Фактори, що впливають на усадку гумових сумішей

1. Введення

1.1 Значення швидкості усадки гумових виробів

Одним з найважливіших показників продуктивності гумових виробів є швидкість їх усадки. Це безпосередньо впливає на характеристики, зовнішній вигляд і правильність розмірів предметів. Високий рівень усадки може призвести до дефектів поверхні, зміни розміру продукту та інших проблем, які негативно вплинуть на якість продукту. Отже, однією з найважливіших технологій у процесі виробництва гуми є управління та максимізація швидкості усадки гумових виробів.

1.2 Огляд основних факторів, що впливають на швидкість усадки

• Формула гуми: Швидкість усадки буде змінюватися залежно від видів і кількості наповнювачів, пластифікаторів і сировини, що використовується в гумі.
• Процедура формування: характеристики усадки залежать від використовуваного типу формування, наприклад лиття під тиском або пресування.
• Умови формування: швидкість усадки значною мірою залежить від вибору параметрів процесу, включаючи температуру, тиск і час витримки.
• Постобробка: на кінцеву швидкість усадки також впливатимуть наступні етапи процесу, такі як виймання з форми, охолодження та термічна обробка.

2. Вплив формульних факторів на швидкість усадки

2.1 Вплив різних типів гуми на швидкість усадки

2.1.1 Натуральний каучук, бутадієновий каучук, хлоропреновий каучук тощо.

Одним з ключових елементів, що впливають на швидкість усадки, є тип гуми. Поведінка усадки різних типів каучуку різна через варіації в їхній молекулярній структурі, полярності, щільності зшивання та інших властивостях.

• Оскільки натуральний каучук (NR) має довший молекулярний ланцюг і нижчу щільність зшивання (зазвичай від 10 до 15 відсотків), він скорочується швидше.
• Мономер стиролу додається до бутадієнового каучуку (SBR), що призводить до підвищення молекулярної полярності, більшої щільності зшивання та зниження швидкості усадки (зазвичай 5–10%) порівняно з натуральним каучуком.
• Хлоропреновий каучук (CR) характеризується наявністю атомів хлору, більшою щільністю зшивання, сильнішою молекулярною полярністю та меншою швидкістю усадки (часто 3-8%).
• Інші, включаючи нітрильний каучук (NBR) і етилен-пропіленовий каучук (EPDM), мають чіткі властивості усадки через їх різноманітні молекулярні полярності та структури, які вимагають додаткових досліджень.

2.2 Вплив вмісту наповнювача на усадку

2.2.1 Неорганічні наповнювачі проти органічних наповнювачів

На швидкість усадки гумових виробів також істотно впливає вид і кількість використовуваних наповнювачів. Як правило, їх поділяють на дві групи: неорганічні та органічні наповнювачі.

• Найпоширеніші типи неорганічних наповнювачів включають тальк, доломітовий порошок, білу сажу та сажу. Оскільки вони є більш жорсткими та мають вищий модуль, цей вид наповнювача зазвичай може обмежувати ступінь усадки гумової матриці.
• Оскільки органічні наповнювачі, такі як целюлоза та деревний порошок, дають усадку більше, ніж інші наповнювачі, додавання їх у великій кількості може призвести до збільшення загальної усадки.

2.2.2 Зв'язок між вмістом наповнювача та усадкою

Взагалі кажучи, гумовий виріб буде менше усаджуватися, чим більше буде наповнювача. Це пов'язано з тим, що жорсткі наповнювачі можуть перешкоджати деформації гумової матриці внаслідок усадки.

З іншого боку, надмірний вміст наповнювача погіршить механічні властивості та здатність до формування. Як наслідок, дуже важливо оптимізувати та збалансувати контроль усадки з іншими потребами продуктивності.

Контроль вмісту наповнювача між 30 і 50 відсотками часто є мудрим рішенням, оскільки це може успішно мінімізувати усадку без надмірного впливу на інші робочі параметри. Необхідно фільтрувати та змінювати тип і вміст наповнювача відповідно до конкретних потреб продукту.

2.3 Вплив інших добавок

2.3.1 пом'якшувач, стабілізатор, барвник тощо.

Пом'якшувач:

За допомогою пластифікатора гума може подовжуватися і ставати більш пластичною, але усадка також збільшиться. Загалом, усадка збільшується зі збільшенням концентрації пластифікатора.

Стабілізатор:

Підвищуючи щільність зшивання каучуку, можна додавати такі стабілізатори, як антиоксиданти та антиозонанти, щоб зменшити усадку. Тим не менш, окрихкість також може бути результатом надмірного додавання.

Добавка:

За винятком випадків, коли кількість додавання є дуже високою, введення барвників, таких як пігмент і барвник, зазвичай не має помітного впливу на усадку.

інші:

Невелика кількість вулканізуючого агента, прискорювача вулканізації, піноутворювача тощо також може мати певний вплив на усадку.

3. Вплив технологічних факторів на усадку

3.1 Вплив умов змішування на усадку

3.1.1 Швидкість, температура, час тощо.

Швидкість змішування:

Занадто висока швидкість розриває молекулярний ланцюг каучуку, знижуючи молекулярну масу та збільшуючи усадку. Часто бажано регулювати його між 30 і 60 об/хв.

Температура змішування:

Будь-яка надто висока температура може прискорити термічний знос молекул каучуку та спричинити подальше усадження. Температура змішування зазвичай підтримується між 110 і 160 градусами.

Час, витрачений на змішування:

Надмірно тривалий період змішування може спричинити усадку та додаткове зниження молекулярної маси. Однак занадто малий час перешкоджає повному розсіюванню наповнювачів. Часто достатньо контролювати його протягом трьох-десяти хвилин.

Порядок змішування:

Щоб мінімізувати усадку і запобігти злипання наповнювача, бажано спочатку наносити тверді наповнювачі, а потім м’яку гуму.

3.2 Вплив умов вулканізації на усадку

3.2.2 Температура вулканізації, час, тиск тощо.

Температура вулканізації:

Надмірно висока температура може прискорити зшивання гумових ланцюгів і термічне пошкодження, що призведе до збільшення усадки. Регулярно бажано підтримувати її між 150 і 180 градусами.

Час вулканізації:

Надмірна кількість часу може прискорити усадку та стимулювати реакцію зшивання. Однак вулканізація не досягається повністю за надто короткий період. Зазвичай протягом 10-30 хвилин.

Тиск під час вулканізації:

Об'єм гуми буде стискатися від надмірного тиску, що прискорить усадку. Доцільно підтримувати тиск між 5 і 15 МПа.

3.3 Вплив процесу формування на усадку

3.3.1 Лиття під тиском проти екструзії

Процедури швидкого вприскування та охолодження під час лиття під тиском призведуть до більшої усадки. Екструзійне формування дає усадку менш швидко і порівняно мляво.

3.3.2 Швидкість охолодження

Швидкість усадки збільшується зі швидкістю охолодження. Тому контроль швидкості охолодження є важливим для запобігання переохолодженню.

4. Вплив факторів зовнішнього середовища на усадку

4.1 Вплив температури на усадку

Коефіцієнт теплового розширення каучуку зростатиме з температурою, прискорюючи швидкість усадки.

Молекулярні ланцюги каучуку також зазнають зшивання та термічного руйнування при високих температурах, що посилить усадку.

Каучуки різного складу також чутливі до температури. Деякі типи гуми більш сприйнятливі до коливань температури.

Щоб звести до мінімуму усадку, слід уникати високих температур, коли це можливо для використання та зберігання гумових виробів. Для важливих компонентів можна використовувати пасивні або активні методи керування температурою.

4.2 Вплив вологості на усадку

Взагалі кажучи, вологість мало впливає на усадку гуми. З іншого боку, поглинання вологи спричинить розширення деяких гумових виробів, що містять абсорбуючі наповнювачі, збільшення загального об’єму та зменшення усадки.

Гума легко вбирає вологу і розм’якшується в умовах високої вологості, що може призвести до нестабільності розмірів виробу. Пересушування також може вплинути на усадку та призвести до крихкості гуми.

Таким чином, під час використання та зберігання гумових виробів важливо підтримувати належну вологість у середовищі, як правило, від 40 до 70 відсотків відносної вологості. При необхідності можна використовувати засоби захисту від вологи.

5. Комплексна оптимізація та контроль

5.1 Оптимізація рецептурних факторів

1. Вибирайте гумову сировину з невеликою усадкою, наприклад силікон або нітрильний каучук.
2. Щоб зменшити усадку, обґрунтовано об’єднайте різні наповнювачі, наприклад тальк, білу сажу та сажу.
3. Додайте певні речовини, що контролюють усадку, такі як поліетилен, низькомолекулярний поліпропілен тощо.
4. Покращте систему зшивання шляхом додавання корисних хімічних речовин, зміни вмісту сірки тощо.

5.2 Оптимізація параметрів процесу

• Регулюйте темп, час і температуру змішування, щоб запобігти надмірному розкладанню.
• Щоб регулювати рівень зшивання, регулюйте параметри температури, часу та тиску вулканізації.
• Виберіть відповідну техніку формування, таку як екструзія чи лиття під тиском, і регулюйте швидкість охолодження.
• Моніторинг і коригування параметрів процесу в режимі реального часу слід здійснювати в поєднанні з онлайн-виявленням та іншими методами.

5.3 Контроль умов навколишнього середовища

1. Тримайтеся подалі від гарячого середовища та, якщо необхідно, вживайте відповідних заходів для контролю температури.
2. Необхідно підтримувати помірний діапазон вологості, щоб уникнути пересушування або поглинання вологи.
3. Для важливих компонентів можна використовувати допоміжні заходи, такі як вологостійкість і теплоізоляція.