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橡膠硫化儀的原理和硫化過程
橡膠硫化儀的原理和硫化歷程
硫化儀的原理
將橡膠試樣放入幾乎*密閉的模腔內(nèi)，并保持在試驗溫度下，模腔有上下兩部分，其中下部分以微小的線性往復(fù)移動（擺動振蕩），振蕩使試樣產(chǎn)生剪切應(yīng)變，測定試樣對模腔的反作用轉(zhuǎn)矩（力），此轉(zhuǎn)矩（力）的大小取決于膠料的剪切模量。
硫化試驗開始后試樣的剪切模量增大，計算機機實時顯示并記錄轉(zhuǎn)矩（力），當轉(zhuǎn)矩（力）上升到穩(wěn)定值或大值乃至返回狀態(tài)時，便得到一條轉(zhuǎn)矩（力）與時間的關(guān)系曲線，即硫化曲線，曲線的形狀與試驗的溫度和膠料的特性有關(guān)。
硫化儀的硫化反應(yīng)過程
硫化反應(yīng)過程是化學(xué)反應(yīng)過程 ,它包含橡膠分子與硫化劑及其它配合劑之間發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)以及在形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時伴隨發(fā)生各種反應(yīng) ,在這眾多的反應(yīng)中 ,仍以橡膠分子與硫化劑之間的反應(yīng)為主 ,它是生成大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的基本反應(yīng) ,對于大多數(shù)含有有機促進劑 (硫磺)的硫化體系的膠料來說 ,其硫化反應(yīng)歷程可大致如下 :
以上看出硫化反應(yīng)歷程大體分為三個階段 :
第1階段為誘導(dǎo)階段 ,在這個階段中首先是硫磺分子和促進劑體系之間反應(yīng)生成一種活性更大的中間化合物 ,然后進一步引發(fā)橡膠分子鏈 ,形成可交聯(lián)的自由基 (或離子)與橡膠分子鏈之間產(chǎn)生連鎖反應(yīng) ,生成交聯(lián)鏈 ,第三階段為網(wǎng)構(gòu)形成階段 ,在這一階段的前期交聯(lián)反應(yīng)已趨于完成 ,產(chǎn)生的交聯(lián)鏈發(fā)生重排和裂解等反應(yīng) ,在這一階段的后期交聯(lián)反應(yīng)已基本停止 ,隨之而發(fā)生的是交聯(lián)鏈重排和熱裂解等反應(yīng) ,后得到網(wǎng)構(gòu)穩(wěn)定的硫化膠 。
二. 硫化歷程圖 :
在硫化過程中 ,橡膠的各種性能隨著硫化時間而變化 ,若將橡膠的某一性能變化與時間作曲線圖 ,則可從曲線圖中可以表現(xiàn)出整個硫化歷程 ,所以這種曲線圖叫做硫化歷程圖 .常見的硫化歷程圖如圖所示 :
圖中的曲線 ,前半部分由門尼焦燒曲線組成 ,后半部則由扯斷強度曲線組成 ,橡膠的硫化歷程可分為四個階段 ,即焦燒階段 ,熱硫化階段 ,平坦硫化階段 ,過硫化階段.
(1)焦燒階段 ---圖中的 AB 段
它是指熱硫化前延遲作用時間 ,相當于前述的硫化反應(yīng)中的誘導(dǎo)期 ,焦燒時間的長短 ,是由膠料的配方所決定的 , 其中主要受促進劑的影響 ,而操作過程中的熱歷史也是一個重要的因素 .由于橡膠具有熱積累的特性 ,所以膠料的實際焦燒時間 ,包括操作焦燒時間 A1和剩余焦燒時間 A2 兩部分 ,操作焦燒時間是指在橡膠加工過程中由于熱效應(yīng)所消耗掉的焦燒時間 ,它取決于加工程度 ,(如膠料翻煉次數(shù) ,熱煉程度及壓延壓出等 ),剩余焦燒時間是指膠料在模型加熱時保持流動性的時間 ,在操作焦燒時間和剩余焦燒時間之間沒有固定的階限 ,它隨膠料操作和放條件不同而變化 ,如果一個膠料經(jīng)歷的加工越多 ,它占去的焦燒時間就越多如圖 A1’所示 ,則剩余焦燒時間就越小如圖中A2’所示 ,膠料在模型中流動時間越少 ,因此一般膠料都應(yīng)避免經(jīng)受反復(fù)多次的機械作用.
(2)熱硫化階段 ---如圖中的 BC 段
這一階段相當于硫化反應(yīng)中的交聯(lián)階段 ,在這一階段中膠料進行著交聯(lián)反應(yīng) ,逐漸生成網(wǎng)構(gòu) ,于是橡膠的彈性和抗張性能急劇上升 ,熱硫化時間的長短是由交聯(lián)配方所決定的 ,它是交聯(lián)固有的 ,常作為恒量每種膠料硫化反應(yīng)進行快慢的標志 .
(3)平坦硫化階段 ---如圖中的 CD 段
相當于硫化反應(yīng)中網(wǎng)構(gòu) ,成熟期的前半期 ,這時交聯(lián)反應(yīng)已趨于完成 ,反應(yīng)速度已緩和下來 ,隨之而發(fā)生交聯(lián)鍵的重排 ,熱裂解等反應(yīng) ,因此膠料的抗張性能曲線出現(xiàn)平坦區(qū) ,平坦硫化時間的長短也決定于配方 ,(主要是促進劑及防老劑 ),由于在這一階段中硫化保持有性能 ,所以常作為取得產(chǎn)品質(zhì)量的硫化階段 ,為通常選取正硫化時間的范圍 .
(4)過硫化階段 ----D 后面部分
這一段相當于硫化反應(yīng)中的網(wǎng)構(gòu)成熟期的后半期 ,在這一階段中主要是交聯(lián)鍵重排作用 ,以及交聯(lián)鍵和鍵段熱裂解的反應(yīng) ,因此膠料的抗張性能顯著下降 .在硫化歷程圖中 ,從膠料開始加熱時算起至出現(xiàn)平坦期為止所經(jīng)過的時間稱為產(chǎn)品硫化時間 ,也就是通常所說的 ”正硫化時間 ”,它等于焦燒時間與熱硫化時間之和 ,但是由于焦燒時間有一部分為操作過程所消耗 ,所以實際上膠料在模型內(nèi)加熱硫化只有圖上 B1 的時間 ,所以我們做的每批膠料的剩余焦燒時間是會有波動的 ,因此每批膠料的熱硫化時間也會有所波動 ,其波動范圍在 B1 和 B2 之間.
