制品生产的最zui hou后一道工序就是硫化 , 在这一工艺过程中橡胶制品的宏观特征 、微观 结构都发生了变化 , 从而获得制品要求的物理机械性能和相应的使用性能 。例如 , 轮胎制品 必须经过胎坯的正确硫化才能最终得到合格的轮胎 , 总之绝大部分的橡胶制品必须经过硫化 工序才能最终变为合格产品 。 当然 , 也有极少数橡胶制品不需要化 , 如橡胶腻子等 。制品的硫化过程是在一定的温度 、时间和压力条件下发生和完成的 , 这些条件称为硫化 条件或硫化三要素 。
一 、硫化的意义
1. 理论正硫化
这是指交联程度达到最zui gao高的硫化状态 , 通常是通过硫化仪进行测试 , 这时相对应的硫化 胶的剪切模量最zui da大 , 硫化胶的综合物理机械性能指标也都达到比较高的水平 , 其中定伸应 力 、硬度与交联密度的变化是一致的 。
2. 工艺正硫化
指达到最zui da大交联密度 90%时的硫化程度 , 此时考虑到试片或制品在离开硫化热源后存 在一定量的余热 , 可完成剩余的交联 。对应的硫化时间用 t90 表示 , 对于形状较简单的厚度 在 6mm 以下的制品其硫化时间可选用 t90 。
3. 工程正硫化
工程正硫化是对制品硫化而言的 , 它是以理论正硫化为根据的 , 达到工程正硫化时 , 制 品的实际硫化程度要在胶料试片硫化仪测定正硫化平坦区内的硫化效应范围内 , 这样制品的性能才能达到相应胶料正硫化时的性能 , 应该可以满足制品的使用性能所达到的硫化程度 , 就可以认为达到了工程正硫化 。
实际生产的制品往往有 一 定的厚度 , 由于厚度的存在造成硫化时热传导需要 一 定 的 时 间 , 在厚度方向上的各部位的硫化效应并不相同 , 硫化出模后 , 内部的温度仍然较高 , 制品 还存在后硫化问题 。为达到制品的使用性能 , 必须使该胶料的硫化平坦期足够长 , 以保证内 部达到正硫化的同时接近热源的部分不至于过硫 。厚度在 6mm 以下的制品可以忽略热传导 问题 。厚度过厚的制品有时采取内部 、外部配方的硫化速度不同来控制各部位胶料的硫化效 应 , 尽量使各部位胶料在同一 时刻达到制品使用性能要求 。另外 , 还要考虑制品的骨架对硫 化时热传导的影响 , 骨架材料的加入 , 改变了制品硫化时的热导率 , 应重新考虑硫化时的热 传导规律 , 使其在硫化时间内各部位胶料硫化效应都在胶料实测最zui da大正硫化时间和最小正硫 化时间范围内 。也就是说工程中确定制品的正硫化程度 , 要综合考虑平衡各部件各部位的性 能 。 由此可以看出理论正硫化不仅对研究硫化胶的硫化性能有科学性和指导意义 , 而且是确 定工程正硫化的依据 。工程正硫化的正确确定更具有指导生产的实际意义和经济意义 。
本章将讨论硫化条件的制定及硫化工艺的实施方法 、技术要求和常见硫化的后处理和不 同制品常见硫化质量问题的出现原因及处理方法 。
二 、正硫化的测定方法
目前测定胶料硫化程度的方法 一 般分三大类 : 即物理-化学法 、物理机械性能法 、专用 仪器法 。这些方法从不同角度对胶料的硫化程度进行测定 。
1. 物理-化学法
(1) 游离硫测定法
通过对不同硫化时间的硫化试片中游离硫量的测定 , 可作出游离硫量与对应时 间 的 曲 线 , 游离硫量最少时对应的时间即为理论正硫化时间 , 因为这时游离硫以外的硫黄都应该参 与橡胶的交联 , 交联密度达到了最zui da大值 。但该法不适用于非硫黄硫化体系胶料 。
(2) 溶胀法
测定不同硫化 时 间 胶 料 的 平 衡 溶 胀 率 , 平 衡 溶 胀 率 最 低 值 对 应 的 硫 化 时 间 为 正 硫 化 时间 。
2. 物理机械性能法
各项物理机械性能的变化与交联程度有密切关系 , 低伸长下定伸应力与交联密度成正比 关系 , 与硬度成正向关系 , 与拉断强度 、撕裂强度等力学性能成峰值关系 , 制品的使用往往 取决于性能 , 所以早期没有硫化仪时 , 人们多用物理机械性能测定胶料的硫化程度 , 故该法 可以认为是早期测定方法的延续 。虽然对于不同的制品可能要求不同的关键物理机械性能 , 可选最zui you优物理机械性能对应的时间作为正硫化时间 , 现分述如下 。(1) 拉伸强度法
一般采用拉伸强度的最zui da大值或曲线平坦区起始点对应的时间作为正硫化时间 。
(2) 压缩永yong jiu久变形法
测定不同硫化时间胶料的压缩永yong jiu久变形值 , 在硫化过程中 , 胶料交联密度逐渐上升 , 热 塑性不断下降 , 硫化胶压缩后的弹性恢复性逐渐增加 , 压缩永yong jiu久变形逐渐减小 。压缩永yong jiu久变 形-时间曲线的转折点或拐点对应的时间即为正硫化点对应时间 。
(3) 综合物理机械性能测试法
分别测定拉伸强度 (T) 、硬度 (H) 、压缩永yong jiu久变形 (S) 、定伸应力 (M) 最zui jia佳值时所对应的硫化时间 , 按下式加权平均作为工程正硫化时间 。