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橡膠硫化儀的原理和硫化過(guò)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(yàn)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(dòng)（擺動(dòng)振蕩），振蕩使試樣產(chǎn)生剪切應(yīng)變，測(cè)定試樣對(duì)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(yàn)開(kāi)始后試樣的剪切模量增大,，計(jì)算機(jī)機(jī)實(shí)時(shí)顯示并記錄轉(zhuǎn)矩（力）,，當(dāng)轉(zhuǎn)矩（力）上升到穩(wěn)定值或大值乃至返回狀態(tài)時(shí)，便得到一條轉(zhuǎn)矩（力）與時(shí)間的關(guān)系曲線,，即硫化曲線,，曲線的形狀與試驗(yàn)的溫度和膠料的特性有關(guān)。
硫化儀的硫化反應(yīng)過(guò)程
硫化反應(yīng)過(guò)程是化學(xué)反應(yīng)過(guò)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(shí)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(duì)于大多數(shù)含有有機(jī)促進(jìn)劑 (硫磺)的硫化體系的膠料來(lái)說(shuō) ,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(gè)階段 :
第1階段為誘導(dǎo)階段 ,在這個(gè)階段中首先是硫磺分子和促進(jìn)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(jìn)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(guò)程中 ,橡膠的各種性能隨著硫化時(shí)間而變化 ,若將橡膠的某一性能變化與時(shí)間作曲線圖 ,則可從曲線圖中可以表現(xiàn)出整個(gè)硫化歷程 ,所以這種曲線圖叫做硫化歷程圖 .常見(jiàn)的硫化歷程圖如圖所示 :
圖中的曲線 ,前半部分由門(mén)尼焦燒曲線組成 ,后半部則由扯斷強(qiáng)度曲線組成 ,橡膠的硫化歷程可分為四個(gè)階段 ,即焦燒階段 ,熱硫化階段 ,平坦硫化階段 ,過(guò)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(shí)間 ,相當(dāng)于前述的硫化反應(yīng)中的誘導(dǎo)期 ,焦燒時(shí)間的長(zhǎng)短 ,是由膠料的配方所決定的 , 其中主要受促進(jìn)劑的影響 ,而操作過(guò)程中的熱歷史也是一個(gè)重要的因素 .由于橡膠具有熱積累的特性 ,所以膠料的實(shí)際焦燒時(shí)間 ,包括操作焦燒時(shí)間 A1和剩余焦燒時(shí)間 A2 兩部分 ,操作焦燒時(shí)間是指在橡膠加工過(guò)程中由于熱效應(yīng)所消耗掉的焦燒時(shí)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(shí)間是指膠料在模型加熱時(shí)保持流動(dòng)性的時(shí)間 ,在操作焦燒時(shí)間和剩余焦燒時(shí)間之間沒(méi)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(gè)膠料經(jīng)歷的加工越多 ,它占去的焦燒時(shí)間就越多如圖 A1’所示 ,則剩余焦燒時(shí)間就越小如圖中A2’所示 ,膠料在模型中流動(dòng)時(shí)間越少 ,因此一般膠料都應(yīng)避免經(jīng)受反復(fù)多次的機(jī)械作用.
(2)熱硫化階段 ---如圖中的 BC 段
這一階段相當(dāng)于硫化反應(yīng)中的交聯(lián)階段 ,在這一階段中膠料進(jìn)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(shí)間的長(zhǎng)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(jìn)行快慢的標(biāo)志 .
(3)平坦硫化階段 ---如圖中的 CD 段
相當(dāng)于硫化反應(yīng)中網(wǎng)構(gòu) ,成熟期的前半期 ,這時(shí)交聯(lián)反應(yīng)已趨于完成 ,反應(yīng)速度已緩和下來(lái) ,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(shí)間的長(zhǎng)短也決定于配方 ,(主要是促進(jìn)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(shí)間的范圍 .
(4)過(guò)硫化階段 ----D 后面部分
這一段相當(dāng)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(kāi)始加熱時(shí)算起至出現(xiàn)平坦期為止所經(jīng)過(guò)的時(shí)間稱(chēng)為產(chǎn)品硫化時(shí)間 ,也就是通常所說(shuō)的 ”正硫化時(shí)間 ”,它等于焦燒時(shí)間與熱硫化時(shí)間之和 ,但是由于焦燒時(shí)間有一部分為操作過(guò)程所消耗 ,所以實(shí)際上膠料在模型內(nèi)加熱硫化只有圖上 B1 的時(shí)間 ,所以我們做的每批膠料的剩余焦燒時(shí)間是會(huì)有波動(dòng)的 ,因此每批膠料的熱硫化時(shí)間也會(huì)有所波動(dòng) ,其波動(dòng)范圍在 B1 和 B2 之間.
