橡胶硫化仪的原理和硫化过程
橡胶硫化仪的原理和硫化历程
硫化仪的原理
将橡胶试样放入几乎完全密闭的模腔内，并保持在试验温度下，模腔有上下两部分，其中下部分以微小的线性往复移动（摆动振荡），振荡使试样产生剪切应变，测定试样对模腔的反作用转矩（力），此转矩（力）的大小取决于胶料的剪切模量。
硫化试验开始后试样的剪切模量增大，计算机机实时显示并记录转矩（力），当转矩（力）上升到稳定值或最大值乃至返回状态时，便得到一条转矩（力）与时间的关系曲线，即硫化曲线，曲线的形状与试验的温度和胶料的特性有关。
硫化仪的硫化反应过程
硫化反应过程是化学反应过程 ,它包含橡胶分子与硫化剂及其它配合剂之间发生的一系列化学反应以及在形成网状结构时伴随发生各种反应 ,在这众多的反应中 ,仍以橡胶分子与硫化剂之间的反应为主 ,它是生成大分子网状结构的基本反应 ,对于大多数含有有机促进剂 (硫磺)的硫化体系的胶料来说 ,其硫化反应历程可大致如下 :
以上看出硫化反应历程大体分为三个阶段 :
第1阶段为诱导阶段 ,在这个阶段中首先是硫磺分子和促进剂体系之间反应生成一种活性更大的中间化合物 ,然后进一步引发橡胶分子链 ,形成可交联的自由基 (或离子)与橡胶分子链之间产生连锁反应 ,生成交联链 ,第三阶段为网构形成阶段 ,在这一阶段的前期交联反应已趋于完成 ,产生的交联链发生重排和裂解等反应 ,在这一阶段的后期交联反应已基本停止 ,随之而发生的是交联链重排和热裂解等反应 ,最后得到网构稳定的硫化胶 。
二. 硫化历程图 :
在硫化过程中 ,橡胶的各种性能随着硫化时间而变化 ,若将橡胶的某一性能变化与时间作曲线图 ,则可从曲线图中可以表现出整个硫化历程 ,所以这种曲线图叫做硫化历程图 .常见的硫化历程图如图所示 :
图中的曲线 ,前半部分由门尼焦烧曲线组成 ,后半部则由扯断强度曲线组成 ,橡胶的硫化历程可分为四个阶段 ,即焦烧阶段 ,热硫化阶段 ,平坦硫化阶段 ,过硫化阶段.
(1)焦烧阶段 ---图中的 AB 段
它是指热硫化前延迟作用时间 ,相当于前述的硫化反应中的诱导期 ,焦烧时间的长短 ,是由胶料的配方所决定的 , 其中主要受促进剂的影响 ,而操作过程中的热历史也是一个重要的因素 .由于橡胶具有热积累的特性 ,所以胶料的实际焦烧时间 ,包括操作焦烧时间 A1和剩余焦烧时间 A2 两部分 ,操作焦烧时间是指在橡胶加工过程中由于热效应所消耗掉的焦烧时间 ,它取决于加工程度 ,(如胶料翻炼次数 ,热炼程度及压延压出等 ),剩余焦烧时间是指胶料在模型加热时保持流动性的时间 ,在操作焦烧时间和剩余焦烧时间之间没有固定的阶限 ,它随胶料操作和放条件不同而变化 ,如果一个胶料经历的加工越多 ,它占去的焦烧时间就越多如图 A1’所示 ,则剩余焦烧时间就越小如图中A2’所示 ,胶料在模型中流动时间越少 ,因此一般胶料都应避免经受反复多次的机械作用.
(2)热硫化阶段 ---如图中的 BC 段
这一阶段相当于硫化反应中的交联阶段 ,在这一阶段中胶料进行着交联反应 ,逐渐生成网构 ,于是橡胶的弹性和抗张性能急剧上升 ,热硫化时间的长短是由交联配方所决定的 ,它是交联固有的 ,常作为恒量每种胶料硫化反应进行快慢的标志 .
(3)平坦硫化阶段 ---如图中的 CD 段
相当于硫化反应中网构 ,成熟期的前半期 ,这时交联反应已趋于完成 ,反应速度已缓和下来 ,随之而发生交联键的重排 ,热裂解等反应 ,因此胶料的抗张性能曲线出现平坦区 ,平坦硫化时间的长短也决定于配方 ,(主要是促进剂及防老剂 ),由于在这一阶段中硫化保持有性能 ,所以常作为取得产品质量的硫化阶段 ,为通常选取正硫化时间的范围 .
(4)过硫化阶段 ----D 后面部分
这一段相当于硫化反应中的网构成熟期的后半期 ,在这一阶段中主要是交联键重排作用 ,以及交联键和键段热裂解的反应 ,因此胶料的抗张性能显著下降 .在硫化历程图中 ,从胶料开始加热时算起至出现平坦期为止所经过的时间称为产品硫化时间 ,也就是通常所说的 ”正硫化时间 ”,它等于焦烧时间与热硫化时间之和 ,但是由于焦烧时间有一部分为操作过程所消耗 ,所以实际上胶料在模型内加热硫化只有图上 B1 的时间 ,所以我们做的每批胶料的剩余焦烧时间是会有波动的 ,因此每批胶料的热硫化时间也会有所波动 ,其波动范围在 B1 和 B2 之间.
