ولکانیزاسیون توضیح داده شده: تعریف، شیمی، فرآیند، تجهیزات و پارامترها

ولکانیزاسیون چیست؟ یک پاسخ مستقیم

ولکانیزاسیون فرآیند شیمیایی است که لاستیک خام چسبنده و روان را با ایجاد پیوندهای عرضی بین زنجیره های پلیمری به محصولی قوی، الاستیک و بادوام تبدیل می کند. برای اکثر الاستومرهای همه منظوره، گوگرد عامل اتصال عرضی است و واکنش توسط گرما، زمان و فشار انجام می شود . این فرآیند برگشت ناپذیر است: هنگامی که لاستیک ولکانیزه می شود، نمی توان آن را ذوب کرد یا تغییر شکل داد.

این کشف به چارلز گودیر در سال 1839 نسبت داده می شود، زمانی که او به طور تصادفی لاستیک طبیعی آغشته به گوگرد را روی یک اجاق گاز داغ انداخت و متوجه شد که این ماده بدون اینکه دوباره چسبناک شود، سفت شده است. این مشاهدات صنعت لاستیک مدرن را ایجاد کرد. امروزه، هر محصول لاستیکی، از حلقه های O و شیلنگ گرفته تا زیره کفش و تسمه نقاله، قبل از اینکه بتواند عملکرد خود را انجام دهد، از مرحله ولکانیزاسیون عبور می کند.

حقایق کلیدی که باید در نظر داشت:

• دوز گوگرد برای کالاهای قالب گیری انعطاف پذیر معمولاً 1.0-3.5 phr (قسمت در هر صد لاستیک) است.
• لاستیک طبیعی ولکانیزه شده به استحکام کششی 20-30 مگاپاسکال در ترکیبات صمغی و بالاتر با پرکننده های تقویت کننده می رسد.
• دمای پخت بسته به پلیمر و سیستم پخت از 140 تا 200 درجه سانتیگراد متغیر است.
• قطعه ای که به درستی ولکانیزه شده است، پس از تغییر شکل، شکل اولیه خود را بازیابی می کند و با گرم شدن دیگر نرم نمی شود.

شیمی پشت ولکانیزاسیون

چگونه گوگرد زنجیره های لاستیکی را به هم متصل می کند

لاستیک طبیعی و سایر پلیمرهای دی ان حاوی پیوندهای دوگانه در ستون فقرات خود هستند. در دمای پخت، این پیوندها باز می شوند و با گوگرد واکنش می دهند تا پل های گوگردی را بین زنجیره های همسایه تشکیل دهند. پل ها، اعم از مونو سولفید، دی سولفید یا پلی سولفید، زنجیره ها را در یک شبکه سه بعدی قفل می کنند. قبل از ولکانیزاسیون، زنجیرها تحت فشار از کنار یکدیگر می لغزند. پس از ولکانیزاسیون، شبکه کشیده شده و به صورت الاستیک باز می گردد. تعداد پل ها که به عنوان چگالی اتصال متقابل شناخته می شود، سختی، مدول و انعطاف پذیری قطعه نهایی را تعیین می کند.

شتاب‌دهنده‌ها و فعال‌کننده‌ها درمان را عملی می‌کنند

گوگرد به تنهایی به قدری آهسته واکنش نشان می دهد که حرارت مستقیم نتایج ناهمواری به همراه دارد. ترکیبات عملی به شتاب دهنده ها (تیازول ها، سولفن آمیدها، تیورام ها، دی تیوکاربامات ها) و فعال کننده هایی مانند اکسید روی و اسید استئاریک برای تسریع و کنترل واکنش متکی هستند. یک بسته درمانی همه منظوره نماینده حاوی 1.5-2.5 phr گوگرد، شتاب دهنده phr 0.5-1.5، اکسید روی 3.0-5.0 phr و اسید استئاریک 1.0-2.0 phr است. نسبت شتاب دهنده به گوگرد نوع اتصال متقابل را تعیین می کند: سیستم های با گوگرد زیاد و کم شتاب دهنده پیوندهای پلی سولفیدی انعطاف پذیر با عمر خستگی عالی را تشکیل می دهند، در حالی که سیستم های کم سولفور و شتاب دهنده بالا (EV) پیوندهای تک سولفیدی پایدار در برابر حرارت را با مجموعه فشرده سازی کمتر تشکیل می دهند.

بسیاری از گیاهان دوز را ساده می کنند و با خرید از خطاهای وزن جلوگیری می کنند بسته های شتاب دهنده گوگرد از پیش مخلوط شده از یک تامین کننده ترکیب پراکندگی مداوم بسته درمان به طور مستقیم قوام درمان را از دسته ای به دسته دیگر بهبود می بخشد.

شتاب دهنده های گوگردی سفارشی تولید کنندگان، تامین کنندگان شتاب دهنده گوگردی به یک شتاب دهنده ولکانیزاسیون لاستیکی اشاره دارد. در طی فرآوری لاستیک، گوگرد خود به آرامی با لاستیک واکنش نشان می دهد. مشاهده محصول →

چگونه ولکانیزاسیون خواص لاستیک را تغییر می دهد

لاستیک خام در مقابل لاستیک ولکانیزه

تفاوت چشمگیر است. لاستیک طبیعی خام چسبنده است، هنگام گرم شدن نرم می شود، در هوای سرد سفت می شود و ترک می خورد و به طور دائم تحت بار ثابت جریان دارد. لاستیک ولکانیزه شده از حدود -40 تا 100 درجه سانتیگراد برای لاستیک طبیعی الاستیک می ماند، در برابر روغن ها و حلال ها مقاومت بسیار بهتری دارد و پس از تغییر شکل مکرر به شکل اولیه خود باز می گردد. تغییر در استحکام کششی به تنهایی یک بهبود پنج تا ده برابری در اکثر ترکیبات است.

چرا چگالی اتصال متقابل عامل تعیین کننده است؟

اتصالات عرضی بسیار کم است و قطعه مانند یک محصول ضعیف و ضعیف عمل می کند. خیلی زیاد است و شبکه آنقدر سفت می شود که لاستیک به جای کشیده شدن می شکند. طراحی ترکیبی موثر، چگالی اتصال متقابل را هدف قرار می‌دهد که با کاربرد مطابقت دارد: پایه‌های ضد لرزش به تعادل متفاوتی نسبت به تیغه اسکاجی نیاز دارند و هر دو با غلتک چاپ متفاوت هستند. درک کردن خواص مشخصه مواد لاستیکی درک اینکه چرا سطح درمان با دقت برای هر برنامه تنظیم شده است را آسان تر می کند.

مقایسه سیستم های پخت

همه ولکانیزاسیون ها از یک شیمی استفاده نمی کنند. نیازهای مکانیکی و حرارتی قسمت نهایی تعیین می کند که کدام سیستم انتخاب شود.

نحوه انتخاب یک سیستم درمانی

محصولات لاستیکی طبیعی و SBR که برای بارگذاری دینامیکی طراحی شده اند، مانند لاستیک ها، پایه ها و کمک فنرها، معمولاً از سیستم های معمولی یا نیمه برقی برای مقاومت در برابر خستگی استفاده می کنند. کاربردهای مقاوم در برابر حرارت مانند آب بندی محفظه موتور به نفع سیستم های EV یا پراکسید است. EPDM و سیلیکون پخته شده با پراکسید کمترین مجموعه فشرده سازی را ارائه می دهند، اما نوع پراکسید باید با تاریخچه حرارتی پلیمر و ضخامت دیواره قطعه مطابقت داشته باشد.

تجهیزات و روش های ولکانیزاسیون صنعتی

قالب گیری فشاری در پرس های گرم

اسب کار برای کالاهای قالب گیری پرس هیدرولیک ولکانیزه است. یک اپراتور یک قطعه از پیش ساخته شده را در قالب گرم شده قرار می دهد، پرس را می بندد و فشار را برای زمان پخت مورد نیاز نگه می دارد. دمای صفحه 150-180 درجه سانتیگراد و فشار گیره 15-25 مگاپاسکال معمول است. پرس های خلاء با تخلیه حفره قبل از بستن کامل، جلوگیری از گیر افتادن هوا، تاول ها و گوشه های پر نشده در قسمت های پیچیده، این کار را یک قدم جلوتر می برند.

برای قطعات فنی با تراکم و سطح مورد نیاز، الف دستگاه ولکانیزه پرس گرم خلاء انتخاب تولید ارجح است. حذف هوا قبل از پخت به ویژه برای مقاطع ضخیم و ترکیبات با سختی بالا بسیار ارزشمند است.

تولید کنندگان، تامین کنندگان دستگاه پرس گرم خلاء سفارشی این دستگاه یک دستگاه ولکانیزه برای انواع محصولات لاستیکی و پلاستیکی می باشد. دارای عملکرد قفل قالب زمان بندی، پیش خودکار ... مشاهده محصول →

قالب گیری تزریقی برای قطعات دقیق با حجم بالا

قالب‌گیری تزریقی، لاستیک را در یک واحد پیچ پلاستیکی می‌کند و آن را به یک قالب بسته و گرم شده تزریق می‌کند، جایی که عمل آوری انجام می‌شود. زمان چرخه کوتاه‌تر از قالب‌گیری فشاری است، زیرا این ترکیب به حفره‌ای می‌رسد که قبلاً گرم شده است. حلقه های O، مهر و موم اتصالات و واشرهای دقیق کوچک معمولاً از این طریق تولید می شوند. این مبادله هزینه ابزارآلات و ماشین آلات بالاتر است، بنابراین قالب‌گیری تزریقی زمانی جواب می‌دهد که حجم تولید به اندازه کافی بزرگ باشد که سرمایه‌گذاری را مستهلک کند.

اتوکلاو و پرس تسمه ای برای محصولات با مساحت بزرگ

غلتک ها، مخازن با روکش لاستیکی، اتصالات کابل و تسمه نقاله نمی توانند در داخل یک پرس استاندارد قرار بگیرند. این محصولات در اتوکلاوها تحت فشار بخار یا هوای داغ و یا بر روی پرس های تسمه ای و روتوکور مداوم عمل می کنند. مزیت اصلی فشار یکنواخت بر روی سطوح بزرگ است که برای چسبندگی بین لایه های لاستیکی و پارچه یا فلز بسیار مهم است.

پخت مداوم پروفیل های اکسترود شده

نوارهای هواشناسی خودرو، پروفیل های مهر و موم، شیلنگ ها و طناب ها به طور مداوم در حین خروج از اکسترودر پخت می شوند. سه روش اصلی عبارتند از تونل های هوای گرم، تونل های مایکروویو و حمام نمک (LCM). پخت در مایکروویو پروفیل را به صورت حجمی گرم می کند و برای مقاطع ضخیم سریع می شود. حمام های نمک انتقال حرارت عالی را ارائه می دهند، اما قطعات باید پس از آن کاملا شسته شوند.

A لاستیک هم اکستروژن و خط پخت مایکروویو اکسترودر، تونل مایکروویو، بخش هوای گرم، حمام خنک کننده و حمل و نقل را در یک فرآیند کنترل شده ترکیب می کند، به همین دلیل است که انتخاب استاندارد برای تولید پروفایل با خروجی بالا است.

خط تولید لاستیک سفارشی اکستروژن و پخت مایکروویو Manufacturers, S در خط تولید لاستیک کامپوزیت ولکانیزاسیون پیوسته مایکروویو، تحقیق در مورد اقدامات حفاظت از محیط زیست در طول ... مشاهده محصول →

پارامترهای فرآیند و منحنی درمان

خواندن منحنی رئومتر

یک رئومتر متحرک وضعیت درمان را در طول زمان در دمای ثابت ثبت می کند. سه عدد در تولید مهم است: زمان سوختن (ts2)، شروع اتصال عرضی. tc90، زمان رسیدن به 90 درصد درمان کامل و زمان درمان عملی. و فلات یا شیب برگشت. فلات پایدار به این معنی است که محصول تغییرات زمانی کوچک را می بخشد. یک شیب برگشتی تند به این معنی است که کنترل دقیق دما بسیار مهم است.

انتقال حرارت و ضخامت قطعه

لاستیک گرما را ضعیف هدایت می کند، تقریباً 0.15-0.25 W/(m·K)، حدود یک دهم فولاد. در یک قالب فشرده، مرکز یک قسمت ضخیم به خوبی پس از پوست بیرونی به حالت کامل می رسد. عمل صنعتی تقریباً 1-2 دقیقه زمان پخت به ازای هر میلی متر ضخامت دیواره اضافه می کند. به همین دلیل است که محصولات ضخیم از دمای قالب پایین تری استفاده می کنند تا از خشک شدن بیش از حد سطح در حالی که قسمت داخلی هنوز سخت نشده است، جلوگیری شود.

ترکیب و آماده سازی قبل از ولکانیزاسیون

ولکانیزاسیون در اتاق ترکیب شروع می شود. اگر بسته درمانی ناهموار باشد، مطبوعات نمی توانند جبران کنند. سه مرحله آماده سازی تأثیر زیادی بر کیفیت نهایی دارد:

1. توزین دقیق: تغییر تنها 0.1 phr در گوگرد می تواند tc90 را تا چند درصد تغییر دهد، بنابراین ترازوی دیجیتال و سیستم های بچینگ خودکار توصیه می شود.
2. اختلاط نهایی خنک: گوگرد و شتاب دهنده ها در آسیاب دو رول یا در یک پاس داخلی میکسر نهایی، معمولاً در یک آسیاب اضافه می شوند. خمیرکن تحت فشار ، زیر دمای سوزانده نگه داشته شود.
3. حذف آلاینده: بسیاری از گیاهان ترکیب را از طریق الف عبور می دهند صافی لاستیکی خوراک داغ مجهز به یک صفحه نمایش خوب قبل از آماده سازی، حذف آگلومراهای پراکنده نشده و مواد خارجی که باعث ایجاد خطوط جریان و سوراخ ها می شوند.

Preforming نیز شایسته توجه است. پرهای با وزن و شکل ثابت، تنوع پخت را کاهش می دهند، زیرا هر حفره به یک شکل پر می شود، با تاریخچه حرارتی یکسان و توزیع فشار یکسان.

عیوب رایج ولکانیزاسیون و نحوه جلوگیری از آنها

اگر ولکانیزاسیون کنترل نشود، حتی یک ترکیب خوب طراحی شده نیز می تواند قطعات معیوب تولید کند. عیوب زیر اکثر موارد رد در قالب گیری و اکستروژن لاستیک را تشکیل می دهند:

• سوزاندن: اتصال عرضی زودرس در میکسر، پریفرمر یا بشکه تزریق. به صورت سطوح ناهموار، قالب های کوتاه یا توده های سخت ظاهر می شود. پیشگیری: کاهش دمای فرآیند، افزودن بازدارنده‌های سوختگی، کاهش زمان ماندگاری.
• Under-cure: قطعات نرم و ضعیف با مجموعه فشرده سازی بالا. پیشگیری: دمای واقعی قالب را با یک پروب بررسی کنید، زمان پخت را تا tc90 افزایش دهید و در صورت تکرار مشکل، دستور غذا را دوباره بررسی کنید.
• بازگشت: لاستیک طبیعی زمانی که برای مدت طولانی در دمای بالا نگهداری می شود، استحکام و انعطاف پذیری خود را از دست می دهد. پیشگیری: دمای قالب را کاهش دهید، به سیستم‌های پخت نیمه‌EV یا EV بروید یا از پلیمر مقاوم در برابر برگشت استفاده کنید.
• تخلخل و تاول: فضای خالی داخلی ناشی از هوا، رطوبت، یا مواد فرار. پیشگیری: از پرس خلاء استفاده کنید، تمام مواد ترکیبی را خشک کنید و پریفرم ها را با دقت درست کنید.
• علائم جریان و عکس های کوتاه: حفره به طور کامل پر نمی شود، اغلب روی لبه های نازک. پیشگیری: افزایش جریان مواد، افزایش تزریق یا فشار بستن، بهبود شکل پریفرم و تسریع تزریق.

سوالات متداول

آیا ولکانیزاسیون مانند پخت است؟

بله. در صنعت لاستیک، کلمات به جای هم استفاده می شوند. به بیان دقیق، ولکانیزاسیون در ابتدا به معنای اتصال عرضی گوگردی لاستیک های دی ان بود، اما این اصطلاح اکنون هر واکنش اتصال عرضی را که یک ترکیب لاستیکی را به یک محصول الاستیک تبدیل می کند، از جمله سیستم های پراکسید و اکسید فلز را پوشش می دهد.

آیا می توان همه لاستیک ها را با گوگرد ولکانیزه کرد؟

خیر. لاستیک های Diene با پیوند دوگانه، مانند لاستیک طبیعی، SBR، NBR، EPDM و بوتیل به خوبی به پخت گوگرد پاسخ می دهند. لاستیک های بدون آن پیوندهای دوگانه، از جمله سیلیکون (VMQ)، بسیاری از گریدهای فلورو لاستیک (FKM)، EPM، و برخی از ترکیبات HNBR، به پراکسید یا سیستم های پخت تخصصی نیاز دارند.

چه دمایی برای ولکانیزاسیون لازم است؟

پخت صنعتی معمولاً بین 140 تا 200 درجه سانتیگراد اجرا می شود. اکثر محصولات قالب گیری شده در دمای 150-180 درجه سانتیگراد پخت می شوند. دماهای بالاتر زمان چرخه را کوتاه می کند اما خطر سوختگی و بازگشت را افزایش می دهد. محصولات ضخیم در دماهای پایین تر پخت می شوند زیرا لاستیک گرما را به آرامی هدایت می کند.

ولکانیزاسیون چقدر طول می کشد؟

یک واشر قالبی نازک ممکن است در 3-8 دقیقه در دمای 160 درجه سانتیگراد خشک شود. یک بلبرینگ یا غلتک ضخیم می تواند 30-60 دقیقه یا بیشتر طول بکشد. خطوط پیوسته مایکروویو پروفیل های اکسترود شده را در 1 تا 5 دقیقه خشک می کند و پخت غلتک های بزرگ با اتوکلاو می تواند چندین ساعت کار کند.

اگر لاستیک بیش از حد ولکانیزه شود چه اتفاقی می افتد؟

پخت بیش از حد باعث افزایش سختی و کاهش ازدیاد طول می شود. در لاستیک طبیعی، گرمای طولانی مدت می تواند اتصالات عرضی پلی سولفیدی را بشکند و باعث برگشت، جایی که سطح نرم و چسبناک می شود، شود. بنابراین زمان پخت تولید بر روی 90 tc تنظیم شده است، زمان رسیدن به 90 درصد پخت کامل، به جای حداکثر مطلق حالت درمان.

آیا می توان لاستیک ولکانیزه را بازیافت کرد؟

لاستیک ولکانیزه ترموست است، بنابراین نمی توان آن را دوباره ذوب کرد و مانند یک ترموپلاستیک دوباره قالب گیری کرد. می توان آن را به خرده لاستیک برای کفپوش، سطوح زمین بازی و محصولات بازیافتی قالب گیری کرد. فرآیندهای ولکانیزاسیون وجود دارند اما هنوز در مقیاس صنعتی گسترده اقتصادی نیستند.

نتیجه گیری: ولکانیزاسیون قلب تولید لاستیک است

ولکانیزاسیون مرحله ای است که یک ترکیب پلیمری را به یک ماده مهندسی با استحکام، کشش و دوام قابل پیش بینی تبدیل می کند. انتخاب سیستم پخت، روش قالب گیری یا اکستروژن و پارامترهای فرآیند هم کیفیت قطعه و هم هزینه تولید آن را تعیین می کند.

برای مدیران تولید و مهندسان فرآیند، مستقیم ترین مسیر برای رد شدن کمتر و هزینه کمتر برای هر قطعه، کنترل منحنی پخت در هر دسته، بررسی منظم دمای قالب، و عاری از آلودگی ترکیب است. یک بسته درمان خوب طراحی شده، که بر روی یک رئومتر اندازه‌گیری شده و با پرس مناسب یا خط پیوسته مطابقت داده می‌شود، همان نتیجه را دسته‌ای پس از دسته به دست می‌دهد.

تامین کنندگانی که هم شیمی و هم ماشین آلات را ارائه می کنند، از شتاب دهنده ها گرفته تا پرس های پخت و خطوط مایکروویو، این ادغام را به طور قابل توجهی ساده می کنند. شروع با یک دستور العمل آزمایش شده و تجهیزات تولید مناسب، بیشتر حدس و گمان ها را از ولکانیزاسیون حذف می کند.