確定標(biāo)準(zhǔn)試片硫化時(shí)間與溫度

1、情境一情境一 確定標(biāo)準(zhǔn)試片的硫化方案確定標(biāo)準(zhǔn)試片的硫化方案任務(wù)二任務(wù)二 確定標(biāo)準(zhǔn)試片的硫化溫度確定標(biāo)準(zhǔn)試片的硫化溫度授課教師：張馨授課教師：張馨高分子材料應(yīng)用技術(shù)教研室高分子材料應(yīng)用技術(shù)教研室完成主要工作任務(wù)：任務(wù)一、分析影響標(biāo)準(zhǔn)試片硫化的因素任務(wù)二、確定標(biāo)準(zhǔn)試片的硫化時(shí)間涉及主要內(nèi)容：硫化概念、實(shí)質(zhì)、作用；影響標(biāo)準(zhǔn)試片硫化因素；硫化時(shí)間的確定方法等；復(fù)習(xí)回顧1、理論正硫化時(shí)間的確定是以膠料交聯(lián)密度達(dá)到最大為依據(jù)的。（ ）2、硫化三要素是指（ ）、（ ）和（ ）；3、下列測(cè)定方法能測(cè)得理論正硫化時(shí)間的是（ ）；A、游離硫法 B、溶脹法 C、門(mén)尼粘度法 D、300%定伸應(yīng)力法4、門(mén)尼粘度儀測(cè)定T

2、5為1min，T35為2.5min，則正硫化時(shí)間為（ ）min。5、硫化標(biāo)準(zhǔn)試片時(shí)時(shí)間為5min，則硫化成品（厚度為11mm）的需用時(shí)間為（ ）min；6、如何從硫化儀測(cè)定的硫化曲線中手動(dòng)計(jì)算出t10、t90。7、指出圖中A、A1、A2，B，C，D所表示含義。操作焦燒時(shí)間：橡膠在加工過(guò)程中由于熱積累消耗掉的焦燒時(shí)間A1。剩余焦燒時(shí)間：膠料在模腔中保持流動(dòng)性的時(shí)間A2。課前測(cè)驗(yàn)?zāi)称髽I(yè)研發(fā)部分別以NR、SBR、EPDM為基體材料進(jìn)行了相關(guān)制品的配方設(shè)計(jì)，現(xiàn)為了測(cè)試性能，需要硫化出標(biāo)準(zhǔn)試樣片。分組討論并制定出標(biāo)準(zhǔn)樣片的硫化方案。任務(wù)布置-下達(dá)任務(wù)書(shū)任務(wù)布置及解析任務(wù)布置及解析完成工作完成工作任務(wù)任務(wù)

3、二二、確定標(biāo)準(zhǔn)試樣的硫化溫度確定標(biāo)準(zhǔn)試樣的硫化溫度任務(wù)解析：任務(wù)解析：1 1、確定各標(biāo)準(zhǔn)試片的硫化溫度；、確定各標(biāo)準(zhǔn)試片的硫化溫度；涉及：影響硫化溫度設(shè)定的因素；涉及：影響硫化溫度設(shè)定的因素；2 2、分析硫化溫度與時(shí)間的關(guān)系；、分析硫化溫度與時(shí)間的關(guān)系；涉及：硫化溫度與時(shí)間間的相互調(diào)整；涉及：硫化溫度與時(shí)間間的相互調(diào)整；教學(xué)目標(biāo)達(dá)到目標(biāo)達(dá)到目標(biāo)能力能力目標(biāo)目標(biāo)能能根據(jù)硫化溫度與時(shí)間之間關(guān)系進(jìn)行相互間的調(diào)整根據(jù)硫化溫度與時(shí)間之間關(guān)系進(jìn)行相互間的調(diào)整；知識(shí)目標(biāo)了解常用生膠所采用的硫化溫度；理解硫化時(shí)間與溫度之間的關(guān)系；掌握影響硫化溫度設(shè)定的因素；素質(zhì)目標(biāo)像配方各組分一樣“各司其職”、“協(xié)作配合”；

4、某企業(yè)研發(fā)部分別以NR、SBR、EPDM為基體材料進(jìn)行了相關(guān)制品的配方設(shè)計(jì)，現(xiàn)為了測(cè)試性能，需要硫化出標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試試樣。分組討論并初步設(shè)定各標(biāo)準(zhǔn)樣片的硫化溫度。A、設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)試樣片的硫化溫度完成內(nèi)容涉及：完成內(nèi)容涉及：（1 1）分析影響硫化溫度設(shè)定的因素；）分析影響硫化溫度設(shè)定的因素；（2 2）基于分析和具體類(lèi)型，確定硫化溫度；）基于分析和具體類(lèi)型，確定硫化溫度；討論總結(jié)1、溫度的重要性橡膠發(fā)生，直接和、硫速快、效率高、；，硫速慢，效率低，啟發(fā)：若要制得強(qiáng)度較高的制品，該如何設(shè)置硫化溫度？討論總結(jié)2、設(shè)定溫度需考慮的方面： 制品的類(lèi)型為保證多部件制品及厚壁制品的均勻硫化，配方設(shè)計(jì)時(shí)需硫化溫度上也應(yīng)或

5、采取的方法；對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的薄壁制品，硫化溫度可高一些。通常，橡膠是一種，硫化過(guò)程中，膠料受熱升溫慢，尤其難以使厚制品膠料內(nèi)外溫度均勻一致，而造成制品內(nèi)部處于欠硫或恰好正硫時(shí)，表面已經(jīng)過(guò)硫，且硫化溫度越高，過(guò)硫程度越大。 制品的類(lèi)型在軟質(zhì)膠中，硫黃用量少、熱效應(yīng)較小，對(duì)硫化影響不大；在硫用量很高的熱效應(yīng)較大，又因橡膠導(dǎo)熱性差而難以使大量的生成熱傳遞擴(kuò)散，造成體系內(nèi)部生熱高，從而發(fā)生助劑揮發(fā)、橡膠裂解等現(xiàn)象，使制品產(chǎn)生所以硬質(zhì)橡膠一般都采用以減緩反應(yīng)熱的生成速度，從而保證硫化工藝的安全、順利進(jìn)行。生膠與硫黃的化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)過(guò)程；實(shí)驗(yàn)表明，184下硫化時(shí)，含4份硫磺的膠料其反應(yīng)熱為41.87J

6、g；這種生成熱隨結(jié)合硫黃的增加而增大，當(dāng)硫黃用量為32份時(shí)，可生成1851J/g的熱量。 制品的類(lèi)型對(duì)于橡膠空心及海綿制品，應(yīng)考慮到硫化的同時(shí)，還伴隨有反應(yīng)。不同的發(fā)泡體系有不同的適宜發(fā)泡溫度，要求硫化溫度與發(fā)泡溫度相適應(yīng)(以硫化溫度稍高于發(fā)泡劑分解溫度為宜)，否則將導(dǎo)致發(fā)泡反應(yīng)不能順利進(jìn)行，海綿起發(fā)率過(guò)低或過(guò)高。含的復(fù)合部件；紡織纖維-耐熱性能較差，溫度過(guò)高發(fā)硬發(fā)脆，斷鏈破壞；凡含紡織纖維材料復(fù)合部件的制品及膠布制品，硫化溫度都不應(yīng)高于130140。 膠種橡膠為有機(jī)高分子材料，高溫易引起橡膠分子鏈的裂解破壞，乃至發(fā)生交聯(lián)鍵的斷裂，即硫化返原現(xiàn)象，而導(dǎo)致硫化膠的強(qiáng)伸性能下降，其中NR和CR最為

7、顯著。綜合考慮橡膠的耐熱性和硫化返原現(xiàn)象，各種橡膠的適宜硫化溫度范圍一般為：NR最好在143以下，最高不能超過(guò)160，否則硫化返原現(xiàn)象會(huì)十分嚴(yán)重；BR、IR和CR最好在151以下，最高不能超過(guò)170；SBR、NBR可采用150以上，最高不超過(guò)190；IIR和EPDM可采用160180、最高不超過(guò)200；Q和FPM可采用200、220高溫長(zhǎng)時(shí)間二次硫化。 硫化體系通常，CV硫化體系溫度大體在130158C左右；EV、SEV硫化體系的硫化溫度一般掌握在160165左右；過(guò)氧化物及樹(shù)脂等非硫硫化體系的硫化溫度以170180左右為宜。當(dāng)促進(jìn)劑的活性溫度較低或制品要求高強(qiáng)伸性、較低的定伸應(yīng)力和硬度時(shí)，硫

8、化溫度可低些(有利生成較高比例的多硫交聯(lián)鍵)；當(dāng)促進(jìn)劑的活性溫度較高或制品要求高定伸應(yīng)力和硬度，低伸長(zhǎng)率時(shí)，硫化溫度宜高些(有利生成較高比例的低硫交聯(lián)鍵)。 其他因素除上述討論的主要影響因素外，有時(shí)還有一些特殊情況如：采用方法時(shí)，其硫化溫度必須在金屬鹽的熔點(diǎn)(142)以上，而金屬鹽的沸點(diǎn)(500)，則限制硫化溫度的最高選擇界限；如：配方中含有某些時(shí)，則硫化溫度要低于這些配合劑的沸點(diǎn)，否則，將會(huì)造成配合劑的氣化逸出使制品起鼓或呈海綿狀；1.如：對(duì)的制品，硫化溫度必須高于所用樹(shù)脂的軟化點(diǎn)，以使并用膠料在硫化溫度下具有良好的流動(dòng)性和充模性，從而獲得符合結(jié)構(gòu)需求和外觀輪廓清晰、飽滿(mǎn)的模制品。思考：過(guò)高

9、提高硫化溫度造成影響？引起橡膠分子鏈的裂解和發(fā)生硫化返原現(xiàn)象（尤其引起橡膠分子鏈的裂解和發(fā)生硫化返原現(xiàn)象（尤其是是NRNR），導(dǎo)致物理機(jī)械性能下降；），導(dǎo)致物理機(jī)械性能下降；會(huì)使橡膠制品中的紡織物強(qiáng)度降低，影響制品的綜會(huì)使橡膠制品中的紡織物強(qiáng)度降低，影響制品的綜合性能；合性能；導(dǎo)致膠料的焦燒時(shí)間縮短，減少了流動(dòng)充模時(shí)間，導(dǎo)致膠料的焦燒時(shí)間縮短，減少了流動(dòng)充模時(shí)間，易造成制品局部缺膠；易造成制品局部缺膠；增加厚制品內(nèi)外溫差，硫化程度不一致。增加厚制品內(nèi)外溫差，硫化程度不一致。對(duì)于NR、SBR、EPDM標(biāo)準(zhǔn)試樣適宜的硫化溫度分別為：NR143；SBR160；EPDM170。討論總結(jié)啟發(fā)：（1）試樣

10、150下硫化時(shí)間為10min，那么160下硫化時(shí)間為多少？等效硫化時(shí)間等效硫化時(shí)間（2）試樣硫化溫度為170，能否通過(guò)逐步升溫方法達(dá)到相同的硫化程度？等硫化程度等硫化程度（3）對(duì)于某一個(gè)硫化條件，如何判斷是否達(dá)到了正硫化？討論總結(jié)-硫化溫度與時(shí)間關(guān)系討論總結(jié)（1）通過(guò)范特霍夫方程計(jì)算等效硫化時(shí)間等效硫化時(shí)間是指在不同的硫化溫度下，經(jīng)硫化獲得相同的硫化程度所需要的時(shí)間。硫化溫度和硫化時(shí)間的關(guān)系可用下式表示：式中 1溫度為t1的正硫化時(shí)間，min； 2溫度為t2的正硫化時(shí)間，min； K硫化溫度系數(shù)。硫化溫度系數(shù)的意義是，橡膠在特定的硫化溫度下獲得一定性能的硫化時(shí)間與溫度相差10時(shí)獲得同樣性能所需

11、的硫化時(shí)間之比。通常K值在1.82.5之間變化。10/ )(2112/ttK同種膠料，可在不同的硫化溫度下硫化，但必須達(dá)到相同的硫化程度。衡量膠料硫化程度深淺的尺度硫化效應(yīng)E。它等于硫化強(qiáng)度與硫化時(shí)間的乘積；E=I I-硫化強(qiáng)度；-硫化時(shí)間，min。討論總結(jié)I-硫化強(qiáng)度；指膠料在一定的溫度下，單位時(shí)間所達(dá)到的硫化程度或膠料在一定溫度下的硫化速度；取決于膠料的硫化溫度系數(shù)和硫化溫度；討論總結(jié)10100tKI某膠料的硫化溫度系數(shù)為2.17，當(dāng)141時(shí)正硫化時(shí)間為68min，求135下的硫化時(shí)間。解：設(shè)硫化溫度為141時(shí)的硫化效應(yīng)為E1硫化溫度為135時(shí)的硫化效應(yīng)為E2令E1=E2典型案例1分析：2

12、101001101001ttKK2101001351010014017. 26817. 22 .1086817. 217. 26817. 26 . 05 . 31 . 42（min）某制品原硫化條件為14060min，在140下硫化20min后，因氣壓不足，溫度只能達(dá)到130，問(wèn)硫化時(shí)間應(yīng)如何調(diào)整?(K=2)典型案例2分析：一膠軸制品，正硫化條件為140240min，因一次硫化易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，故改為逐步升溫硫化。第一段為120120min，第二段為130120min，第三段達(dá)到140，問(wèn)需要多長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到原有的硫化程度?(K=2)典型案例3分析：例例4:某制品的膠料試片的硫化平坦范圍為130

13、20120min，若成品的硫化條件為15010min，是否合理？（K=2）典型案例4分析：討論總結(jié)-厚制品硫化條件的確定a.硫化效應(yīng)法為了計(jì)算各層的硫化效應(yīng)，首先必須知道各層的溫度。各層的溫度一般可以用熱電偶測(cè)得，也可用熱傳導(dǎo)方法求得。硫化效應(yīng)E用積分式表示，也可化為近似式計(jì)算，即E=（I0+In）/2+I1+I2+In-1）式中 測(cè)溫的間隔時(shí)間（一般為5min）； I0硫化開(kāi)始溫度為t0的硫化強(qiáng)度；I1第一個(gè)間隔時(shí)間溫度t1的硫化強(qiáng)度；In最后一個(gè)間隔時(shí)間溫度tn的硫化強(qiáng)度。例：用熱電偶測(cè)得的某制品硫化時(shí)的內(nèi)層溫度數(shù)據(jù)如下表所示，令K=2，求硫化50min時(shí)的硫化效應(yīng)E50？ 解：=5min

14、；I0=0.0078；I1=0.0156；In=16E=5（0.0078+16）/2+0.0156+）=333.38如厚制品的硫化效應(yīng)是處于試片的最大和最小硫化效應(yīng)之間，說(shuō)明制品的硫化條件是合適的，否則要重新調(diào)整，直至合適為止。b.等效硫化時(shí)間法等效硫化時(shí)間也可用來(lái)確定厚制品的正硫化時(shí)間，即將制品的硫化效應(yīng)換算為膠料試片的等效硫化時(shí)間E=E/It式中 E試片的等效硫化時(shí)間； E制品的硫化效應(yīng)； It試片在t溫度的硫化強(qiáng)度。例：外胎的緩沖層，其膠料的硫化溫度系數(shù)為2，在試驗(yàn)室143溫度下，測(cè)出正硫化時(shí)間為24min，平坦范圍在2080min，在實(shí)際生產(chǎn)中硫化70min，并測(cè)出溫度變化。求緩沖層的等效硫化時(shí)間，并判斷是否正硫化？解：設(shè)T1 = 143，t1 = 20min時(shí)的硫化效應(yīng)為E??；T2 = 143，t2