确定标准试片的硫化时间与温度

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,橡胶硫化操作技术,情境一 确定标准试片的硫化方案,任务二,确定标准试片的硫化温度,授课教师：张馨,高分子材料应用技术教研室,完成主要工作任务：,任务一、分析影响标准试片硫化的因素,任务二、确定标准试片的硫化时间,涉及主要内容：,硫化概念、实质、作用；,影响标准试片硫化因素；,硫化时间的确定方法等；,复习回顾,1,、理论正硫化时间的确定是以胶料交联密度达到最大为依据的。（）,2,、硫化三要素是指（）,、,（）,和,（）；,3,、下列测定方法能测得理论正硫化时间的是（）；,A,、游离硫法,B,、溶胀法,C,、门尼粘度法,D,、,300%,定伸应力法,4,、门尼粘度仪测定,T5,为,1min,，,T35,为,2.5min,，则正硫化时间为（）,min,。,5,、硫化标准试片时时间为,5min,，则硫化成品（厚度为,11mm,）的需用时间为（）,min,；,6,、如何从硫化仪测定的硫化曲线中手动计算出,t10,、,t90,。,7,、指出图中,A,、,A1,、,A2,，,B,，,C,，,D,所表示含义。,操作焦烧时间：,橡胶在加工过程中由于热积累消耗掉的焦烧时间,A1,。,剩余焦烧时间：,胶料在模腔中保持流动性的时间,A2,。,课前测验,某企业研发部分别以,NR,、,SBR,、,EPDM,为基体材料进行了相关制品的配方设计，现为了测试性能，需要硫化出标准试样片。,分组讨论并制定出标准样片的硫化方案。,任务布置,-,下达任务书,任务布置及解析,完成工作,任务,二,、,确定标准试样的硫化温度,任务解析：,1,、确定各标准试片的硫化温度；,涉及：影响硫化温度设定的因素；,2,、分析硫化温度与时间的关系；,涉及：硫化温度与时间间的相互调整；,教学目标,达到目标,能力目标,能,根据硫化温度与时间之间关系进行相互间的调整,；,知识目标,了解,常用生胶所采用的硫化温度,；,理解,硫化时间与温度之间的关系,；,掌握,影响硫化温度设定的因素,；,素质目标,像配方各组分一样,“,各司其职,”,、,“,协作配合,”,；,某企业研发部分别以,NR,、,SBR,、,EPDM,为基体材料进行了相关制品的配方设计，现为了测试性能，需要硫化出标准测试试样。,分组讨论并初步设定各标准样片的硫化温度。,A,、设定标准试样片的硫化温度,完成内容涉及：,（,1,）分析影响硫化温度设定的因素；,（,2,）基于分析和具体类型，确定硫化温度；,讨论总结,1,、温度的重要性,温度是,橡胶发生,硫化反应的基本条件,，直接,影响硫化速度,和,产品质量；,温度高,、硫速快、效率高、,易生成较多的低硫键,；,温度低,，硫速慢，效率低，,易生成较多的多硫键。,启发：若要制得强度较高的制品，该如何设置硫化温度？,讨论总结,2,、设定温度需考虑的方面：,制品的类型；,胶种；,硫化体系；,其它。,制品的类型,为保证多部件制品及厚壁制品的均匀硫化，配方设计时需,充分考虑硫化平坦性，,硫化温度上也应,低一些,或采取,逐步升温,的方法；对结构简单的薄壁制品，硫化温度可高一些。,通常，,厚壁制品以不高于,140,150,为宜，薄壁制品掌握在,160,以下。,橡胶是一种,热的不良导体,，硫化过程中，胶料受热升温慢，尤其难以使厚制品胶料内外温度均匀一致，而造成制品内部处于欠硫或恰好正硫时，表面已经过硫，且硫化温度越高，过硫程度越大。,制品的类型,在软质胶中，硫黄用量少、热效应较小，对硫化影响不大；,在硫用量很高的,硬质胶中，,热效应较大，又因橡胶导热性差而难以使大量的生成热传递扩散，造成体系内部生热高，从而发生助剂挥发、橡胶裂解等现象，使制品产生,气泡，甚至爆炸；,所以硬质橡胶一般都采用,134,以下的硫化温度，,以减缓反应热的生成速度，从而保证硫化工艺的安全、顺利进行。,生胶与硫黄的化学反应是一个放热反应过程；,实验表明，,184,下硫化时，含,4,份硫磺的胶料其反应热为,41.87J,g,；这种生成热随结合硫黄的增加而增大，当硫黄用量为,32,份时，可生成,1851J/g,的热量。,制品的类型,对于橡胶空心及海绵制品，应考虑到硫化的同时，还伴随有,发泡,反应。,不同的发泡体系有不同的适宜发泡温度，要求硫化温度与发泡温度相适应,(,以硫化温度稍高于发泡剂分解温度为宜,),，否则将导致发泡反应不能顺利进行，海绵起发率过低或过高。,含,纺织纤维材料,的复合部件；,纺织纤维,-,耐热性能较差，温度过高发硬发脆，断链破坏；,凡含纺织纤维材料复合部件的制品及胶布制品，硫化温度都不应高于,130,140,。,胶种,橡胶为有机高分子材料，高温易引起橡胶分子链的裂解破坏，乃至发生交联键的断裂，即硫化返原现象，而导致硫化胶的强伸性能下降，其中,NR,和,CR,最为显著。,综合考虑橡胶的耐热性和硫化返原现象，各种橡胶的适宜硫化温度范围一般为：,NR,最好在,143,以下，最高不能超过,160,，否则硫化返原现象会十分严重；,BR,、,IR,和,CR,最好在,151,以下，最高不能超过,170,；,SBR,、,NBR,可采用,150,以上，最高不超过,190,；,IIR,和,EPDM,可采用,160,180,、最高不超过,200,；,Q,和,FPM,可采用,200,、,220,高温长时间二次硫化。,近年来，随着通用橡胶新型硫化体系的研究，可以使通用橡胶在更高的温度,(170,180,或以上,),下快速硫化，而不产生硫化返原现象。,硫化体系,根据配方中的硫化体系相应地选择适宜的硫化温度。,通常，,CV,硫化体系温度大体在,130,158C,左右；,EV,、,SEV,硫化体系的硫化温度一般掌握在,160,165,左右；,过氧化物及树脂等非硫硫化体系的硫化温度以,170,180,左右为宜。,根据所选促进剂的活性温度和制品的物理机械性能指标来确定。,当促进剂的活性温度较低或制品要求高强伸性、较低的定伸应力和硬度时，硫化温度可低些,(,有利生成较高比例的多硫交联键,),；,当促进剂的活性温度较高或制品要求高定伸应力和硬度，低伸长率时，硫化温度宜高些,(,有利生成较高比例的低硫交联键,),。,其他因素,除上述讨论的主要影响因素外，有时还有一些特殊情况,如：采用,盐浴硫化,方法时，其硫化温度必须在金属盐的熔点,(142),以上，而金属盐的沸点,(500),，则限制硫化温度的最高选择界限；,如：配方中含有某些,低沸点配合剂,时，则硫化温度要低于这些配合剂的沸点，否则，将会造成配合剂的气化逸出使制品起鼓或呈海绵状；,如：对,橡塑并用,的制品，硫化温度必须高于所用树脂的软化点，以使并用胶料在硫化温度下具有良好的流动性和充模性，从而获得符合结构需求和外观轮廓清晰、饱满的模制品。,思考：过高提高硫化温度造成影响？,引起橡胶分子链的裂解和发生硫化返原现象（尤其是,NR,），导致物理机械性能下降；,会使橡胶制品中的纺织物强度降低，影响制品的综合性能；,导致胶料的焦烧时间缩短，减少了流动充模时间，易造成制品局部缺胶；,增加厚制品内外温差，硫化程度不一致。,对于,NR,、,SBR,、,EPDM,标准试样适宜的硫化温度分别为：,NR,143,；,SBR,160,；,EPDM,170,。,讨论总结,启发：,（,1,）试样,150,下硫化时间为,10min,，那么,160,下硫化时间为多少？,等效硫化时间,（,2,）试样硫化温度为,170,，能否通过逐步升温方法达到相同的硫化程度？,等硫化程度,（,3,）对于某一个硫化条件，如何判断是否达到了正硫化？,讨论总结,-,硫化温度与时间关系,讨论总结,（,1,）通过范特霍夫方程计算,等效硫化时间,等效硫化时间是指在不同的硫化温度下，经硫化获得相同的硫化程度所需要的时间,。,硫化温度和硫化时间的关系可用下式表示：,式中,1,温度为,t1,的正硫化时间，,min,；,2,温度为,t2,的正硫化时间，,min,；,K,硫化温度系数。,硫化温度系数的意义是，橡胶在特定的硫化温度下获得一定性能的硫化时间与温度相差,10,时获得同样性能所需的硫化时间之比。通常,K,值在,1.8,2.5,之间变化,。,同种胶料，可在不同的硫化温度下硫化,，,但必须达到相同的硫化程度,。,衡量胶料硫化程度深浅的尺度,硫化效应,E,。,它等于硫化强度与硫化,时间,的乘积,；,E=I,I,-,硫化强度；,-,硫化时间，,min,。,讨论总结,I,-,硫化强度；,指胶料在一定的温度下，单位时间所达到的硫化程度或胶料在一定温度下的硫化速度,；,取决于胶料的硫化温度系数和硫化温度,；,讨论总结,某胶料的硫化温度系数为,2.17,，当,141,时正硫化时间为,68min,，求,135,下的硫化时间。,解：设硫化温度为,141,时的硫化效应为,E,1,硫化温度为,135,时的硫化效应为,E,2,令,E,1,=,E,2,典型案例,1,分析：,（,min,）,某制品原硫化条件为,140,60min,，在,140,下硫化,20min,后，因气压不足，温度只能达到,130,，问硫化时间应如何调整,?(,K,=2),典型案例,2,分析：,一胶轴制品，正硫化条件为,140,240min,，因一次硫化易出现质量问题，故改为逐步升温硫化。第一段为,120,120min,，第二段为,130,120min,，第三段达到,140,，问需要多长时间才能达到原有的硫化程度,?(,K,=2),典型案例,3,分析：,例,4:,某制品的胶料试片的硫化平坦范围为,130,20,120min,，若成品的硫化条件为,150,10min,，是否合理？（,K,=2,）,典型案例,4,分析：,讨论总结,-,厚制品硫化条件的确定,a.,硫化效应法,为了计算各层的硫化效应，首先必须知道各层的温度。各层的温度一般可以用热电偶测得，也可用热传导方法求得。,硫化效应,E,用积分式表示，也可化为近似式计算，即,E=,（,I,0,+I,n,）,/2+I,1,+I,2,+,+I,n-1,）,式中,测温的间隔时间（一般为,5min,）；,I,0,硫化开始温度为,t,0,的硫化强度；,I,1,第一个间隔时间温度,t,1,的硫化强度；,I,n,最后一个间隔时间温度,t,n,的硫化强度。,例：用热电偶测得的某制品硫化时的内层温度数据如下表所示，令,K=2,，求硫化,50min,时的硫化效应,E,50,？,解：,=5min,；,I,0,=0.0078,；,I,1,=0.0156,；,I,n,=16,E=5,（,0.0078+16,）,/2+0.0156+,）,=333.38,如厚制品的硫化效应是处于试片的最大和最小硫化效应之间，说明制品的硫化条件是合适的，否则要重新调整，直至合适为止。,b.,等效硫化时间法,等效硫化时间也可用来确定厚制品的正硫化时间，即将制品的硫化效应换算为胶料试片的等效硫化时间,E=E/It,式中,E,试片的等效硫化时间；,E,制品的硫化效应；,It,试片在,t,温度的硫化强度。,例：外胎的缓冲层，其胶料的硫化温度系数为,2,，在试验室,143,温度下，测出正硫化时间为,24min,，平坦范围在,2080min,，在实际生产中硫化,70min,，并测出温度变化。求缓冲层的等效硫化时间，并判断是否正硫化？,解：设,T1=143,，,t,1,=20min,时的硫化效应为,E,小；,T2=143,，,t,2,=80min,时的硫化效应为,E,大；,T=140,，,t=70min,时的硫化效应为,E,；,问,E,与,E,小,、,E,大,之间的大小关系如何？,有,E,小,E,E,大,该胶料在,140,下于模型中硫化,70min,，已经达到正硫化。,总结布置,完成工作任务：,任务二、,确定标准试片的硫化温度,；,涉及主要内容：,硫化温度的影