104橡 胶 工 业 2006年第53卷
硫化压力对硫化胶性能的影响
陈 平,叶茂江,陈光辉,杨 军
(株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲 412007)
摘要:试验研究了模压和注压硫化压力对硫化胶性能的影响。模压和注压硫化时型腔内压力变化趋势相同,硫化胶的300%定伸应力和拉伸强度随硫化压力的增大而增大,拉断伸长率、撕裂强度和压缩永久变形减小。减震橡胶垫实际对比试验表明,注压硫化最大压力为模压硫化的2倍以上,达到相同的静态刚度时硫化胶的硬度下降且压缩永久变形减小了42%,可提高制品的使用寿命。
关键词:硫化压力;定伸应力;拉伸强度;拉断伸长率;压缩永久变形
中图分类号:TQ330.1+3;TQ336.4+2 文献标识码:B 文章编号:1000-0X(2006)02-0104-04
橡胶硫化的工艺参数主要是温度、时间和压力。其中硫化温度对制品性能影响最大,但对硫化性能的研究大多忽略了硫化压力对胶料性能的影响。硫化压力是保证橡胶制品几何尺寸、结构密度和物理性能的重要因素,同时也是保证产品表面光滑无缺陷及达到密封和气密性要求的必要条件。橡胶产品硫化时压力过大会损坏模具、设备并消耗更多电能,也会影响制品的性能,如会损坏带骨架制品的骨架;硫化压力太小则直接影响制品的几何尺寸和物理性能。橡胶制品硫化时保持一定压力的目的一般认为有以下3点:①防止胶料产生气泡,提高胶料致密性;②使胶料流动以充满型腔;③提高胶料的粘合性能,改善硫化胶的物理性能。
通过调整硫化压力大小可以实现产品对特殊性能的要求,国外橡胶制品厂家对硫化压力有如下共识:①采用模压及移模注压的硫化方式时,型腔内硫化压力为10~20MPa;②采用注压硫化方式时,型腔内硫化压力为0~150MPa;③随着硫化压力的增大,胶料静态刚度逐渐增大;④随着硫化压力的增大,胶料收缩率逐渐减小并在83MPa时有一临界点。
国内橡胶减震行业调整产品刚度普遍采用提高或降低胶料硬度,国外厂家则普遍采用提高或
作者简介:陈平(1974-),男,新山子人,株洲时代新材料科技股份有限公司工程师,学士,主要从事减震橡胶制品配方设计工作。降低产品硫化压力的方法。
本研究对NR的硫化压力进行试验,以期得到胶料性能及产品性能与硫化压力间的关系。1 实验1.1 原材料
NR,3#烟胶片,马来西亚进口产品;炭黑N330,天津海豚炭黑有限公司产品;其余均为橡胶工业常用原材料。
1.2 胶料配方
NR 100,炭黑N330 50,间接法氧化锌 5,硬脂酸 1,防老剂 4,微晶蜡 2,软化剂 5,加工助剂 1.5,促进剂 1.4,硫黄 2.3。1.3 试验设备与仪器
YH33-50型50t四柱油压机,江西萍乡无线电专用设备厂产品;WHX200-25型300t油压注压机,无锡阳明橡胶机械厂产品;X(S)K-160型开炼机,上海橡胶机械厂产品;PT124B-100型压力传感器,上海朝辉压力仪器制造厂产品;CSS-55300型电子万能拉力机,美国TMS公司产品;LX-A型硬度计,江都市真威试验机械有限公司产品;UR2010型无转子硫化仪,中国育肯科技股份有限公司产品;Radio14-A高阻电桥测试仪,上海第六电表厂产品。1.4 制备工艺
(1)混炼
胶料在开炼机上混炼。加料顺序为:生胶→第2期陈 平等1硫化压力对硫化胶性能的影响105
炭黑及其它助剂→硫化剂→薄通→下片。混炼温度为40~50e,时间为30min。
(2)模压常规性能试样制备
模压常规性能试样制备模具如图1所示,模具上模板处加装的压力传感器用于测试试样在型腔中的压力变化。
图3 注压压缩永久变形试样制备模具
1)顶出杆;2)注胶缸;3)上模板;4)压力传感器;
5)下模板;6)导向销。
图1 模压试样制备模具
1)上模板;2)压力传感器;3)型腔;4)下模板。
(3)注压常规性能试样制备
注压常规试样制备采用注压机注胶和硫化,模具结构如图2所示。由于在上模板上开注胶孔,注压过程中有两个压力参数:锁模力和注胶压力。注压机的锁模力为120MPa,注胶压力为3~20MPa。同模压一样,压力传感器可记录型腔内的胶料压力。
2 结果与讨论
2.1 硫化压力在模腔中的变化
试样模压硫化过程中型腔内硫化压力变化如图4所示,注压硫化时型腔内硫化压力变化如图5所示。由图4和5可以看出,模压和注压硫化时压力先升高,达到峰值后再降低进入平坦状态。胶料放入型腔后受热膨胀,型腔内胶料压力快速升高;当胶料硫化并达到正硫化点后,由于发生硫化交联,束缚了大分子链的活动,表现为压力下降并达到平坦状态。胶料在注压硫化时(压力相对较大)达到胶料硫化压力最高点的时间比模压硫化早,这表明提高硫化压力可明显提高胶料的硫化速率。
图2 注压试样制备模具
(4)模压压缩永久变形试样制备
模压压缩永久变形试样制备参照GB/T7759)1996进行。为测量型腔内的实际压力,在模具边钻孔以保证压力传感器与其中一个型腔相连。
(5)注压压缩永久变形试样制备
试样在平板硫化机上制备,模具结构如图3所示,将模压模具的上模板换成注胶缸。为保证胶料在注压过程中具有较好的流动性,注胶前将未硫化胶在70e的烘箱中预热20min。1.5 测试方法
胶料性能均按照国家相关标准进行测试。图4 模压硫化时型腔内的硫化压力
2.2 硫化压力对硫化胶物理性能的影响
通过试验得出,模压硫化与注压硫化时,随着硫化压力增大,硫化胶的300%定伸应力、拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度变化趋势基本一致,因此对模压硫化的试验结果进行讨论。
(1)300%定伸应力、拉伸强度和拉断伸长率硫化压力对硫化胶300%定伸应力、拉伸强106橡 胶 工 业 2006年第53卷
图5 注压硫化时型腔内的硫化压力图8 不硫化压力下硫化胶的拉断伸长率
度和拉断伸长率的影响分别如图6~8所示。从图中可以看出,随着硫化压力的增大,硫化胶的300%定伸应力和拉伸强度逐渐增大,拉断伸长率逐渐减小。分析原因认为,随着硫化压力增大,橡胶大分子链间距离逐渐减小,导致交联效率提高,使交联密度增大,从而使硫化胶的300%定伸应力和拉伸强度逐渐增大,拉断伸长率逐渐减小。
图9 不同硫化压力下硫化胶的撕裂强度
撕裂强度会减小。本试验中随着硫化压力增大,硫化胶的撕裂强度减小,说明单/双硫键增多。
(3)压缩永久变形
硫化压力对硫化胶压缩永久变形的影响如图10所示。从图10可以看出,随着硫化压力增大,硫化胶的压缩永久变形减小。分析原因认为,随着硫化压力增大,橡胶大分子链间距离逐渐减小,
图6 不同硫化压力下硫化胶的300%定伸应力
使交联效率提高,交联密度增大,从而导致硫化胶的压缩永久变形减小。
图7 不同硫化压力下硫化胶的拉伸强度
(2)撕裂强度
硫化压力对硫化胶撕裂强度的影响如图9所示。从图9可以看出,随着硫化压力增大,撕裂强度减小。根据传统硫化理论,硫化胶的交联键既有多硫键,也有单/双硫键。由于多硫键比单/双硫键有更高的撕裂能,因此当多硫键增多时硫化胶的撕裂强度会增大,单/双硫键增多时硫化胶[1]
图10 不同硫化压力下硫化胶的压缩永久变形
试验条件:70e@24h,压缩率为25%。
根据以上试验结果,以常见的减震橡胶垫进行了相应试验,对比了模压和注压两种硫化方式。试验均采用300t平板硫化机,模压硫化和注压硫化时型腔内最高压力分别为11和28MPa,达到相同静态刚度时硫化胶邵尔A型硬度分别为75
第2期陈 平等1硫化压力对硫化胶性能的影响107
和70度,产品压缩试验后的变形分别为0.7和0.4mm。达到相同的静态刚度时注压硫化的硫化胶硬度比模压硫化低,这为调节减震橡胶制品静态刚度提供了新的途径。试验中注压硫化产品的压缩永久变形比模压硫化减小了42%,表明提高硫化压力可延长减震橡胶制品的使用寿命。3 结语
(1)模压和注压硫化时,型腔内硫化压力总是先增大后减小,最终处于平坦状态。
(2)随着硫化压力的增大,硫化胶的300%定伸应力和拉伸强度均提高,但拉断伸长率、撕裂强度和压缩永久变形随之减小。
(3)减震橡胶制品注压硫化过程中,型腔内胶料的最高硫化压力是模压硫化的2倍以上,达到相同的静态刚度所需的硫化胶硬度相对较小。随着硫化压力的提高,产品耐压缩永久变形性能有明显提高。参考文献:
[1]杨清芝.现代橡胶工艺学[M].北京:中国石化出版社,2003.4.
收稿日期:2005-10-20
大连冰山橡塑公司国家/十五0重大技术
装备项目通过鉴定
中图分类号:F27 文献标识码:D
品性能达到国际先进水平。该系列产品已通过德国莱茵公司的CE认证。
LM-X450(120@120@200)胎面三复合挤出生产线(专题号ZZ01-20-02-04-02)技术先进、性能优良、功能齐全、自动化程度高、工作平稳可靠,能满足多种胶条的挤出生产工艺要求。新型高效冷喂料螺杆螺纹变距、变深,压缩比大,在喂料段螺棱上开多个宽切口;三复合机头流道特殊设计加工;冷却装置布置在生产线后部,多种新型机械结构有效配合,达到精确的无张力运行。鉴定认为,该生产线在胎面挤出、称量、压延、裁边、冷却、复合和定长裁断等主要性能指标达到当代国际同类产品的先进水平,螺杆、喂料辊结构和机头流道等多项技术达到国际领先水平。
鉴定会上,还对公司承担的XYG-4S1500钢丝压延机组(专题号ZZ01-20-02-01-03)进行了评定,认为该机组辅机已经成功投入市场,其中的整线高同步恒张力控制、制品自动计长切割和双工位翻转式卷取等技术已达到国际先进水平。主机有450@1000,550@1300和610@1500三种规格可供用户选用。公司已掌握了辊筒中高度、轴交叉、反弯曲、预负荷和液压精密整经贴合辊等国际先进压延机制造技术,机组的减速箱和辊筒等已在轮胎企业得到成功应用,已达到国际先进水平。主辅机控制采用先进的液压伺服调距系统、射线巡检测厚系统、PLC编程控制、现场总线控制、远程I/O并采用触摸屏式动画人机界面,可实现制品厚度全自动闭环控制,保证机组技术的先进性和可靠性。该公司完全有能力生产整条钢丝压延生产线。
(大连冰山橡塑股份有限公司 刘 艳供稿)
2005年11月17日,大连冰山橡塑股份有限公司承担的国家/十五0重大技术装备项目/载重子午线轮胎成套设备和工程机械子午线轮胎关键设备0[XM-370(6-60)Y型密炼机(智能型)、XKRS-660双联开炼机、LM-X450(120@120@200)胎面三复合挤出生产线]在大连通过了由中国石油和化学工业协会主持的技术鉴定。
XM-370(6-60)Y型密炼机(专题号ZZ01-20-01-01-01)采用同步转子、四棱高效剪切转子、液压式压砣和智能控制等新技术(同步转子和液压式压砣是公司的专利技术),提高了密炼机工作的可靠性、混炼质量和生产效率。智能控制系统随机采集炼胶过程的瞬时功率和温度等参数,同时通过数学模型实现混炼胶粘度的在线检测,能准确确定排胶操作,对密炼机的炼胶状态进行监控,使密炼机能自动并始终在最优工艺条件下进行炼胶,提高了胶料的均一性,实现了提高和稳定胶料质量的总体要求。同时,还可以对密炼工艺进行管理,适应多工艺配方的胶料生产。鉴定认为,该密炼机总体技术已达到国际先进水平。
XKRS-660双联开炼机(专题号ZZ01-20-01-02-02)技术结构新颖,采用高效率双侧输出轴减速机,可同时驱动两侧机体;大转矩鼓型齿联轴器与固定辊筒相联保证开炼机转矩传递的可靠性;可采用直流电机和交流电机两种驱动方式。结构的改变大大缩小了开炼机的占地面积,一人可操作两台机器,提高了生产效率,符合安全、环保和节能等使用要求。鉴定认为,该机总体技术和产
