硫化操作技術(shù)3

復習提問1、何謂正硫化和正硫化時間?

2、正硫化時間的測定方法有哪幾種?有什么不同?提示：正硫化｛理論正硫化工藝正硫化第二節(jié)硫化工藝條件

硫化工藝條件的合理確定和嚴格控制，是決定橡膠制品質(zhì)量的關(guān)鍵一環(huán)。硫化工藝條件是指決定橡膠硫化質(zhì)量的三個重要因素，即硫化溫度、壓力和時間。通常習慣稱它們?yōu)椤傲蚧亍?。第二?jié)硫化工藝條件第二節(jié)硫化工藝條件第二節(jié)硫化工藝條件一、硫化溫度和其他化學反應一樣，橡膠的硫化反應依賴于溫度。硫化溫度是橡膠發(fā)生硫化反應的基本條件，它直接影響硫化速度和產(chǎn)品質(zhì)量。硫化溫度高、硫化速度快、生產(chǎn)效率高、并易于生成較多的低硫交聯(lián)鍵；反之，硫化溫度低，硫化速度慢，生產(chǎn)效率低，并易于生成較多的多硫交聯(lián)鍵。通常，硫化溫度的選擇應根據(jù)制品的類型、膠種及硫化體系等幾個方面進行綜合考慮。1．制品類型橡膠是一種熱的不良導體，其導熱性較金屬低幾個數(shù)量級。所以，在硫化過程中，膠料受熱升溫慢，尤其難以使厚制品膠料內(nèi)外溫度均勻一致，而造成制品內(nèi)部處于欠硫或恰好正硫時，表面已經(jīng)過硫。而且硫化溫度越高，過硫程度越大。因此，為保證多部件制品及厚壁制品的均勻硫化，除需在配方設計時充分考慮膠料的硫化平坦性外，在硫化溫度的選擇上也應考慮硫化溫度低一些或采取逐步升溫的方法。一、硫化溫度硫化過程中，生膠與硫黃的化學反應是一個放熱反應過程。在軟質(zhì)膠中，因硫黃用量少、熱效應較小，對硫化影響不大。但在硫黃用量很高的硬質(zhì)膠中，熱效應則較大，又因橡膠導熱性差而難以使大量的生成熱傳遞擴散，造成體系內(nèi)部生熱高，從而發(fā)生助劑揮發(fā)、橡膠裂解等現(xiàn)象，使制品產(chǎn)生氣泡，甚至爆炸。所以硬質(zhì)橡膠制品一般都采用134℃以下的硫化溫度，以減緩反應熱的生成速度，并有助于散熱，使體系內(nèi)部溫升降低，從而保證硫化工藝的安全、順利進行。一、硫化溫度橡膠制品中常有一些紡織纖維材料的復合部件，如輪胎的簾線骨架、膠鞋的帆布鞋幫等。由于紡織纖維材料的耐熱性能較差，溫度過高會使其發(fā)硬發(fā)脆，甚至斷鏈破壞，如一般棉紡織物在240℃條件下，連續(xù)加熱4h，就會被完全破壞。因此，凡含紡織纖維材料復合部件的制品及膠布制品，硫化溫度都不應高于130～140℃。一、硫化溫度對于橡膠空心及海綿制品，應考慮到硫化的同時，還伴隨有發(fā)泡反應。不同的發(fā)泡體系有不同的適宜發(fā)泡溫度，要求硫化溫度與發(fā)泡溫度相適應(以硫化溫度稍高于發(fā)泡劑分解溫度為宜)，否則將導致發(fā)泡反應不能順利進行，海綿起發(fā)率過低或過高。例如，以小蘇打為膠鞋海綿中底的發(fā)泡劑、無發(fā)泡助劑時的分解溫度為150℃，因此要求硫化溫度稍高于150℃，才能保證發(fā)泡與硫化同時順利地進行。一、硫化溫度⑵生膠種類橡膠為有機高分子材料，高溫易引起橡膠分子鏈的裂解破壞，乃至發(fā)生交聯(lián)鍵的斷裂、硫化返原現(xiàn)象，而導致硫化膠的強伸性能下降。其中天然橡膠和氯丁橡膠最為顯著。綜合考慮橡膠的耐熱性和硫化返原現(xiàn)象，各種橡膠的適宜硫化溫度一般為：天然橡膠最宜在143℃以下，最高不能超過160℃，否則硫化返原現(xiàn)象會十分嚴重；順丁橡膠、異戊橡膠和氯丁橡膠最好在151℃以下，最高不能超過170℃，丁苯橡膠、丁腈橡膠可采用15O℃以上，最高不超過19O℃，丁基橡膠和三元乙丙橡膠可采用160～180℃，最高產(chǎn)超過20O℃，硅橡膠和氟橡膠可采用150～170℃進行一次硫化和200～220℃高溫長時間二次硫化。一、硫化溫度各種橡膠最適宜硫化溫度范圍膠種適宜硫化溫度，℃天然橡膠143℃丁苯橡膠150℃異戊橡膠151℃順丁橡膠151℃氯丁橡膠151℃丁基橡膠170℃三元乙丙橡膠160～180℃丁腈橡膠180℃硅橡膠160℃氟橡膠l60℃丙烯酸酯橡膠150～155℃氯醚橡膠155℃3．配方中硫化體系的類型不同的硫化體系具有不同的硫化特性，需要根據(jù)配方中的硫化體系相應地選擇適宜的硫化溫度。通常，普通硫黃硫化體系溫度大體在130～158C左右，具體可根據(jù)所選促進劑的活性溫度和制品的物理機械性能指標來確定。當促進劑的活性溫度較低或制品要求高強伸性、較低的定伸應力和硬度時，硫化溫度可低些(有利生成較高比例的多硫交聯(lián)鍵)；當促進劑的活性溫度較高或制品要求高定伸應力和硬度，低伸長率時，硫化溫度宜高些(有利生成較高比例的低硫交聯(lián)鍵)。而有效、半有效硫化體系的硫化溫度一般掌握在160～165℃左右，過氧化物及樹脂等非硫硫化體系的硫化溫度以170～180℃左右為宜。一、硫化溫度總之，影響硫化溫度的因素很多，除上述討論的主要影響因素外，有時還有一些特殊情況。例如，配方中含有某些低沸點配合劑時，則硫化溫度要低于這些配合劑的沸點，否則，將會造成配合劑的氣化逸出使制品起鼓或呈海綿狀。再如，對橡塑并用的制品，硫化溫度必須高于所用樹脂的軟化點，以使并用膠料在硫化溫度下具有良好的流動性和充模性，從而獲得符合結(jié)構(gòu)需求和外觀輪廓清晰、飽滿的模制品。一、硫化溫度2．硫化壓力硫化壓力是指硫化過程中橡膠制品單位面積上所受壓力的大小。一般橡膠制品在硫化時均需施加一定的壓力。硫化壓力可分為常壓與高壓。通常，常壓硫化適于膠布等薄壁制品，而模壓制品需要較高的壓力。這是因為在硫化過程中，膠料在高溫下一些揮發(fā)分(如原材料中的水分，半成品加工過程中混入的加工助劑如汽油等)會釋放出來，一些多層制品層間夾帶的空氣也會跑出來，對制品會產(chǎn)生不良的影響（海綿、脫空等）。所以硫化時必須施加高的壓力，使揮發(fā)分和空氣從模型排氣孔排出。此外，在壓力條件下，膠料對氣體的溶解度增大，也減小了微觀氣泡的產(chǎn)生。一、硫化壓力硫化加壓的方式有用液壓泵通過平板硫化機把壓力傳遞給模型，再由模型傳遞給膠料，稱平板加壓；由硫化介質(zhì)直接加壓，如蒸汽加壓；以壓縮空氣加壓，即熱空氣加壓；由個體硫化機加壓及注壓機注壓等。一、硫化壓力硫化的壓力作用主要有以下幾點。①防止制品在硫化過程中產(chǎn)生氣泡，提高膠料的致密性硫化時膠料中包含的水分和其它易揮發(fā)物質(zhì)，以及硫化反應中可能形成的硫化氫氣體，均會在高溫下?lián)]發(fā)遞出而使膠料產(chǎn)生氣泡。若硫化時施加大于膠料可能產(chǎn)生逸出內(nèi)壓力的硫化壓力，則可防止氣泡的產(chǎn)生，并可提高膠料的致密性。施加較高硫化壓力能改變膠料的致密性能。若只防止產(chǎn)生氣泡，也可在膠料中加入石膏、氧化鈣等吸水劑，以實現(xiàn)常壓硫化。一、硫化壓力硫化壓力與膠料密度的關(guān)系硫化壓力，MPa膠料密度，g/ml硫化壓力，MPa膠料密度，g/ml7.01.160335.01.61114.01.160970.01.613②使膠料易于流動和充滿模腔為制得花紋清晰、飽滿的制品，必須使膠料能夠流動和充滿模腔。特別是膠料處于未交聯(lián)狀態(tài)的硫化誘導期內(nèi)、硫化壓力的作用更為明顯。實驗表明，模壓橡膠制品，若硫化溫度為100～140℃時，則硫化壓力應為2～5MPa，若硫化溫度為40～5O℃(如注壓充模定型)時，則硫化壓力應為50～80MPa，才能保證膠料良好流動，充滿模腔。一、硫化壓力③提高膠料與骨架材料的密著性。硫化時，隨著硫化壓力的增加，橡膠透入布層的深度增大，從而可提高橡膠與布層的密著力以及制品的耐曲撓性能。實驗表明，天然橡膠汽車外胎硫化時，隨著水胎內(nèi)壓的增加，外胎內(nèi)層簾布的耐曲撓性能也隨之增加。一、硫化壓力硫化壓力與簾布層耐屈性的關(guān)系硫化壓力，MPa簾布屈撓到破壞時的次數(shù)，次l.64650～47002.28000～82002.59000～9500④有助于硫化膠物理機械性能的提高實驗表明，隨著硫化壓力的增加，硫化膠的一些物理機械性能如強度、動態(tài)模數(shù)、耐疲勞性、耐磨性等相應提高。實驗表明，用5.OMPa壓力硫化的輪胎，其耐磨性要比用2.OMPa壓力硫化的輪胎耐磨性提高10～20％，應用6～7MPa壓力生產(chǎn)的環(huán)狀預硫化翻胎胎面膠，其耐磨性能幾乎與新胎一樣。一、硫化壓力但是，過高的硫化壓力對橡膠的性能也會不利，這是因為高壓如同高溫一樣，會加速橡膠分子的熱降解，反而使膠料的性能下降。此外，高壓下，紡織材料的結(jié)構(gòu)也會受到破壞，而導致耐屈撓性能下降。過高的壓力對設備的要求也很高，對設備的損傷也較大，動力成本也高。一、硫化壓力⑵硫化壓力的選擇通常，對硫化壓力的選取應根據(jù)膠料配方、膠料可塑性、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝等來選定。一般的原則是，膠料塑性大，硫化壓力宜小；產(chǎn)品厚，層數(shù)多，結(jié)構(gòu)復雜，硫化壓力宜大；制品薄，硫化壓力宜低，甚至可用常壓硫化。一、硫化壓力常見橡膠制品硫化壓力硫化工藝加壓方式壓力，MPa汽車輪胎外胎硫化內(nèi)壓過熱水加壓2.2～2.8力車胎外胎硫化內(nèi)壓壓縮空氣加壓1.0～2.0汽車輪胎內(nèi)胎硫化內(nèi)壓飽和蒸汽加壓0.5～0.6力車胎內(nèi)胎硫化內(nèi)壓飽和蒸汽加壓0.5～0.6模型制品硫化平板加壓10～30V帶硫化平板加壓1.9～2