確定標準試片的硫化時間與溫度

橡膠硫化操作技術情境一確定標準試片的硫化方案

確定標準試片的硫化溫度授課教師：張馨完成主要工作任務：任務一、分析影響標準試片硫化的因素任務二、確定標準試片的硫化時間涉及主要內容：硫化概念、實質、作用；影響標準試片硫化因素；硫化時間的確定方法等；復習回顧1、理論正硫化時間的確定是以膠料交聯(lián)密度達到最大為依據(jù)的。（）2、硫化三要素是指（）、（）和（）；3、下列測定方法能測得理論正硫化時間的是（）；A、游離硫法B、溶脹法C、門尼粘度法D、300%定伸應力法4、門尼粘度儀測定T5為1min，T35為2.5min，則正硫化時間為（）min。5、硫化標準試片時時間為5min，則硫化成品（厚度為11mm）的需用時間為（）min；6、如何從硫化儀測定的硫化曲線中手動計算出t10、t90。7、指出圖中A、A1、A2，B，C，D所表示含義。操作焦燒時間：橡膠在加工過程中由于熱積累消耗掉的焦燒時間A1。剩余焦燒時間：膠料在模腔中保持流動性的時間A2。課前測驗某企業(yè)研發(fā)部分別以NR、SBR、EPDM為基體材料進行了相關制品的配方設計，現(xiàn)為了測試性能，需要硫化出標準試樣片。分組討論并制定出標準樣片的硫化方案。任務布置-下達任務書任務布置及解析完成工作任務二、確定標準試樣的硫化溫度任務解析：1、確定各標準試片的硫化溫度；涉及：影響硫化溫度設定的因素；2、分析硫化溫度與時間的關系；涉及：硫化溫度與時間間的相互調整；教學目標達到目標能力目標能根據(jù)硫化溫度與時間之間關系進行相互間的調整；知識目標了解常用生膠所采用的硫化溫度；理解硫化時間與溫度之間的關系；掌握影響硫化溫度設定的因素；素質目標像配方各組分一樣“各司其職”、“協(xié)作配合”；某企業(yè)研發(fā)部分別以NR、SBR、EPDM為基體材料進行了相關制品的配方設計，現(xiàn)為了測試性能，需要硫化出標準測試試樣。分組討論并初步設定各標準樣片的硫化溫度。A、設定標準試樣片的硫化溫度完成內容涉及：（1）分析影響硫化溫度設定的因素；（2）基于分析和具體類型，確定硫化溫度；討論總結1、溫度的重要性溫度是橡膠發(fā)生硫化反應的基本條件，直接影響硫化速度和產品質量；溫度高、硫速快、效率高、易生成較多的低硫鍵；溫度低，硫速慢，效率低，易生成較多的多硫鍵。啟發(fā)：若要制得強度較高的制品，該如何設置硫化溫度？討論總結2、設定溫度需考慮的方面：制品的類型；膠種；硫化體系；其它。⑴制品的類型為保證多部件制品及厚壁制品的均勻硫化，配方設計時需充分考慮硫化平坦性，硫化溫度上也應低一些或采取逐步升溫的方法；對結構簡單的薄壁制品，硫化溫度可高一些。通常，厚壁制品以不高于140～150℃為宜，薄壁制品掌握在160℃以下。橡膠是一種熱的不良導體，硫化過程中，膠料受熱升溫慢，尤其難以使厚制品膠料內外溫度均勻一致，而造成制品內部處于欠硫或恰好正硫時，表面已經(jīng)過硫，且硫化溫度越高，過硫程度越大。⑴制品的類型在軟質膠中，硫黃用量少、熱效應較小，對硫化影響不大；在硫用量很高的硬質膠中，熱效應較大，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，使制品產生氣泡，甚至爆炸；所以硬質橡膠一般都采用134℃以下的硫化溫度，以減緩反應熱的生成速度，從而保證硫化工藝的安全、順利進行。生膠與硫黃的化學反應是一個放熱反應過程；實驗表明，184℃下硫化時，含4份硫磺的膠料其反應熱為41.87J／g；這種生成熱隨結合硫黃的增加而增大，當硫黃用量為32份時，可生成1851J/g的熱量。⑴制品的類型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。含紡織纖維材料的復合部件；紡織纖維-耐熱性能較差，溫度過高發(fā)硬發(fā)脆，斷鏈破壞；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℃。⑵膠種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，即硫化返原現(xiàn)象，而導致硫化膠的強伸性能下降，其中NR和CR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范圍一般為：NR最好在143℃以下，最高不能超過160℃，否則硫化返原現(xiàn)象會十分嚴重；BR、IR和CR最好在151℃以下，最高不能超過170℃；SBR、NBR可采用150℃以上，最高不超過190℃；IIR和EPDM可采用160～180℃、最高不超過200℃；Q和FPM可采用200、220℃高溫長時間二次硫化。近年來，隨著通用橡膠新型硫化體系的研究，可以使通用橡膠在更高的溫度(170～180℃或以上)下快速硫化，而不產生硫化返原現(xiàn)象。⑶硫化體系根據(jù)配方中的硫化體系相應地選擇適宜的硫化溫度。通常，CV硫化體系溫度大體在130～158C左右；EV、SEV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。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)。⑷其他因素除上述討論的主要影響因素外，有時還有一些特殊情況如：采用鹽浴硫化方法時，其硫化溫度必須在金屬鹽的熔點(142℃)以上，而金屬鹽的沸點(500℃)，則限制硫化溫度的最高選擇界限；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；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，從而獲得符合結構需求和外觀輪廓清晰、飽滿的模制品。思考：過高提高硫化溫度造成影響？引起橡膠分子鏈的裂解和發(fā)生硫化返原現(xiàn)象（尤其是NR），導致物理機械性能下降；會使橡膠制品中的紡織物強度降低，影響制品的綜合性能；導致膠料的焦燒時間縮短，減少了流動充模時間，易造成制品局部缺膠；增加厚制品內外溫差，硫化程度不一致。對于NR、SBR、EPDM標準試樣適宜的硫化溫度分別為：NR—143℃；SBR—160℃；EPDM—170℃。討論總結啟發(fā)：（1）試樣150℃下硫化時間為10min，那么160℃下硫化時間為多少？——等效硫化時間（2）試樣硫化溫度為170℃，能否通過逐步升溫方法達到相同的硫化程度？——等硫化程度（3）對于某一個硫化條件，如何判斷是否達到了正硫化？討論總結-硫化溫度與時間關系討論總結（1）通過范特霍夫方程計算等效硫化時間等效硫化時間是指在不同的硫化溫度下，經(jīng)硫化獲得相同的硫化程度所需要的時間。硫化溫度和硫化時間的關系可用下式表示：式中τ1—溫度為t1的正硫化時間，min；

τ2—溫度為t2的正硫化時間，min；

K—硫化溫度系數(shù)。硫化溫度系數(shù)的意義是，橡膠在特定的硫化溫度下獲得一定性能的硫化時間與溫度相差10℃時獲得同樣性能所需的硫化時間之比。通常K值在1.8～2.5之間變化。同種膠料，可在不同的硫化溫度下硫化，但必須達到相同的硫化程度。衡量膠料硫化程度深淺的尺度——硫化效應E。它等于硫化強度與硫化時間的乘積；E=IτI-硫化強度；τ-硫化時間，min。討論總結I-硫化強度；指膠料在一定的溫度下，單位時間所達到的硫化程度或膠料在一定溫度下的硫化速度；取決于膠料的硫化溫度系數(shù)和硫化溫度；討論總結某膠料的硫化溫度系數(shù)為2.17，當141℃時正硫化時間為68min，求135℃下的硫化時間。解：設硫化溫度為141℃時的硫化效應為E1硫化溫度為135℃時的硫化效應為E2令E1=E2典型案例1分析：（min）某制品原硫化條件為140℃×60min，在140℃下硫化20min后，因氣壓不足，溫度只能達到130℃，問硫化時間應如何調整?(K=2)典型案例2分析：一膠軸制品，正硫化條件為140℃×240min，因一次硫化易出現(xiàn)質量問題，故改為逐步升溫硫化。第一段為120℃×120min，第二段為130℃×120min，第三段達到140℃，問需要多長時間才能達到原有的硫化程度?(K=2)典型案例3分析：例4:某制品的膠料試片的硫化平坦范圍為130℃×20～120min，若成品的硫化條件為150℃×10min，是否合理？（K=2）典型案例4分析：討論總結-厚制品硫化條件的確定a.硫化效應法為了計算各層的硫化效應，首先必須知道各層的溫度。各層的溫度一般可以用熱電偶測得，也可用熱傳導方法求得。硫化效應E用積分式表示，也可化為近似式計算，即E=Δτ（（I0+In）/2+I1+I2+……+In-1）式中Δτ—測溫的間隔時間（一般為5min）；

I0—硫化開始溫度為t0的硫化強度；I1—第一個間隔時間溫度t1的硫化強度；In—最后一個間隔時間溫度tn的硫化強度。例：用熱電偶測得的某制品硫化時的內層溫度數(shù)據(jù)如下表所示，令K=2，求硫化50min時的硫化效應E50？解：Δτ=5min；I0=0.0078；I1=0.0156；……In=16E=5×（（0.0078+16）/2+0.0156+……）=333.38如厚制品的硫化效應是處于試片的最大和最小硫化效應之間，說明制品的硫化條件是合適的，否則要重新調整，直至合適為止。b.等效硫化時間法等效硫化時間也可用來確定厚制品的正硫化時間，即將制品的硫化效應換算為膠料試片的等效硫化時間τE=E/It式中τE—試片的等效硫化時間；

E—制品的硫化效應；

It—試片在t溫度的硫化強度。例：外胎的緩沖層，其膠料的硫化溫度系數(shù)為2，在試驗室143℃溫度下，測出正硫化時間為24min，平坦范圍在20~80min，在實際生產中硫化70min，并測出溫度變化。求緩沖層的等效硫化時間，并判斷是否正硫化？

解：設 T1=143℃，t1=20min時的硫化效應為E??；

T2=143℃，t2=80min時的硫化效應為E大；

T=140℃，t=70min時的硫化效應為E； 問E與E小、E大之間的大小關系如何？ 有E小＜E＜E大 該膠料在140℃下于模型中硫化70min，已經(jīng)達到正硫化。總結布置完成工作任務：任務二、確定標準試片的硫化溫度；涉及主要內容：硫化溫度的影響因素；硫化溫度與時間的關系；課外作業(yè)：總結影響硫化溫度設定的因素；P112，T4，T6；下一次任務：任務三確定標準試片的硫化壓力本次課到此結束9、春去春又回，新桃換舊符。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節(jié)，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，日子像桃子一樣甜蜜。1月-251月-25Sunday,January5,202510、人的志向通常和他們的能力成正比例。14:16:3914:16:3914:161/5/20252:16:39PM11、夫學須志也，才須學也，非學無以廣才，非志無以成學。1月-2514:16:3914:16Jan-2505-Jan-2512、越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯兒。14:16:3914:16:3914:16Sunday,Januar