一、塑煉
橡膠受外力作用產(chǎn)生變形,當(dāng)外力消除后橡膠仍能保持其形變的能力叫做可塑性。增加橡膠可塑性工藝過程稱為塑煉。橡膠有可塑性才能在混煉時(shí)與各種配合劑均勻混合;在壓延加工時(shí)易于滲入紡織物中;在壓出、注壓時(shí)具有較好的流動(dòng)性。此外,塑煉還能使橡膠的性質(zhì)均勻,便于控制生產(chǎn)過程。但是,過渡塑煉會(huì)降低硫化膠的強(qiáng)度、彈性、耐磨等性能,因此塑煉操作需嚴(yán)加控制。
橡膠可塑度通常以威廉氏可塑度、門尼粘度和德弗硬度等表示。
1、塑煉機(jī)理
橡膠經(jīng)塑煉以增加其可塑性,其實(shí)質(zhì)乃是使橡膠分子鏈斷裂 ,降低大分子長(zhǎng)度。斷裂 作用既可發(fā)生于大分子主鏈,又可發(fā)生于側(cè)鏈。由于橡膠在塑煉時(shí),遭受到氧、電、熱、機(jī)械力和增塑劑等因素的作用,所以塑煉機(jī)理與這些因素密切相關(guān),其中起重要作用的則是氧和機(jī)械力,而且兩者相輔相成。通常可將塑煉區(qū)分為低溫塑煉和高溫塑煉,前者以機(jī)械降解作用為主,氧起到穩(wěn)定游離基的作用;后者以自動(dòng)氧化降解作用為主,機(jī)械作用可強(qiáng)化橡膠與氧的接觸。
塑煉時(shí),輥筒對(duì)生膠的機(jī)械作用力很大,并迫使橡膠分子鏈斷裂,這種斷裂大多發(fā)生在大分子的中間部分。
塑煉時(shí),分子鏈愈長(zhǎng)愈容易切斷。順丁膠等之所以難以機(jī)械斷鏈,重要原因之一就是因?yàn)樯z中缺乏較高的分子量級(jí)分。當(dāng)加入高分子量級(jí)分后,低溫塑煉時(shí)就能獲得顯著的效果。
氧是塑煉中不可缺少的因素,缺氧時(shí),就無(wú)法獲得預(yù)期的效果。生膠塑煉過
塑煉時(shí),設(shè)備與橡膠之間的摩擦顯然使得膠溫升高。熱對(duì)塑煉效果極為重要,而且在不同溫度范圍內(nèi)的影響也不同。由于低溫塑煉時(shí),主要依靠機(jī)械力使分子鏈斷裂,所以在像章區(qū)域內(nèi)(天然膠低于110℃)隨溫度升高,生膠粘度下降,塑煉時(shí)受到的作用力較小,以致塑煉效果反而下降。相反,高溫塑煉時(shí),主要是氧化裂解反應(yīng)起主導(dǎo)作用,因而塑煉效果在高溫區(qū)(天然膠高于110℃)將隨溫度的升高而增大,所以溫度對(duì)塑煉起著促進(jìn)作用。各種橡膠由于特性不同,對(duì)應(yīng)于最低塑煉效果的溫度范圍也不一樣,但溫度對(duì)塑煉效果影響的曲線形狀是相似的。由前已知,不論低溫塑煉還是高溫塑煉,使用化學(xué)增塑劑皆能提高塑煉效果。接受劑型增塑劑,如苯醌和偶氮苯等,它們?cè)诘蜏厮軣挄r(shí)起游離基接受劑作用,能使斷鏈的橡膠分子游離基穩(wěn)定,進(jìn)而生成較短的分子;引發(fā)劑型增塑劑,如過氧化二苯甲酰和偶氮二異丁腈等,它們?cè)诟邷叵路纸獬蓸O不穩(wěn)定的游離基,再引發(fā)橡膠分子生成大分子游離基,并進(jìn)而氧化斷裂。此外,如硫醇類及二鄰苯甲酰胺基苯基二硫化物類物質(zhì),它們既能使橡膠分子游離基穩(wěn)定,又能在高溫下引發(fā)橡膠形成游離基加速自動(dòng)氧化斷裂,所以,這類化學(xué)增塑劑稱為混合型增塑劑或鏈轉(zhuǎn)移型增塑劑。
2、塑煉工藝
生膠在塑煉前通常需進(jìn)行烘膠、切膠、選膠和破膠等處理。烘膠是為了使生膠硬度降低以便切膠,同時(shí)還能解除結(jié)晶。烘膠要求溫度不高,但時(shí)間長(zhǎng),故需注意不致影響橡膠的物理機(jī)械性能;例如天然膠烘膠溫度一般為50~60℃,時(shí)間則需長(zhǎng)達(dá)數(shù)十小時(shí)。生膠自烘房中取出后即切成10~20公斤左右的大塊,人工選除其雜質(zhì)后再用破膠機(jī)破膠以便塑煉。
按塑煉所用的設(shè)備類型,塑煉可大致分為三種方法。
1、開煉機(jī)塑煉
其優(yōu)點(diǎn)是塑煉膠料質(zhì)量好,收縮小,但生產(chǎn)效率低,勞動(dòng)強(qiáng)度大。此法適宜于膠料變化多和耗膠量少的工廠。
開煉鋼機(jī)塑煉屬于低溫塑煉。因此,降低橡膠溫度以增大作用力是開煉機(jī)塑煉的關(guān)鍵。與溫度和機(jī)械作用有關(guān)的設(shè)備特性和工藝條件都是影響塑煉效果的重要因素。
為了降低膠溫,開煉鋼機(jī)的輥筒需進(jìn)行有效的冷卻,因此輥筒設(shè)有帶孔眼的水管,直接向輥筒表面噴水冷卻以降低輥筒需進(jìn)行有效的冷卻,這樣可以滿足各種膠料塑煉時(shí)對(duì)輥溫的基本要求。此外,采用冷卻膠片的方法也是有效的,例如使塑煉形成的膠片通過一較長(zhǎng)的運(yùn)輸帶(或?qū)л仯┙?jīng)空氣自然冷卻后再返回輥上,以及薄通塑煉(縮小輥距,使膠片變薄,以利于冷卻)皆可。分段塑煉的目的也是為了降低膠溫,其操作是將全塑煉過程分成若干段,來完成,每段塑煉后生膠需充分停放冷卻。塑煉一般分為2~3段,每段停放冷卻4~8小時(shí)。膠溫隨塑煉時(shí)間的延長(zhǎng)而增高,若不能及時(shí)冷卻,則生膠可塑性僅在塑煉初期顯著提高,隨后則變化很少,這種現(xiàn)象是由于 生膠溫度升高而軟化,分子易滑動(dòng)和機(jī)械降解效率降低所致。膠溫高還會(huì)產(chǎn)生假可塑性,一旦停放冷卻后,可塑性又降低。兩個(gè)輥筒的速比愈大則剪切作用愈強(qiáng);因此,塑煉效果愈好??s小輥間距也可以增大機(jī)械剪切作用,提高塑煉效果。
2、密煉機(jī)塑煉(高溫、間斷)
密煉機(jī)塑煉的生產(chǎn)能力大,勞動(dòng)強(qiáng)度較低、電力消耗少;但由于是密閉系統(tǒng),所以清理較難,故僅適用于膠種變化少的場(chǎng)合。
密煉機(jī)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,生膠在密煉室內(nèi)一方面在轉(zhuǎn)子與腔壁之間受剪應(yīng)力和摩擦力作用,另一方面還受到上頂栓的外壓。密煉時(shí)生熱量極大,物料來不及冷卻,所以屬高溫塑煉,溫度通常高于120℃,甚至處于160~180℃之間。依據(jù)前述之高溫塑煉機(jī)理,生膠在密煉機(jī)中主要是借助于高溫下的強(qiáng)烈氧化斷鏈來提高橡膠的可塑性;因此,溫度是關(guān)鍵,密煉機(jī)的塑煉效果隨溫度的升高而增大。天然膠用此法塑煉時(shí),溫度一般不超過155℃,以110~120℃最好,溫度過高也會(huì)導(dǎo)致橡膠的物理機(jī)械性能下降。
3、螺桿機(jī)塑煉(高溫、邊續(xù))
螺桿塑煉的特點(diǎn)是在高溫下進(jìn)行連續(xù)塑煉。在螺桿塑煉機(jī)中生膠一方面受到強(qiáng)烈的攪拌作用,另一方面由于生用受螺桿與機(jī)筒內(nèi)壁的摩擦產(chǎn)生大量的熱,加速了氧化裂解。
用螺桿機(jī)塑煉時(shí),溫度條件很重要,實(shí)踐表明,機(jī)筒溫度以95~110℃為宜,機(jī)關(guān)溫度以80~90℃為宜。因?yàn)闄C(jī)筒溫度高于110℃,生膠的可塑料性也不會(huì)再有大的變化。機(jī)筒溫度超過120℃則排膠溫度太高而使膠片發(fā)粘,粘輥,不易補(bǔ)充加工。機(jī)筒溫度低于90℃時(shí),設(shè)備負(fù)荷增大,塑煉膠會(huì)出現(xiàn)夾生的現(xiàn)象。
合成膠塑煉較天然膠困難。為改進(jìn)合成膠塑煉工藝性能,最好在合成過程中注意控制和調(diào)節(jié)分子量大小和分子量分布,以便制得門尼粘度較低和工藝性能良好的品種,如軟丁苯和軟丁腈膠等。這些品種可直接用于混煉。順丁膠分子量較低,易冷流,塑煉效果不好,因此順丁膠和適宜門尼粘度也應(yīng)在合成過種中獲得。氯丁膠門尼粘度低,一般不需塑煉,只要經(jīng)過3~5次薄通就可進(jìn)行混煉。硬丁腈膠門尼粘度為90~120,塑性低,工藝性能差,只有經(jīng)過充分塑煉才能進(jìn)行進(jìn)一步加工。但是,由于丁腈膠韌性大,塑煉生熱大、收縮劇烈,塑煉特別困難。欲提高丁腈膠的塑煉效果,應(yīng)采用低溫薄通法,即盡可能降低塑煉溫度和強(qiáng)化機(jī)械作用力,加入增塑劑雖可提高丁腈膠的塑煉效果。但對(duì)混煉膠可塑度的提高不利,因此 ,不宜采用。丁基膠、乙丙膠的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,因此缺乏塑煉效果,前者門尼粘度一般為38~75,可不經(jīng)塑煉而直接混煉,后者加工所必需的可塑性應(yīng)在合成過程中獲得。
二、 混煉
1、混煉的目的
為了提高橡膠產(chǎn)品使用性能,改進(jìn)橡膠工藝性能和降低成本,必須在生膠中加入各種配合劑。混煉就是通過機(jī)械作用使生膠與各種配合劑均勻混合的過程。
混煉不良,膠料會(huì)出現(xiàn)配合劑分散不均,膠料可塑度過低或過高、焦燒、噴霜等到現(xiàn)象,使后續(xù)工序難以正常進(jìn)行,并導(dǎo)致成品性能下降??刂苹鞜捘z質(zhì)量對(duì)保持半成品和成品性能有著重要意義。通常采用檢查項(xiàng)目有:1、目測(cè)或顯微鏡觀察;2、測(cè)定可塑度;3、測(cè)定比重;4、測(cè)定硬度;5、溫室物理機(jī)械性能和進(jìn)行化學(xué)分析等。進(jìn)行這些檢驗(yàn)的目的是為了判斷膠料中的配合劑分散是否良好,有無(wú)漏加和錯(cuò)加,以及操作是否符合工藝要求等。
2、混煉理論
由于生膠粘度很高,為使各種配合劑均勻混入和分散,必須借助煉膠機(jī)的強(qiáng)烈機(jī)械作用進(jìn)行混煉。
各種配合劑,由于其表面性質(zhì)的不同,它們對(duì)橡膠的活性也各不一致。按表面特性,配合劑一般可分為二類:一類具有親水性,如碳酸鹽、陶土、氧化鋅、鋅鋇白等;另一類具有疏水性,如各種炭黑等。前者表面特性與生膠不同,因此不易被橡膠潤(rùn)濕;后者表面特性與生膠相近,易被橡膠潤(rùn)濕。為獲得良好混煉效果,對(duì)親水性配合劑的表面須加以化學(xué)改性,以提高它們與橡膠作用的活性,使用表面活性劑即可起到此種作用。表面活性劑大多為有機(jī)化合物,具有不對(duì)稱的分子結(jié)構(gòu)。其中常含有——OH、——NH2、——COOH、——NO2、——NO或——SH等極性基團(tuán),具有未飽和剩余化合價(jià),有親水性,能產(chǎn)生很強(qiáng)的水合作用;另外,它們分子結(jié)構(gòu)中還有非極性長(zhǎng)鏈或苯環(huán)式烴基,具有疏水性。因而當(dāng)表面活性劑起著配合劑與橡膠之間的媒介作用,提高了配合劑在橡膠中的混煉效果。
表活性劑還起到穩(wěn)定劑的作用,它們能穩(wěn)定已分散的配合劑粒子在膠料中的分散狀態(tài),不致聚集基結(jié)團(tuán),從而提高了膠料的穩(wěn)定性。
判斷一種生膠混煉性能的優(yōu)劣,常以炭黑被混煉到均勻分散所需時(shí)間來衡量.
生膠分子量分布的寬窄對(duì)混煉性能有著重要的影響。影響炭黑在橡膠中分散的因素除橡膠本身外,還有炭黑粒子的大小,結(jié)構(gòu)和表面活性等有關(guān),因而炭黑粒子愈細(xì),在橡膠中的分散就愈困難,高結(jié)構(gòu)炭黑的空隙大,在混煉鋼初期形成的包容膠濃度低而粘度大,在隨后的混煉中產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力,因而更易分散。
3、混煉工藝
目前,混煉工藝按其使用的設(shè)備,一般可分為以下兩種:開放式煉機(jī)混煉和密煉機(jī)混煉。
1)、開放式煉膠機(jī)混煉
在煉膠機(jī)上先將橡膠壓軟,然后按一定順序加入各種配合劑,經(jīng)多次反復(fù)搗膠壓煉,采用小輥距薄通法,使橡膠與配合劑互相混合以得到均勻的混煉膠。
加料順序?qū)鞜挷僮骱湍z料的質(zhì)量都有很大的影響,不同的膠料,根據(jù)所用原材料的特殊性點(diǎn),采用一定的加料順序。通常加料順序?yàn)椋荷z(或塑煉膠)————小料(促進(jìn)劑、活性劑、防老劑等)————液體軟化劑————補(bǔ)強(qiáng)劑、填充劑————硫黃。
生產(chǎn)中,常把個(gè)別配合劑與橡膠混煉以做成母煉膠,如促進(jìn)劑母煉膠,或把軟化劑配成膏狀,再用母煉膠按比例配料,然后進(jìn)行混煉。這樣可以提高混煉的均勻性,減少粉劑飛揚(yáng),提高生產(chǎn)效率。開放式煉膠機(jī)混煉的缺點(diǎn)是粉劑飛揚(yáng)大、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低,生產(chǎn)規(guī)模也比較小;優(yōu)點(diǎn)是適合混煉的膠料品種多或制造特殊膠料。
2)、密煉機(jī)混煉
密煉機(jī)混煉一般要和壓片機(jī)配合使用,先把生膠配合劑按一定順序投入密煉機(jī)的混煉室內(nèi),使之相互混合均勻后,排膠于壓片機(jī)上壓成片,并使膠料溫度降低(不高于100℃),然后再加入硫化劑和需低溫加入的配合劑,通過搗膠裝置或人工搗膠反復(fù)壓煉,以混煉均勻,經(jīng)密煉機(jī)和壓片機(jī)一次混煉鋼就得到均勻的混煉膠的方法叫做一段混煉法。
有些膠料如氯丁膠料,順丁膠料經(jīng)密煉機(jī)混煉后,于壓片機(jī)下片冷卻,并停放一定時(shí)間,再次回到密煉機(jī)上進(jìn)行混煉,然后再在壓片機(jī)上加入硫化劑,超促進(jìn)劑等,并使其均勻分散,得到均勻的混煉膠,這種混煉方法叫做二段混煉。密煉機(jī)的加料順序一般為:生膠————小料(包括促進(jìn)劑、活性劑、防老劑等)————填料、補(bǔ)強(qiáng)劑————液體增塑劑。
要得到質(zhì)量好的混煉膠,應(yīng)根據(jù)膠料性質(zhì)來決定合適的容量,加料順序以及混煉的時(shí)間、溫度、上頂栓的壓力等工藝條件。
有些膠料采用密煉機(jī)混煉,可把塑煉和混煉工藝合并進(jìn)行。經(jīng)驗(yàn)證明,天然膠采用密煉機(jī)進(jìn)行一段混煉效果較好。此法簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序,縮短生產(chǎn)周期,提高效率。但如在配方中使用大量難于在橡膠中均勻分散的配合劑時(shí),則不宜采用此法,仍需用塑煉膠進(jìn)行混煉,以免發(fā)生混煉不均現(xiàn)象。密煉機(jī)混煉與開放式煉膠機(jī)混煉相比,機(jī)械化程度高,勞動(dòng)強(qiáng)度小,混煉時(shí)間短,生產(chǎn)效率高,此外,因混煉室為密閉的,減少了粉劑的飛揚(yáng)。
除上述兩種混煉方法外,目前還有一種新的螺桿混煉機(jī)(傳遞式混煉機(jī))混煉法,其特點(diǎn)是連續(xù)混煉,生產(chǎn)效率高??墒够鞜捙c壓延、壓出聯(lián)動(dòng)力,便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
3)、幾種橡膠的混煉特性
a、天然膠
天然膠受機(jī)械捏煉時(shí),塑性增加很快,發(fā)熱量比合成膠小,配合劑易于分散。加料順序?qū)ε浜蟿┓稚⒊潭鹊挠绊懖幌窈铣赡z那樣顯著,但混煉時(shí)間長(zhǎng),對(duì)膠料性能的影響比合成膠大。
采用開放式煉膠機(jī)混煉時(shí),輥溫一般為50~60℃左右)。用密煉機(jī)時(shí)多采用一段混煉法。
b、丁苯膠
混煉時(shí)生熱大,升溫快,混煉溫度應(yīng)比天然膠低。丁苯膠對(duì)粉劑的濕潤(rùn)能力較差,故粉劑難于分散,所以混煉時(shí)間要比天然膠長(zhǎng),采用開放式煉膠機(jī)混煉時(shí)需加薄通次數(shù)。用密煉機(jī)混煉,可采用二段混煉法,硫化劑,超促進(jìn)劑在第二段的壓片機(jī)中加入,由于丁苯膠在高溫下容易結(jié)聚,因此密煉機(jī)混煉時(shí)需注意控制溫度一般排膠溫度不宜超過130℃。
c、氯丁膠
氯丁膠的物理狀態(tài)隨溫度而變化。通用型氯丁膠在常溫下至70℃時(shí)為彈性態(tài),容易包輥,混煉時(shí)配合劑易于分散,溫度升高到70~94℃呈粒狀,并出現(xiàn)粘輥現(xiàn)象而不能進(jìn)行塑煉、混煉、壓延等工藝;溫度繼續(xù)升高而呈塑性態(tài)時(shí),顯得非常柔軟而沒有彈性,配合劑也很難均勻分散。采用開放式煉膠機(jī)混煉時(shí),輥溫一般在40~50℃范圍內(nèi),溫度高則易粘輥。加料時(shí)先加入氧化鎂后加入氧化鋅,這可避免焦燒。當(dāng)氯丁膠中摻入10%的天然膠或順丁膠時(shí),能改善工藝性能。用密煉機(jī)混煉時(shí),可采用二段混煉,操作更安全。氧化鋅在第二段混煉的壓片機(jī)上加入。
氯丁膠混煉時(shí),溫度高則容易出現(xiàn)粘輥和焦燒的毛病。因此,操作時(shí)須嚴(yán)格控制溫度和時(shí)間。
d、兩種或兩種以上橡膠并用
若配方中采用兩種或兩種以上和橡膠,其混煉方法有兩種:一種是橡膠各自塑煉,使其可塑性相近,然后相互混均,再加各種配合劑,使之分散均勻。此法簡(jiǎn)便;另一種方法是各種橡膠分別加入配合劑混煉,然后把各膠料再相互混煉均勻。后者能提高混煉的均勻程度。
三、硫化
1. 硫化對(duì)橡膠性能和影響
1)、定伸強(qiáng)度
通過硫化,橡膠單個(gè)分子間產(chǎn)生交聯(lián),且隨交聯(lián)密度的增加,產(chǎn)生一定變形(如拉伸至原長(zhǎng)度的200%或300%)所需的外力就隨之增加,硫化膠也就越硬。
對(duì)某一橡膠,當(dāng)試驗(yàn)溫度和試片形狀以及伸長(zhǎng)一定時(shí),則定伸強(qiáng)度與MC(兩個(gè)交聯(lián)鍵之間橡膠分子的平均分子量)成反比,也就是與交聯(lián)度成正比。這說明交聯(lián)度大,即交聯(lián)鍵間鏈段平均分子量越小,定伸強(qiáng)度也就越高。
2)、硬度
與定伸強(qiáng)度一樣,隨交聯(lián)度的增加,橡膠的硬度也逐漸增加,測(cè)量硬度是在一定形變下進(jìn)行的,所以有關(guān)定促?gòu)?qiáng)度的上述情況也基本適用于硬度。
3)、抗張強(qiáng)度
抗張強(qiáng)度與定伸強(qiáng)度和硬度不同,它不隨交聯(lián)鍵數(shù)目的增加而不斷地上升,例如使硫磺硫化的橡膠,當(dāng)交聯(lián)度達(dá)到適當(dāng)值后,如若繼續(xù)交聯(lián),其抗張強(qiáng)度反會(huì)下降。在硫黃用量很高的硬質(zhì)膠中,抗張強(qiáng)度下降后又復(fù)上升,一直達(dá)到硬質(zhì)膠水平時(shí)為止。
4)、伸長(zhǎng)率和永久變形
橡膠的伸長(zhǎng)率隨交聯(lián)度的增加而降低,永久變形也有同樣的規(guī)律。有硫化返原性的橡膠如天然橡膠和丁基橡膠,在過硫化以后由于交聯(lián)度不斷降低,其伸長(zhǎng)率和永久變形又會(huì)逐漸增大。
5)、彈性
未硫化膠受到較長(zhǎng)時(shí)間的外力作用時(shí),主要發(fā)生塑性流動(dòng),橡膠分子基本上沒有回到原來的位置的傾向。橡膠硫化后,交聯(lián)使分子或鏈段固定,形變受到網(wǎng)絡(luò)的約束,外力作用消除后,分子或鏈段力圖回復(fù)原來構(gòu)象和位置,所以硫化后橡膠表現(xiàn)出很大的彈性。交聯(lián)度的適當(dāng)增加,這種可逆的彈性回復(fù)表現(xiàn)得更為顯著。
2. 硫化過程的四個(gè)階段
膠料在硫化時(shí),其性能隨硫化時(shí)間變化而變化的曲線,稱為硫化曲線。從硫化時(shí)間影響膠料定伸強(qiáng)度的過程來看,可以將整個(gè)硫化時(shí)間分為四個(gè)階段:硫化起步階段、欠硫階段、正硫階段和過硫階段。
1)、硫化起步階段(又稱焦燒期或硫化誘導(dǎo)期)
硫化起步的意思是指硫化時(shí)間膠料開始變硬而后不能進(jìn)行熱塑性流動(dòng)那一點(diǎn)的時(shí)間。硫起步階段即此點(diǎn)以前的硫化時(shí)間。在這一階段內(nèi),交聯(lián)尚未開始,膠料在模型內(nèi)有良好的流動(dòng)性。膠料硫化起步的快慢,直接影響膠料的焦燒和操作安全性。這一階段的長(zhǎng)短取決于所用配合劑,特別是促進(jìn)劑的種類。用有超速促進(jìn)劑的膠料,其焦燒比較短,此時(shí)膠料較易發(fā)生焦燒,操作安全性差。在使用遲效性促進(jìn)劑(如亞磺酰胺)或與少許秋蘭姆促進(jìn)劑并用時(shí),均可取得較長(zhǎng)的焦燒期和良好的操作安全性。但是,不同的硫化方法和制品,對(duì)焦燒時(shí)間的長(zhǎng)短亦有不同要求。在硫化模壓制品時(shí),總是希望有較長(zhǎng)的焦燒期,使膠料有充分時(shí)間在模型內(nèi)進(jìn)行流動(dòng),而不致使制品出現(xiàn)花紋不清晰或缺膠等到缺陷。在非模型硫化中,則應(yīng)要求硫化起步應(yīng)盡可能早一些,因?yàn)槟z料起步快而迅速變硬,有利于防止制品因受熱變軟而發(fā)生變形。不過在大多數(shù)情況下仍希望有較長(zhǎng)的焦燒時(shí)間以保證操作的安全性。
2)、欠硫階段(又稱預(yù)硫階段)
硫化起步與正硫化之間的階段稱為欠硫階段。在此階段,由于交聯(lián)度低,橡膠制品應(yīng)具備的性能大多還不明顯。尤其是此階段初期,膠料的交聯(lián)度很低,其性能變化甚微,制品沒有實(shí)用意義。但是到了此階段的后期,制品輕微欠硫時(shí),盡管制品的抗張強(qiáng)度、彈性、伸長(zhǎng)率等尚未達(dá)到預(yù)想的水平,但其抗撕裂性耐磨性和抗動(dòng)態(tài)裂口性等則優(yōu)于正硫化膠料。因此,如果著重要求后幾種性能時(shí),制品可以輕微欠硫。
3)、正硫階段
大多數(shù)情況下,制品在硫化時(shí)都必須使之達(dá)到適當(dāng)?shù)慕宦?lián)度,達(dá)到適當(dāng)?shù)奈衣?lián)度的階段叫做正硫化階段,即正硫階段。在此階段,硫化膠的各項(xiàng)物理機(jī)械性能并非在同一時(shí)都達(dá)到最高值,而是分別達(dá)到或接近最佳值,其綜合性能最好。此階段所取的溫度和時(shí)間稱為正硫化溫度和正硫化時(shí)間。
正硫化時(shí)間須視制品所要求的性能和制品斷面的厚薄而定。例如,著重要求抗撕裂性好的制品,應(yīng)考慮抗撕強(qiáng)度最高或接近最高值的硫化時(shí)間定為正硫化時(shí)間;要求耐磨性高的制品,則可考慮磨耗量小的硫化時(shí)間定為正硫化時(shí)間。對(duì)于厚制品,在選擇正硫時(shí)間時(shí),尚需將“后硫化”考慮進(jìn)去。所謂“后硫化”,即是當(dāng)制品硫取出以后,由于橡膠導(dǎo)熱性差,傳熱時(shí)間長(zhǎng),制品因散熱而降溫也就較慢,所以它還可以繼續(xù)進(jìn)行硫化,特將它稱為“后硫化”?!昂罅蚧睂?dǎo)致的抗張強(qiáng)度和硬度進(jìn)一步增加,彈性和其它機(jī)械性能降低,制品的使用壽命因之受到損害。所以,制品越厚就越應(yīng)將“后硫化”考慮進(jìn)去。在一般情況下,可以根據(jù)抗張強(qiáng)度最高值略前的時(shí)間或以強(qiáng)伸積(抗張強(qiáng)度與伸長(zhǎng)率的乘積)最高值的硫化時(shí)間定為正硫化時(shí)間。
4)、過硫階段
正硫階段之后,繼續(xù)硫化便進(jìn)入過硫階段。這一階段的前期屬于硫化平坦期的一部分。在平坦期中,硫化膠的各項(xiàng)物理機(jī)械性能基本上保持穩(wěn)定。當(dāng)過平坦期之后,天然橡膠和丁基橡膠由于斷鏈多于交聯(lián)出現(xiàn)硫化返原現(xiàn)象而變軟;合成橡膠則因交聯(lián)繼續(xù)占優(yōu)勢(shì)和環(huán)化結(jié)構(gòu)的增多而變硬,且伸長(zhǎng)率也隨之降低,橡膠性能受到損害。
硫化平坦期的長(zhǎng)短,不僅表明膠料熱穩(wěn)定性的高低,而且對(duì)硫化工藝的安全操作以及厚制品的硫化質(zhì)量的好壞均有直接影響。
對(duì)于硫黃硫化而言,硫化平坦期的長(zhǎng)短,在很大程度上取決于所用促進(jìn)劑的種類和用量。用有超速促進(jìn)劑(如TMTD)的膠料,在硫化開始以后,由于它迅速失去活性,交聯(lián)鍵的斷裂得不到補(bǔ)充,引起硫化平坦期縮短。如果交聯(lián)鍵的熱穩(wěn)定性差,則易產(chǎn)生硫化返原現(xiàn)象。當(dāng)交聯(lián)鍵的鍵能較高時(shí),即使使用超速促進(jìn)劑也能獲得較長(zhǎng)的硫化平坦期,使用低硫高促體系,便能達(dá)到這一目的。增高硫化溫度,裂解比交聯(lián)的速度增加得更快,硫化返原傾向越強(qiáng),硫化平坦期也越短。所以采用高溫硫化時(shí),必須選取能使硫化平坦期較長(zhǎng)的促進(jìn)劑。使用超速促進(jìn)劑時(shí),要求硫化溫度低,否則硫化平坦期將縮短到甚至不能防護(hù)可能發(fā)生的過硫。
3. 用硫化儀測(cè)定硫化程度
使用硫化儀測(cè)定膠料硫化特性方便,而且只需進(jìn)行一次試驗(yàn)即可得到完整的硫化曲線。由此曲線可以直觀地或經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算得到全套硫化參數(shù):初始粘度、最低粘度、誘導(dǎo)時(shí)間(焦燒時(shí)間),硫化速度、正硫化時(shí)間和活化能等。由于硫化儀具有這些優(yōu)點(diǎn),故其在橡膠工業(yè)生產(chǎn)上及硫化動(dòng)力學(xué),硫化機(jī)理等的研究上得到越來越廣泛的應(yīng)用。