra radioaktiv kobolt, en strøm av raske elektroner (strålingsvulkanisering). Svovelfrie og strålingsgummimetoder gjør det mulig å oppnå gummier som har høy termisk og kjemisk motstand.

I polymerindustrien brukes vulkanisering i ekstruderingsproduksjon av gummi.

Vulkanisering på sreparereedekk

Den teknologiske prosessen med dekkreparasjon består i å klargjøre skadede områder for påføring av reparasjonsmaterialer, påføring av reparasjonsmaterialer på skadede områder og vulkanisering av områdene som repareres.

Vulkanisering av de reparerte områdene er en av de viktigste operasjonene ved reparasjon av dekk.

Essensen av vulkanisering er at når den varmes opp til en viss temperatur, skjer en fysisk-kjemisk prosess i uvulkanisert gummi, som et resultat av at gummien får elastisitet, styrke, spenst og andre nødvendige egenskaper.

Når to stykker gummi limt sammen med gummilim vulkaniseres, blir de til en monolittisk struktur, og styrken på forbindelsen deres avviker ikke fra vedheftstyrken til basismaterialet inne i hvert stykke. Samtidig, for å sikre nødvendig styrke, må gummibitene presses - presses under et trykk på 5 kg/cm 2.

For at vulkaniseringsprosessen skal finne sted, er det ikke nok å bare varme den til ønsket temperatur, dvs. til 143+2°; Vulkaniseringsprosessen skjer ikke umiddelbart, så oppvarmede dekk må holdes i en viss tid ved vulkaniseringstemperaturen.

Vulkanisering kan skje ved lavere temperaturer enn 143°, men det tar lengre tid. Så, for eksempel, hvis temperaturen synker fra den spesifiserte med bare 10°, bør vulkaniseringstiden dobles. For å redusere tiden for forvarming under vulkanisering brukes elektriske mansjetter, som tillater oppvarming samtidig på begge sider av dekket, og derved reduserer vulkaniseringstiden og forbedrer kvaliteten på reparasjonene. Når det oppstår ensidig oppvarming av tykke dekk, oppstår overvulkanisering av gummiseksjonene i kontakt med vulkaniseringsutstyret, og undervulkanisering av gummien på motsatt side. Vulkaniseringstid, avhengig av type skade og dekkstørrelse, varierer fra 30 til 180 minutter for dekk og fra 15 til 20 minutter for slanger

For vulkanisering i motorkjøretøyer brukes et stasjonært vulkaniseringsapparat modell 601, produsert av GARO-trusten.

Arbeidssettet til vulkaniseringsapparatet inkluderer korsetter for sektorer, korsettstramming, slitebane- og sideprofilforinger, klemmer, trykkputer, sandposer, madrasser.

Med et damptrykk i kjelen på 4 kg/cm2 er nødvendig overflatetemperatur på vulkaniseringsutstyret 143"+2°. Ved et trykk på 4,0--4,1 kg/cm2 må sikkerhetsventilen åpne.

Vulkaniseringsinnretninger skal kontrolleres av kjelekontrollør før de settes i drift.

Innvendige skader på dekk vulkaniseres på sektorer, ytre skader herdes på plater ved hjelp av profilforinger. Gjennom skade (i nærvær av elektriske mansjetter, vulkaniseres de på en plate med profilfôr, i fravær av elektriske mansjetter, separat: først fra innsiden på sektoren, deretter fra utsiden på en plate med profilfôr.

Den elektriske mansjetten består av flere lag med gummi og et ytre lag av gummiert chafer, i midten er det en spiral av nikromtråd for oppvarming og en termostat for å holde en konstant temperatur (150°).

vulkanisering industri reparasjon dekk

Ris. 4. Stasjonært vulkaniseringsapparat GARO modell 601: 1 - sektor; 2 - sideplate; 3 - kjele-dampgenerator; 4 - små klemmer for kameraer; 5 -- brakett for kameraer; 6 -- trykkmåler; 7-klemme for dekk; 8 - brannboks; 9 - vannmålerglass; 10 -- manuell stempelpumpe; 11 -- sugerør

Før vulkanisering markeres grensene for dekkområdet som skal repareres. For å eliminere stikking, pudre den med talkum, samt en sandpose, en elektrisk mansjett og vulkaniseringsutstyr (sektorer, profilforinger, etc.) i kontakt med dekket.

Ved vulkanisering på en sektor oppnås krymping ved å stramme et korsett, og ved vulkanisering på en plate ved å bruke en pose med sand og en klemme.

Profilforinger (slitebane og vulst) velges i henhold til plasseringen av dekket som repareres og størrelsen.

Under vulkanisering er den elektriske mansjetten plassert mellom dekket og sandposen.

Start- og sluttid for vulkanisering er merket med kritt på en spesiell tavle installert i nærheten av vulkaniseringsutstyret.

Reparerte dekk må oppfylle følgende krav:

1) dekk bør ikke ha ureparerte områder;

2) på innsiden av dekket skal det ikke være hevelser eller spor av lappdelaminering, undervulkanisering, folder eller fortykkelser som svekker ytelsen til slangen;

3) gummiseksjonene påført langs slitebanen eller sideveggen må være fullstendig vulkanisert til en Shore-hardhet på 55-65;

4) slitebaneområder større enn 200 mm gjenopprettet under reparasjonsprosessen må ha et mønster som er identisk med hele slitebanen på dekket; et "Terrengkjøretøy"-mønster må brukes uavhengig av størrelsen på det restaurerte slitebaneområdet;

5) formen på dekkperlene bør ikke forvrenges;

6) fortykkelser og fordypninger som forvrenger de ytre dimensjonene og overflaten til dekket er ikke tillatt;

7) reparerte områder skal ikke ha noen etterslep; tilstedeværelsen av skjell eller porer opp til 20 mm 2 i areal og opptil 2 mm i dybde er tillatt i en mengde på ikke mer enn to per kvadratdesimeter;

8) kvaliteten på dekkreparasjonen må sikre deres garanterte kjørelengde etter reparasjon.

Vulkanisering på sreparereekameraer

I likhet med dekkreparasjonsprosessen, består rørreparasjonsprosessen av å klargjøre skadede områder for lapping, lapping og herding.

Arbeidsomfanget for å klargjøre skadede områder for lapping inkluderer: identifisering av skjulte og synlige skader, fjerning av gamle uvulkaniserte flekker, avrunding av kanter med skarpe hjørner, oppruing av gummi rundt skaden, rengjøring av kamre fra rustøv.

Ris. 5. Sektor for vulkanisering av dekk: 1 -- sektor; 2 - dekk; 2 - korsett; 4 -- stram til

Ris. 6. Vulkanisering av vulstskade på dekket på vulstplaten: 1 - dekk; 2 -- sideplate: 3 -- sidefôr; 4 - sandsekk; 5 - metallplate; 6 -- klemme

Synlige skader avdekkes ved utvendig inspeksjon i god belysning og skissert med kjemikalieblyant.

For å identifisere skjulte skader, det vil si små punkteringer som er usynlige for øyet, senkes kameraet i oppblåst tilstand i et vannbad, og punkteringsstedet bestemmes av de unnslippende luftboblene, som også er skissert med et kjemikalie. blyant. Den skadede overflaten av kammeret gjøres ru med en karborundumstein eller en stålbørste i en bredde på 25-35 mm fra skadens grenser, noe som forhindrer at oppruningsstøv kommer inn i kammeret. Grove områder rengjøres med en børste.

Reparasjonsmaterialer for reparasjon av innerrør er: uvulkanisert innerrørsgummi 2 mm tykk, gummi for innerslanger uegnet for reparasjon, og gummiert gnagsår. Alle punkteringer og rifter opp til 30 mm i størrelse er forseglet med rå, uvulkanisert gummi. Skader større enn 30 mm repareres med gummi til kameraer. Denne gummien må være elastisk, uten sprekker eller mekanisk skade. Rågummi oppdateres med bensin, belagt med lim med en konsentrasjon på 1:8 og tørket i 40-45 minutter. Kamrene gjøres ru med en stålbørste eller karborundumstein på en rumaskin, hvoretter de renses for støv, friskes opp med bensin og tørkes i 25 minutter, deretter belegges to ganger med lim med en konsentrasjon på 1: 8 og tørkes etter hver påføring. i 30-40 minutter ved en temperatur på 20-30°. Skaftet belegges én gang med lim med en konsentrasjon på 1:8, deretter tørkes.

Plasten er kuttet ut på en slik måte at den dekker hullet på alle sider med 20-30 mm og er 2-3 mm mindre enn grensene til den ru overflaten. Den påføres det reparerte området av kammeret med den ene siden og rulles gradvis med en rulle over hele overflaten, slik at det ikke er igjen luftbobler mellom det og kammeret. Ved liming av lapper må du sørge for at overflatene som skal limes er helt rene, fri for fuktighet, støv og fettflekker.

I tilfeller hvor kammeret har en rift på mer enn 500 mm, kan det repareres ved å kutte ut det skadede stykket og sette inn det samme stykket fra et annet kammer av samme størrelse på stedet. Denne reparasjonsmetoden kalles kammersammenføyning. Bredden på fugen skal være minst 50 mm.

Skadede utvendige gjenger på ventilhus gjenopprettes ved hjelp av dyser, og innvendige gjenger gjenopprettes ved hjelp av kraner.

Dersom det er nødvendig å skifte ut ventilen, kuttes den ut sammen med flensen og en annen ventil vulkaniseres på det nye stedet. Plasseringen av den gamle ventilen repareres som vanlig skade.

Vulkanisering av skadede områder utføres ved bruk av et vulkaniseringsapparat modell 601 eller et GARO vulkaniseringsapparat for vulkaniseringskamre. Vulkaniseringstid for lapper er 15 minutter og flenser er 20 minutter ved en temperatur på 143+2°.

Under vulkanisering presses kammeret med en klemme gjennom en treplate til overflaten av platen. Overlegget skal være 10-15 mm større enn lappen.

Hvis området som skal repareres ikke passer på platen, vulkaniseres den i to eller tre påfølgende installasjoner (satser).

Etter vulkanisering kuttes kulene på den urugjorte overflaten av med en saks, og kantene på lappene og gratene fjernes på steinen til en rumaskin.

Reparerte kameraer må oppfylle følgende krav:

1) kammeret fylt med luft må forsegles både langs kammerkroppen og på stedet der ventilen er festet;

2) lappene må være tett vulkanisert, fri for bobler og porøsitet, deres hardhet må være den samme som kameraets gummi;

3) kantene på flenser og flenser skal ikke ha fortykkelser eller avskalling;

4) ventilgjengen må være i god stand.

Skrevet på Allbest.ru

Lignende dokumenter

Konseptet med ikke-metalliske materialer. Sammensetning og klassifisering av gummi. Nasjonaløkonomisk betydning av gummi. Gummi til generelle og spesielle formål. Vulkanisering, stadier, mekanismer og teknologi. Deformasjonsstyrke og friksjonsegenskaper til gummi og kautsjuk.

kursarbeid, lagt til 29.11.2016


Kinetikk av gummivulkanisering. Egenskaper ved vulkanisering av blandinger basert på kombinasjonen av SKD-SKN-40-gummi med konvensjonelle svovelvulkaniseringssystemer. Mekanisme for polymerødeleggelse. Funksjoner ved ødeleggelse av polymerer i forskjellige fysiske og fasetilstander.

praksisrapport, lagt til 04.06.2015


Typer gummi, funksjoner ved bruk i industri og produksjonsteknologi. Påvirkningen av introduksjonen av tilleggsingredienser og bruken av vulkanisering ved fremstilling av gummi på produktets endelige egenskaper. Arbeidsvern under arbeid.

avhandling, lagt til 20.08.2009


Fremstilling av dynamiske termoplastiske elastomerer ved å blande gummi med termoplast med samtidig vulkanisering av elastomeren under blandingsprosessen (dynamisk vulkaniseringsmetode). Funksjoner av påvirkningen av gummikonsentrasjon på egenskapene til mekaniske blandinger.

kursarbeid, lagt til 06.08.2011


Teknologi for produksjon av plastprodukter ved pressing. Hovedgruppene av plast, deres fysiske egenskaper, ulemper og bearbeidingsmetoder. Spesielle egenskaper til gummi, avhengig av hvilken type gummi som brukes. Essensen og betydningen av vulkanisering.

laboratoriearbeid, lagt til 05.06.2009


Maskindesignanalyse. Essensen av vulkaniseringsprosessen og driften av utstyret. En form med lite avfall og en metode for å produsere deler ved hjelp av den. Innhold i mekanisk reparasjonsarbeid. Utvikling av forslag til modernisering og forbedring.

kursarbeid, lagt til 22.12.2014


Konseptet og hovedstadiene i kabelskjøteprosessen, metoder og prinsipper for implementeringen. Arbeidsrekkefølge med den kalde metoden for skjøting av kabler ved bruk av K115N eller K-15 sammensetning, ved fri oppvarming etterfulgt av vulkanisering.

sammendrag, lagt til 12.12.2009


Formål, enhet, driftsprinsipp for en snekkegirkasse med en overliggende orm. Kjemisk sammensetning og egenskaper til 20X stål. Måleverktøy, brukt under reparasjoner. Sikkerhetsregler ved reparasjon av teknologisk utstyr.

avhandling, lagt til 28.04.2013


Teknologi for produksjon av brenselpellets og briketter, trekull, flis, ved. Biogass, bioetanol, biodiesel: produksjonsfunksjoner og praktisk bruksområder, nødvendig utstyr og materialer, utsikter for bruk i Komi.

kursarbeid, lagt til 28.10.2013


Grunnleggende teknologier for behandling av bildekk og gummiprodukter. Mulige måter å bruke smule gummi på. Bruksområder for ledningen. Liste over utstyr for behandling av dekk ved pyrolyse og mekaniske metoder.

Kontrollmetoden gjelder produksjon av gummiprodukter, nemlig metoder for å kontrollere vulkaniseringsprosessen. Metoden utføres ved å justere vulkaniseringstiden avhengig av tidspunktet for oppnåelse av maksimal skjærmodul for gummiblandingen under vulkanisering av prøver på et reometer og avviket til gummistrekkmodulen i ferdige produkter fra en gitt verdi. Dette gjør det mulig å beregne forstyrrende påvirkninger på vulkaniseringsprosessen basert på egenskapene til de opprinnelige komponentene og driftsparametrene til prosessene for å oppnå gummiblandingen og vulkaniseringen. Det tekniske resultatet er å øke stabiliteten til de mekaniske egenskapene til gummiprodukter. 5 syke.

Foreliggende oppfinnelse vedrører fremstilling av gummiprodukter, nemlig fremgangsmåter for å kontrollere vulkaniseringsprosessen.

Produksjonsprosessen av gummiprodukter inkluderer stadiene for å oppnå gummiblandinger og deres vulkanisering. Vulkanisering er en av de de viktigste prosessene innen gummiproduksjonsteknologi. Vulkanisering utføres ved å holde gummiblandingen i presser, spesialkjeler eller vulkanisatorer ved en temperatur på 130-160°C i en gitt tid. I dette tilfellet er gummimakromolekyler forbundet med tverrgående kjemiske bindinger til et romlig vulkaniseringsnettverk, som et resultat av at plastgummiblandingen blir til svært elastisk gummi. Det romlige rutenettet dannes som et resultat av varmeaktivert kjemiske reaksjoner mellom gummimolekyler og vulkaniserende komponenter (vulkanisatorer, akseleratorer, aktivatorer).

Hovedfaktorene som påvirker vulkaniseringsprosessen og kvaliteten på ferdige produkter er vulkaniseringsmediets natur, vulkaniseringstemperatur, vulkaniseringsvarighet, trykk på overflaten av det vulkaniserte produktet og oppvarmingsforhold.

Med eksisterende teknologi utvikles vulkaniseringsmodusen vanligvis på forhånd ved beregning og eksperimentelle metoder, og det settes et program for vulkaniseringsprosessen under produksjon av produkter. For å sikre punktlig implementering av det foreskrevne regimet, er prosessen utstyrt med kontroll- og automatiseringsverktøy som mest nøyaktig implementerer det foreskrevne strenge programmet for å utføre vulkaniseringsregimet. Ulempene med denne metoden er ustabiliteten til egenskapene til de produserte produktene på grunn av umuligheten av å sikre fullstendig reproduserbarhet av prosessen, på grunn av begrensninger i nøyaktigheten til automatiseringssystemer og muligheten for skiftende moduser, samt endringer i egenskapene av gummiblandingen over tid.

Det er en kjent metode for vulkanisering med temperaturkontroll i dampkjeler, plater eller formkapper ved å endre strømningshastigheten til kjølevæsken. Ulempene med denne metoden er den store variasjonen i egenskapene til de resulterende produktene på grunn av endringer i driftsforhold, samt endringer i reaktiviteten til gummiblandingen.

Det er en kjent fremgangsmåte for å kontrollere vulkaniseringsprosessen ved kontinuerlig å overvåke de prosessparametrene som bestemmer dens fremdrift: temperaturen på kjølevæskene, temperaturen på overflatene til det vulkaniserte produktet. Ulempen med denne metoden er ustabiliteten til egenskapene til de resulterende produktene på grunn av ustabiliteten til reaktiviteten tilført til støpingen av gummiblandingen, og oppnåelsen av forskjellige egenskaper til produktet under vulkanisering under samme temperaturforhold.

Det er en kjent metode for å justere vulkaniseringsmodusen, inkludert å bestemme temperaturfeltet i det vulkaniserte produktet ved å bruke kontrollerte ytre temperaturforhold på de vulkaniserende overflatene til produktene, bestemme kinetikken til ikke-isoterm vulkanisering av tynne laboratorieplater ved bruk av den dynamiske harmoniske modulen skift i de funnet ikke-isotermiske forholdene, bestemme varigheten av vulkaniseringsprosessen der et optimalt sett med de viktigste egenskapene til gummi, bestemmelse av temperaturfeltet for flerlags standardprøver som simulerer et dekkelement i sammensetning og geometri, oppnå kinetikk av ikke-isotermisk vulkanisering av flerlagsplater og bestemmelse av ekvivalent vulkaniseringstid basert på det tidligere valgte optimale nivået av egenskaper, vulkanisering av flerlagsprøver på en laboratoriepresse ved konstant temperatur i løpet av ekvivalent vulkaniseringstid og analyse av de resulterende egenskapene . Denne metoden er betydelig mer nøyaktig enn metodene som brukes i industrien for å beregne effekter og ekvivalente vulkaniseringstider, men den er mer tungvint og tar ikke hensyn til endringen i ustabiliteten til reaktiviteten til gummiblandingen som leveres til vulkanisering.

Det er en kjent metode for å regulere vulkaniseringsprosessen, hvor temperaturen måles i de områdene av produktet som begrenser vulkaniseringsprosessen, vulkaniseringsgradene beregnes fra disse dataene, og når de spesifiserte og beregnede vulkaniseringsgradene er like. , stopper vulkaniseringssyklusen. Fordelen med systemet er justeringen av vulkaniseringstiden når temperatursvingningene i vulkaniseringsprosessen endres. Ulempen med denne metoden er den store spredningen i egenskapene til de resulterende produktene på grunn av heterogeniteten til gummiblandingen når det gjelder reaktivitet til vulkanisering og avviket til vbrukt i beregningen fra de faktiske kinetikkkonstantene til gummien blanding som behandles.

Det er en kjent metode for å kontrollere vulkaniseringsprosessen, som består i å beregne temperaturen i den kontrollerte skuldersonen på R-C-gitteret ved bruk av grensebetingelser basert på målinger av overflatetemperaturen til formene og temperaturen i diafragmahulrommet, beregne ekvivalent vulkanisering tider som bestemmer graden av vulkanisering i det kontrollerte området, ved implementering av ekvivalenttidsvulkanisering i den virkelige prosessen stopper prosessen. Ulempene med denne metoden er dens kompleksitet og den store variasjonen i egenskapene til de resulterende produktene på grunn av endringer i reaktiviteten til vulkanisering (aktiveringsenergi, pre-eksponentiell multiplikator av kinetiske konstanter) til gummiblandingen.

Nærmest den foreslåtte metoden er metoden for å kontrollere vulkaniseringsprosessen, der temperaturen i de vulkaniserte produktene beregnes synkront med den faktiske vulkaniseringsprosessen i henhold til grensebetingelsene, basert på temperaturmålinger på overflaten av metallformen. ved bruk av en elektrisk nettmodell settes de beregnede temperaturverdiene på et vulkanmeter, som parallelt med hovedelementet Under vulkaniseringsprosessen er kinetikken til ikke-isoterm vulkanisering av en prøve fra partiet med gummiblanding som behandles. studert; når et gitt nivå av vulkanisering er nådd, genereres kontrollkommandoer på vulkaniseringsmåleren for produktvulkaniseringsenheten [AS USSR nr. 467835]. Ulempene med metoden er den store kompleksiteten ved implementering i den teknologiske prosessen og det begrensede anvendelsesområdet.

Formålet med oppfinnelsen er å øke stabiliteten av egenskapene til produserte produkter.

Dette målet oppnås ved at vulkaniseringstiden til gummiprodukter på produksjonslinjen justeres avhengig av tidspunktet for oppnåelse av maksimal skjærmodul for gummiblandingen under vulkanisering av prøver av den bearbeidede gummiblandingen i laboratorieforhold på et reometer og avviket til gummistrekkmodulen i de produserte produktene fra den angitte verdien.

Den foreslåtte løsningen er illustrert i figurene 1-5.

Figur 1 viser et funksjonsdiagram av et kontrollsystem som implementerer den foreslåtte kontrollmetoden.

Figur 2 viser et blokkskjema over et kontrollsystem som implementerer den foreslåtte kontrollmetoden.

Figur 3 viser tidsserien for strekkfastheten til Jubo-koblingen, produsert ved OJSC Balakovorezinotekhnika.

Figur 4 viser karakteristiske kinetiske kurver for øyeblikket av skjæring av gummiblandingsprøver.

Figur 5 viser en tidsserie av endringer i vulkaniseringsvarigheten av gummiblandingsprøver til 90 % av den oppnåelige skjærmodulen til vulkanisatet.

Funksjonsdiagrammet for systemet som implementerer den foreslåtte kontrollmetoden (se fig. 1) viser trinnet for fremstilling av gummiblandingen 1, vulkaniseringstrinnet 2, reometeret 3 for å studere kinetikken for vulkanisering av gummiblandingsprøver, den mekaniske dynamisk analyseenhet 4 (eller strekktestmaskin) for å bestemme gummistrekkmodul for ferdige produkter eller satellittprøver, kontrollenhet 5.

Kontrollmetoden implementeres som følger. Prøver fra partier av gummiblandingen analyseres på et reometer og verdiene for vulkaniseringstiden, hvor gummiens skjærmoment har en maksimal verdi, sendes til kontrollenheten 5. Når reaktiviteten til gummiblandingen endringer, justerer kontrollenheten vulkaniseringstiden til produktene. Således behandles forstyrrelser i henhold til egenskapene til de opprinnelige komponentene, noe som påvirker reaktiviteten til den resulterende gummiblandingen. Strekkmodulen til gummi i ferdige produkter måles ved dynamisk mekanisk analyse eller på en strekktestmaskin og sendes også til kontrollenheten. Unøyaktigheten av den resulterende justeringen, samt tilstedeværelsen av endringer i temperaturen til kjølevæsken, varmevekslingsforhold og andre forstyrrende påvirkninger på vulkaniseringsprosessen utredes ved å justere vulkaniseringstiden avhengig av avviket i strekkmodulen til gummi i produserte produkter fra den angitte verdien.

Blokkskjemaet for kontrollsystemet som implementerer denne kontrollmetoden og er presentert i fig. 2 inkluderer en kontrollenhet for den direkte kontrollkanalen 6, en kontrollenhet for tilbakemeldingskanalen 7, et objekt for å kontrollere vulkaniseringsprosessen 8, en transport forsinkelseslenken 9 for å ta hensyn til tidslengden for å bestemme egenskapene til gummien til ferdige produkter, et sammenligningselement av tilbakemeldingskanalen 10, en adderer 11 for å summere opp vulkaniseringstidsjusteringene via den direkte kontrollkanalen og tilbakemeldingskanalen , en adderer 12 for å ta hensyn til påvirkningen av ukontrollerte forstyrrelser på vulkaniseringsprosessen.

Når reaktiviteten til gummiblandingen endres, endres estimatet τ max og kontrollenheten via direkte kontrollkanal 1 justerer vulkaniseringstiden i den teknologiske prosessen med verdien Δτ 1.

I en reell prosess skiller vulkaniseringsforholdene seg fra forholdene på reometeret, derfor er vulkaniseringstiden som kreves for å oppnå maksimal dreiemomentverdi i den virkelige prosessen også forskjellig fra den som oppnås på enheten, og denne forskjellen endres over tid på grunn av ustabiliteten av vulkaniseringsforholdene. Disse forstyrrelsene f behandles gjennom tilbakemeldingskanalen ved å innføre en korreksjon Δτ 2 av kontrollanordningen 7 til tilbakemeldingssløyfen, avhengig av avviket til gummimodulen i de produserte produktene fra den spesifiserte verdien E satt.

Transportforsinkelseskobling 9, når man analyserer dynamikken til systemet, tar hensyn til påvirkningen av tiden som kreves for å analysere egenskapene til gummien til det ferdige produktet.

Figur 3 viser tidsserien for den betingede bruddkraften til Juba-koblingen, produsert av OJSC Balakovorezinotekhnika. Dataene viser et bredt spekter av produkter for denne indikatoren. Tidsserien kan representeres som summen av tre komponenter: lavfrekvent x 1, midtfrekvens x 2, høyfrekvent x 3. Tilstedeværelsen av en lavfrekvent komponent indikerer den utilstrekkelige effektiviteten til det eksisterende prosesskontrollsystemet og den grunnleggende muligheten for å bygge et effektivt tilbakemeldingskontrollsystem for å redusere spredningen av parametere til det ferdige produktet i henhold til dets egenskaper.

Figur 4 viser karakteristiske eksperimentelle kinetiske kurver for skjærmomentet under vulkanisering av gummiblandingsprøver, oppnådd på et Alfa Technologies MDR2000 reometer. Dataene viser heterogeniteten til gummiblandingen når det gjelder reaktivitet til vulkaniseringsprosessen. Spredningen i tid for å nå maksimalt dreiemoment varierer fra 6,5 ​​minutter (kurve 1,2) til mer enn 12 minutter (kurve 3,4). Spredningen i fullføringen av vulkaniseringsprosessen spenner fra å ikke nå den maksimale dreiemomentverdien (kurve 3.4) til tilstedeværelsen av overvulkaniseringsprosessen (kurve 1.5).

Figur 5 viser tidsserien for vulkaniseringstid til 90 % nivå av maksimalt skjærmoment, oppnådd ved å studere vulkanisering av gummiblandingsprøver på MDR2000 Alfa Technologies reometer. Dataene viser tilstedeværelsen av en lavfrekvent variasjon i herdetiden for å oppnå maksimalt skjærmoment for vulkanisatet.

Tilstedeværelsen av en stor spredning i de mekaniske egenskapene til Juba-koblingen (fig. 3) indikerer relevansen av å løse problemet med å øke stabiliteten til egenskapene til gummiprodukter for å øke deres driftssikkerhet og konkurranseevne. Tilstedeværelsen av ustabilitet i reaktiviteten til gummiblandingen til vulkaniseringsprosessen (fig. 4, 5) indikerer behovet for å endre tiden under vulkaniseringsprosessen av produkter laget av denne gummiblandingen. Tilstedeværelsen av lavfrekvente komponenter i tidsserien for den betingede bruddkraften til ferdige produkter (fig. 3) og i vulkaniseringstiden for å oppnå maksimalt skjærmoment for vulkanisatet (fig. 5) indikerer den grunnleggende muligheten for å øke kvalitetsindikatorer for det ferdige produktet ved å justere vulkaniseringstiden.

Ovennevnte bekrefter tilstedeværelsen i den foreslåtte tekniske løsningen:

Teknisk resultat, dvs. den foreslåtte løsningen tar sikte på å øke stabiliteten til de mekaniske egenskapene til gummiprodukter, redusere antall defekte produkter og følgelig redusere de spesifikke forbruksratene til innledende komponenter og energi;

Essensielle egenskaper som består i å justere varigheten av vulkaniseringsprosessen avhengig av reaktiviteten til gummiblandingen til vulkaniseringsprosessen og avhengig av avviket til gummistrekkmodulen i ferdige produkter fra den angitte verdien;