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，并保持在試驗溫度下，模腔有上下兩部分，其中下部分以微小的線性往復移動（擺動振蕩），振蕩使試樣產生剪切應變，測定試樣對模腔的反作用轉矩（力），此轉矩（力）的大小取決于膠料的剪切模量。

硫化試驗開始后試樣的剪切模量增大，計算機機實時顯示并記錄轉矩（力），當轉矩（力）上升到穩定值或大值乃至返回狀態時，便得到一條轉矩（力）與時間的關系曲線，即硫化曲線，曲線的形狀與試驗的溫度和膠料的特性有關。

硫化儀的硫化反應過程

硫化反應過程是化學反應過程 ,它包含橡膠分子與硫化劑及其它配合劑之間發生的一系列化學反應以及在形成網狀結構時伴隨發生各種反應 ,在這眾多的反應中 ,仍以橡膠分子與硫化劑之間的反應為主 ,它是生成大分子網狀結構的基本反應 ,對于大多數含有有機促進劑 (硫磺)的硫化體系的膠料來說 ,其硫化反應歷程可大致如下 :

以上看出硫化反應歷程大體分為三個階段 :

第1階段為誘導階段 ,在這個階段中首先是硫磺分子和促進劑體系之間反應生成一種活性更大的中間化合物 ,然后進一步引發橡膠分子鏈 ,形成可交聯的自由基 (或離子)與橡膠分子鏈之間產生連鎖反應 ,生成交聯鏈 ,第三階段為網構形成階段 ,在這一階段的前期交聯反應已趨于完成 ,產生的交聯鏈發生重排和裂解等反應 ,在這一階段的后期交聯反應已基本停止 ,隨之而發生的是交聯鏈重排和熱裂解等反應 ,后得到網構穩定的硫化膠 。

二. 硫化歷程圖 :

在硫化過程中 ,橡膠的各種性能隨著硫化時間而變化 ,若將橡膠的某一性能變化與時間作曲線圖 ,則可從曲線圖中可以表現出整個硫化歷程 ,所以這種曲線圖叫做硫化歷程圖 .常見的硫化歷程圖如圖所示 :

 圖中的曲線 ,前半部分由門尼焦燒曲線組成 ,后半部則由扯斷強度曲線組成 ,橡膠的硫化歷程可分為四個階段 ,即焦燒階段 ,熱硫化階段 ,平坦硫化階段 ,過硫化階段.

(1)焦燒階段 ---圖中的 AB 段

它是指熱硫化前延遲作用時間 ,相當于前述的硫化反應中的誘導期 ,焦燒時間的長短 ,是由膠料的配方所決定的 , 其中主要受促進劑的影響 ,而操作過程中的熱歷史也是一個重要的因素 .由于橡膠具有熱積累的特性 ,所以膠料的實際焦燒時間 ,包括操作焦燒時間 A1和剩余焦燒時間 A2 兩部分 ,操作焦燒時間是指在橡膠加工過程中由于熱效應所消耗掉的焦燒時間 ,它取決于加工程度 ,(如膠料翻煉次數 ,熱煉程度及壓延壓出等 ),剩余焦燒時間是指膠料在模型加熱時保持流動性的時間 ,在操作焦燒時間和剩余焦燒時間之間沒有固定的階限 ,它隨膠料操作和放條件不同而變化 ,如果一個膠料經歷的加工越多 ,它占去的焦燒時間就越多如圖 A1’所示 ,則剩余焦燒時間就越小如圖中A2’所示 ,膠料在模型中流動時間越少 ,因此一般膠料都應避免經受反復多次的機械作用.

(2)熱硫化階段 ---如圖中的 BC 段

這一階段相當于硫化反應中的交聯階段 ,在這一階段中膠料進行著交聯反應 ,逐漸生成網構 ,于是橡膠的彈性和抗張性能急劇上升 ,熱硫化時間的長短是由交聯配方所決定的 ,它是交聯固有的 ,常作為恒量每種膠料硫化反應進行快慢的標志 .

(3)平坦硫化階段 ---如圖中的 CD 段

相當于硫化反應中網構 ,成熟期的前半期 ,這時交聯反應已趨于完成 ,反應速度已緩和下來 ,隨之而發生交聯鍵的重排 ,熱裂解等反應 ,因此膠料的抗張性能曲線出現平坦區 ,平坦硫化時間的長短也決定于配方 ,(主要是促進劑及防老劑 ),由于在這一階段中硫化保持有性能 ,所以常作為取得產品質量的硫化階段 ,為通常選取正硫化時間的范圍 .

(4)過硫化階段 ----D 后面部分

這一段相當于硫化反應中的網構成熟期的后半期 ,在這一階段中主要是交聯鍵重排作用 ,以及交聯鍵和鍵段熱裂解的反應 ,因此膠料的抗張性能顯著下降 .在硫化歷程圖中 ,從膠料開始加熱時算起至出現平坦期為止所經過的時間稱為產品硫化時間 ,也就是通常所說的 ”正硫化時間 ”,它等于焦燒時間與熱硫化時間之和 ,但是由于焦燒時間有一部分為操作過程所消耗 ,所以實際上膠料在模型內加熱硫化只有圖上 B1 的時間 ,所以我們做的每批膠料的剩余焦燒時間是會有波動的 ,因此每批膠料的熱硫化時間也會有所波動 ,其波動范圍在 B1 和 B2 之間.