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橡膠硫化三要素:時(shí)間、溫度、壓力

2022-09-11  來自: 西安方盛密封 瀏覽次數(shù):2078

橡膠件硫化的三大工藝參數(shù)是:溫度、時(shí)間和壓力。其中硫化溫度是對(duì)制品性能影響參數(shù),硫化溫度對(duì)橡膠制品的影響的研究也比比皆是。但對(duì)硫化壓力比較少進(jìn)行試驗(yàn)。

橡膠硫化三要素之時(shí)間

橡膠制品硫化時(shí)間:溫度、模壓下,為了使膠料從塑性變成彈性,且達(dá)到交聯(lián)密度化,物理機(jī)械性能化所用的時(shí)間叫橡膠制品硫化時(shí)間。通常不含操作過程的輔助時(shí)間。 

  硫化時(shí)間是和硫化溫度密切相關(guān)的,在硫化過程中,硫化膠的各項(xiàng)物理、力學(xué)性能達(dá)到或接近點(diǎn)時(shí),此種硫化程度稱為正硫化或宜硫化。在溫度下達(dá)到正硫化所需的硫化時(shí)間稱為正硫化時(shí)間,的硫化溫度對(duì)應(yīng)有的正硫化時(shí)間。當(dāng)膠料配方和硫化溫度時(shí),硫化時(shí)間決定硫化程度,不同大小和壁厚的橡膠制品通過控制硫化時(shí)間來控制硫化程度,通常制品的尺寸越大或越厚,所需硫化的時(shí)間越長。 

硫化時(shí)間的設(shè)定方法:

1.  1.正硫化時(shí)間的測試,膠料正硫化時(shí)間的測試方法有: 

  1.1物理-化學(xué)法(包括游離硫測定法和溶脹法); 

  1.2 物理-力學(xué)性能測定法(包括定伸應(yīng)力法、拉伸強(qiáng)度法、定伸強(qiáng)度法、抗張積法、壓縮變形法、綜合取值法等); 

  1.3專用儀器法(包括門尼粘度法、硫化儀法)等。目前常用的是硫化儀法。通過硫化儀測試,可以得到膠料的正硫化時(shí)間。

2.制品硫化時(shí)間的確定 

  2.1若制品厚度為6mm或小于6mm,并且膠料的成形工藝條件可以認(rèn)為是均勻受熱狀態(tài),那么,制品的硫化時(shí)間與硫化曲線中所測得的正硫化時(shí)間相同(溫度一致的情況下,即加硫溫度使用硫化儀測試的溫度);

2.2若制品壁厚大于6mm,每增加1mm的厚度,則測試的正硫化時(shí)間增加1min,這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。例如,一橡膠制品,其厚度為22mm,試片測試的正硫化時(shí)間為6min(溫度設(shè)定150℃),那么,在150℃硫化時(shí),該制品的硫化時(shí)間為6+(22-6)×1=22min。這時(shí)間不包括操作過程的輔助時(shí)間。

二段加硫時(shí)間設(shè)定:

1.定義 

  為了達(dá)到合理的制造工藝和合理成本,把橡膠硫化分為一段、二段兩個(gè)過程來完成的工藝方法,其第二段的工藝就是所謂的二段加硫。一段硫化主要是使制品得到定形,然后將未100%正硫化狀態(tài)而得到定形的制品集中起來進(jìn)行二段硫化。這樣,提升了一段硫化的效率,二段硫化的集中處理,也提升了效率,節(jié)省了能源。 

  2.二段硫化時(shí)間的設(shè)定 

除合理成本考量,對(duì)于特種橡膠如Silicone膠、FKM橡膠,其正硫化過程的時(shí)間較長,正常工藝均采用二段硫化。 

  以下是一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù):

NR,一般不采用二段加硫。因其非常容易產(chǎn)生硫化返原現(xiàn)象。如需要建議在100℃以內(nèi),2小時(shí)左右;

SBR,BR一般采用100-120℃,1-2小時(shí); 

NBR,EPDM(硫磺硫化)一般采用140-150℃ 2-4小時(shí);

EPDM (過氧)一般采用150-160℃ 2-4小時(shí);

Silicone一般采用 200-230 4-8小時(shí);

FKM一般采用 200-230 8-12小時(shí)。

橡膠硫化三要素之溫度 

什么是硫化溫度

橡膠硫化溫度是橡膠進(jìn)行硫化反應(yīng)(交聯(lián)反應(yīng))的基本條件,直接影響橡膠硫化速度和制品的質(zhì)量。與所有化學(xué)反應(yīng)一樣,硫化反應(yīng)隨著溫度升高而加快,易于生成較多的低硫交聯(lián)鍵;硫化溫度低,則速度慢,生成效率低,生成較多的多硫交聯(lián)鍵。硫化溫度并且大體適用范特霍夫定律,即溫度每上升8~10℃(約相當(dāng)于一個(gè)表壓的蒸汽壓力),其反應(yīng)速度約增加一倍;或者說,反應(yīng)時(shí)間約減少一半。

怎樣選擇硫化溫度

隨著室溫硫化膠料的增加和高溫硫化的出現(xiàn),硫化溫度趨向兩個(gè)極端。從提高硫化效率來說,應(yīng)當(dāng)認(rèn)為硫化溫度越高越好,但實(shí)際上不能無限提高硫化溫度。橡膠為高分子聚合物,高溫會(huì)使橡膠分子鏈產(chǎn)生裂解反應(yīng),導(dǎo)致交聯(lián)鍵斷裂,即出現(xiàn)“硫化返原”現(xiàn)象,從而使硫化膠的物理機(jī)械性能下降。         如高溫硫化天然橡膠時(shí),溶于橡膠中的氧隨著溫度提高而活性加大,引起強(qiáng)烈的氧化作用,破壞了橡膠的組織,降低了硫化膠的物理機(jī)械性能。 

  綜合考慮各橡膠的耐熱性和“硫化返原”現(xiàn)象,各種橡膠建議的硫化溫度如下:

NR在140-150℃,高不超過160℃;

順丁橡膠、異戊橡膠和氯丁橡膠在150-160℃,高不超過170℃;

丁苯橡膠、丁腈橡膠可采用150℃以上,但高不超過190℃:

丁基橡膠、三元乙丙橡膠一般選用160-180℃,高不超過200℃;

硅橡膠、氟橡膠一般采用二段加硫,一段溫度可選170-180℃,二段硫化則選用200-230℃,按工藝要求可在4-24h范圍內(nèi)選擇。

橡膠配方中硫化體系的類型 

  按照終制品不同性能的要求,橡膠配方選用不同的硫化體系。硫化體系不同,則硫化特性不同,有的需要高活化溫度,有的需要低活化溫度。因此要根據(jù)實(shí)際的硫化體系來選擇相應(yīng)的硫化溫度。通常,普通硫磺硫化體系,其硫化溫度選取范圍為130-160℃,具體需要根據(jù)所使用的促進(jìn)劑的活性溫度和制品的物理機(jī)械性能來確定。 

  促進(jìn)劑的活性溫度較低或制品要求高強(qiáng)度、較低的定伸應(yīng)力和硬度時(shí),硫化溫度可選擇較低一些,這樣生成較多的多硫交聯(lián)鍵;促進(jìn)劑的活性溫度較高或制品要求高定伸應(yīng)力和硬度、較低伸長率時(shí),硫化溫度宜采用高一些,這樣生成較多的低硫交聯(lián)鍵。 

  有效、半有效硫化體系,硫化溫度一般掌握在160-165℃之間,過氧化物及樹脂等非硫磺硫化體系,硫化溫度適合選擇170-180℃.尤其要指出,對(duì)于EPDM,NBR硫磺硫化的配方,如設(shè)計(jì)需要二次加硫,一次加硫與二次加硫的溫度和時(shí)間影響終制品的壓縮變形和硬度等機(jī)械性能均比較大;而過氧化物硫化的配方,一次加硫的溫度尤為重要,在180℃以上,若一次加硫溫度不足,二次加硫補(bǔ)足的效果甚低。即過氧化物硫化的配方,二次加硫?qū)K物性的影響很小。

橡膠屬于熱的不良導(dǎo)體,受熱升溫較慢。對(duì)于厚制品來說,采用高溫硫化很難使內(nèi)外層膠料同時(shí)達(dá)到平坦范圍;造成制品外表部分恰好正硫化時(shí),而內(nèi)部出現(xiàn)欠硫化?;蛘邇?nèi)部恰好出現(xiàn)正硫化時(shí),而外部已過硫化。為了保證厚制品硫化均勻,除了配方設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮膠料的硫化平坦性外,在選擇硫化溫度時(shí),也要考慮硫化溫度低一些或采用逐步升溫的操作方法。對(duì)于薄制品,硫化溫度可以適當(dāng)高點(diǎn)。對(duì)于夾織物的橡膠制品,通常硫化溫度不高于140℃.而發(fā)泡橡膠,需要按照發(fā)泡劑和發(fā)泡助劑的分解溫度選擇適宜的硫化溫度。

橡膠硫化三要素之壓力

硫化壓力是指,橡膠混煉膠在硫化過程中,其單位面積上所承受的壓力。一般情況下,除了一些夾布件和海綿橡膠外,其他橡膠制品在硫化時(shí)均需施加的壓力。 

  橡膠硫化壓力,是保證橡膠零件幾何尺寸、結(jié)構(gòu)密度、物理機(jī)械的重要因素,同時(shí)也能保證零件表面光滑無缺陷,達(dá)到橡膠制品的密封要求。作用主要有以下幾點(diǎn):

1.  1.防止混煉膠在硫化成型過程中產(chǎn)生氣泡,提高制品的致密性;

2.  2.提供膠料的充模流動(dòng)的動(dòng)力,使膠料在規(guī)定時(shí)間內(nèi)能夠充滿整個(gè)模腔;

3.  3.提高橡膠與夾件(簾布等)附著力及橡膠制品的耐曲繞性能;         

4.  4.提高橡膠制品的物理力學(xué)性能。 

硫化壓力的選取需要考慮如下幾個(gè)方面的因素: 

5.  1.膠料的配方;

6.  2.膠料可塑性的大?。?/span>

7.  3.成型模具的結(jié)構(gòu)形式(模壓,注壓,射出等)

8.  4.硫化設(shè)備的類型(平板硫化機(jī),注壓硫化機(jī),射出硫化機(jī),真空硫化機(jī)等;

9.  5.制品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

硫化壓力選取的一般原則:

1.  1.膠料硬度低的(50-Shore A以下或更低),壓力宜選擇小,硬度高的選擇大;

2.  2.薄制品選擇小,厚制品選擇大;

3.  3.制品結(jié)構(gòu)簡單選擇小,結(jié)構(gòu)復(fù)雜選擇大;

4.  4.力學(xué)性能要求高選擇大,要求低選擇?。?nbsp;

5.  5.硫化溫度較高時(shí),壓力可以小一些,溫度較低時(shí),壓力宜高點(diǎn)。

對(duì)硫化壓力,國內(nèi)外一些橡膠廠家有如下一些經(jīng)驗(yàn)值供參考: 

1.  1.模壓及移模注壓的硫化方式,其模腔內(nèi)的硫化壓力為:10~20Mpa;

2.  2.注壓硫化方式其模腔內(nèi)的硫化壓力為:0~150Mpa; 

3.  3.硫化壓力增大,產(chǎn)品的靜態(tài)剛度也隨之增大,而收縮率隨之逐漸減?。唬ㄔ趪鴥?nèi)的減振橡膠行業(yè)內(nèi),對(duì)于調(diào)整產(chǎn)品的剛度,普遍采用的依然是增加或者降低產(chǎn)品所使用的膠料硬度,而在國外,已經(jīng)普遍采用了提高或者降低產(chǎn)品硫化時(shí)的膠料硫化壓力來調(diào)整產(chǎn)品的靜態(tài)剛度。

4.  4.隨著硫化壓力的不斷提高,產(chǎn)品膠料的收縮率會(huì)出現(xiàn)一個(gè)反常的現(xiàn)象,即當(dāng)產(chǎn)品膠料的硫化壓力達(dá)到83Mpa時(shí),產(chǎn)品膠料的收縮率為0,若產(chǎn)品膠料的硫化壓力繼續(xù)不斷上升,產(chǎn)品膠料的收縮率會(huì)出現(xiàn)負(fù)值,也就是說,在這種超高的產(chǎn)品膠料硫化壓力下,產(chǎn)品硫化出來經(jīng)停放后,其橡膠部分的尺寸比模具設(shè)計(jì)的尺寸還要大;

5.  5.在模壓和注壓方式下,模腔內(nèi)膠料的硫化壓力隨著時(shí)間的延長,總是先增高后減少,并終處于平坦?fàn)顟B(tài);

6.  6.隨著膠料硫化壓力的提高,其膠料的300%定伸和拉伸強(qiáng)度均隨之提高,其膠料的扯斷伸長率、撕裂強(qiáng)度和壓縮變形卻隨之下降;

7.  7.在減震橡膠制品硫化過程中,注壓硫化方式中模腔內(nèi)膠料的壓強(qiáng)比模壓硫化方式的壓強(qiáng)高一倍以上。產(chǎn)品達(dá)到相同的靜剛度所需的膠料硬度有較大差別。隨產(chǎn)品硫化時(shí)的硫化壓力提高,產(chǎn)品在壓縮變形性能方面有明顯的提高。

 

關(guān)鍵詞: 橡膠材料   橡膠密封   橡膠制品   橡膠產(chǎn)品  

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