A vulkanizálás magyarázata: definíció, kémia, folyamat, berendezések és paraméterek

Mi az a vulkanizálás? Közvetlen Válasz

A vulkanizálás az a kémiai folyamat, amely a ragadós, folyós nyersgumit erős, rugalmas, tartós termékké alakítja a polimerláncok közötti keresztkötések létrehozásával. A legtöbb általános célú elasztomer esetében A kén a térhálósító szer, és a reakciót hő, idő és nyomás hajtja végre . A folyamat visszafordíthatatlan: a gumi vulkanizálása után nem olvasztható vagy formálható újra.

A felfedezés Charles Jóyear nevéhez fűződik 1839-ben, amikor véletlenül kénnel kezelt természetes gumit ejtett egy forró tűzhelyre, és észrevette, hogy az anyag megkeményedik anélkül, hogy újra ragadós lett volna. Ez a megfigyelés hozta létre a modern gumiipart. Manapság minden gumitermék, az O-gyűrűktől és a tömlőktől a cipőtalpakig és a szállítószalagokig, átesik egy vulkanizálási lépésen, mielőtt betölthetné funkcióját.

A legfontosabb tények, amelyeket szem előtt kell tartani:

• A flexibilis fröccsöntött termékek kéndózisa jellemzően 1,0-3,5 phr (rész/száz gumi).
• A vulkanizált természetes gumi 20-30 MPa szakítószilárdságot ér el gumikeverékekben, és megerősítő töltőanyagokkal magasabb.
• A kikeményedési hőmérséklet 140 és 200 °C között van a polimertől és a térhálósító rendszertől függően.
• A megfelelően vulkanizált alkatrész deformáció után visszanyeri eredeti alakját, és hevítés hatására már nem lágyul meg.

A kémia a vulkanizálás mögött

Hogyan köti össze a kén a gumiláncokat

A természetes gumi és más dién polimerek kettős kötést tartalmaznak a gerincükben. Kikeményedési hőmérsékleten ezek a kötések kinyílnak és reakcióba lépnek a kénnel, így kénhidakat képeznek a szomszédos láncok között. A hidak, legyenek azok monoszulfidok, diszulfidok vagy poliszulfidok, a láncokat háromdimenziós hálózatba zárják. A vulkanizálás előtt a láncok feszültség alatt egymás mellett csúsznak; vulkanizálás után a háló megnyúlik és rugalmasan visszapattan. A keresztkötési sűrűségnek nevezett hidak száma határozza meg az utolsó rész keménységét, modulusát és rugalmasságát.

A gyorsítók és aktivátorok praktikussá teszik a kikeményedést

A kén önmagában olyan lassan reagál, hogy a közvetlen melegítés egyenetlen eredményeket ad. A gyakorlati vegyületek gyorsítókra (tiazolok, szulfenamidok, tiurámok, ditiokarbamátok) és aktivátorokra, például cink-oxidra és sztearinsavra támaszkodnak a reakció felgyorsítása és szabályozása érdekében. Egy reprezentatív, általános célú kúracsomag 1,5-2,5 phr ként, 0,5-1,5 phr gyorsítót, 3,0-5,0 phr cink-oxidot és 1,0-2,0 phr sztearinsavat tartalmaz. A gyorsító-kén arány határozza meg a keresztkötés típusát: a magas kéntartalmú, alacsony gyorsítójú rendszerek kiváló kifáradási élettartamú rugalmas poliszulfid kötéseket, míg az alacsony kéntartalmú, nagy gyorsulású (EV) rendszerek hőstabil monoszulfid kötéseket, alacsonyabb kompressziós készlettel.

Sok növény egyszerűsíti az adagolást és elkerüli a mérlegelési hibákat a vásárlással előre összekevert kéngyorsító csomagok egy kompaund szállítótól. A térhálósító csomag egyenletes eloszlása ​​közvetlenül javítja a keményedési konzisztenciát tételenként.

Egyedi kéngyorsítók gyártók, beszállítók A kéngyorsító egy gumi vulkanizálási gyorsítóra utal. A gumifeldolgozás során maga a kén lassan reagál a gumival, s... Termék megtekintése →

Hogyan változtatja meg a vulkanizálás a gumi tulajdonságait

Nyers gumi kontra vulkanizált gumi

A különbség drámai. A nyers természetes gumi ragacsos, melegítés hatására meglágyul, hideg időben megkeményedik és megreped, tartós terhelés alatt pedig folyamatosan folyik. A vulkanizált gumi nagyjából -40 és 100 °C között rugalmas marad a természetes guminál, sokkal jobban ellenáll az olajoknak és az oldószereknek, és ismételt deformáció után visszanyeri eredeti alakját. A szakítószilárdság változása önmagában öt-tízszeres javulás a legtöbb vegyület esetében.

Miért a keresztkötési sűrűség a döntő tényező?

Túl kevés a térhálósodás, és az alkatrész gyenge, alulkeményített termékként viselkedik. Túl sok, és a hálózat annyira merev lesz, hogy a gumi inkább eltörik, mint nyúlik. A hatékony összetett kialakítás az alkalmazásnak megfelelő keresztkötési sűrűséget célozza meg: a rezgéscsillapító szerelvények más egyensúlyt igényelnek, mint a gumibetét pengéje, és mindkettő különbözik a nyomtatóhengertől. Megértése a gumi anyagok jellemző tulajdonságai megkönnyíti annak megértését, hogy miért van olyan gondosan beállítva a keményedési szint minden alkalmazáshoz.

Kikeményítő rendszerek összehasonlítása

Nem minden vulkanizálás használja ugyanazt a kémiát. Az utolsó rész mechanikai és hőigénye határozza meg, hogy melyik rendszert választjuk.

Hogyan válasszunk gyógymódot

A dinamikus terhelésre szánt természetes gumi és SBR termékek, mint például a gumiabroncsok, tartók és lengéscsillapítók, általában hagyományos vagy félig elektromos rendszereket használnak a fáradásállóság érdekében. A hőálló alkalmazások, például a motortér-tömítések előnyben részesítik az elektromos vagy peroxid rendszereket. A peroxiddal térhálósított EPDM és a szilikon a legalacsonyabb kompressziós készletet kínálják, de a peroxid típusának meg kell egyeznie a polimer hőtörténetével és az alkatrész falvastagságával.

Ipari vulkanizálási berendezések és módszerek

Kompressziós fröccsöntés fűtött présekben

A fröccsöntött áruk igáslója a hidraulikus vulkanizáló prés. A kezelő egy előformázott nyersdarabot egy fűtött formába helyez, lezárja a prést, és a nyomást a kívánt térhálósodási ideig tartja. A 150-180 °C-os lemezhőmérséklet és a 15-25 MPa szorítónyomás jellemző. A vákuumprések ezt egy lépéssel tovább viszik azáltal, hogy a teljes befogás előtt kiürítik az üreget, megakadályozva a levegő beszorulását, a hólyagosodást és az összetett alkatrészek kitöltetlen sarkait.

Igényes sűrűség- és felületigényű műszaki alkatrészekhez a vákuum melegen sajtolt vulkanizáló gép az előnyben részesített gyártási választás. A kikeményedés előtti levegő eltávolítása különösen értékes vastag profilok és nagy keménységű vegyületek esetén.

Egyedi vákuum-melegsajtoló gépek gyártói, beszállítói Ez a gép egy vulkanizáló gép különféle gumi és műanyag termékekhez. Rendelkezik az öntőforma időzítésének reteszelésével, automatikus elő... Termék megtekintése →

Fröccsöntés nagy mennyiségű precíziós alkatrészekhez

A fröccsöntés egy csavaros egységben lágyítja a gumit, és egy zárt, fűtött formába fecskendezi, ahol a kikeményedés megtörténik. A ciklusidők rövidebbek, mint a préseléssel, mivel a keverék már felmelegítve éri el az üreget. Az O-gyűrűket, a csatlakozó tömítéseket és a kis precíziós tömítéseket általában ilyen módon állítják elő. A kompromisszum a magasabb szerszám- és gépköltség, így a fröccsöntés megtérül, ha a termelési mennyiségek elég nagyok a beruházás amortizációjához.

Autoklávok és szalagprések nagy felületű termékekhez

A görgők, a gumibetétes tartályok, a kábelcsatlakozások és a szállítószalagok nem férnek el egy szabványos présgépben. Ezek a termékek autoklávokban keményednek nyomás alatti gőz vagy forró levegő alatt, vagy folyamatos szalagprésekkel és rotokúrákkal. A legfontosabb előny az egyenletes nyomás nagy felületeken, ami kritikus a gumi és a szövet vagy fém felületek közötti tapadás szempontjából.

Extrudált profilok folyamatos kikeményítése

Az autóipari időjárási szalagok, tömítőprofilok, tömlők és zsinórok folyamatosan keményednek, amint elhagyják az extrudert. A három fő módszer a forró levegős alagutak, a mikrohullámú alagutak és a sófürdők (LCM). A mikrohullámú térhálósítás térfogatilag felmelegíti a profilt, így vastag keresztmetszetek esetén gyors. A sófürdők kiváló hőátadást biztosítanak, de utána alaposan le kell mosni az alkatrészeket.

A gumi koextrudáló és mikrohullámú térhálósító sor Egy szabályozott folyamatban egyesíti az extrudert, a mikrohullámú alagutat, a forrólevegős szakaszt, a hűtőfürdőt és a lehúzást, ezért ez a standard választás a nagy teljesítményű profilgyártáshoz.

Egyedi gumi koextrudálás és mikrohullámú hőkeményítő gyártósor Manufacturers, S A kompozit gumi mikrohullámú folyamatos vulkanizációs gyártósorán a környezetvédelmi intézkedések kutatása a t... Termék megtekintése →

Folyamatparaméterek és a kikeményedési görbe

A reométergörbe leolvasása

A mozgó szerszámos reométer rögzített hőmérsékleten rögzíti a kikeményedés állapotát az idő múlásával. Három szám számít a termelésben: a beégési idő (ts2), a térhálósodás kezdete; tc90, a teljes térhálósodás 90 százalékának eléréséig eltelt idő és a gyakorlati térhálósodási idő; és a fennsík vagy visszafordulási lejtő. A stabil fennsík azt jelenti, hogy a termék elnézi a kis időbeli eltéréseket; a meredek visszafordulási lejtő azt jelenti, hogy a szigorú hőmérsékletszabályozás kritikus fontosságú.

Hőátadás és alkatrészvastagság

A gumi rosszul vezeti a hőt, nagyjából 0,15-0,25 W/(m·K), az acél körülbelül egytizede. A présformában egy vastag rész közepe jóval a külső héj után éri el a teljes megkötést. Az ipari gyakorlat hozzávetőlegesen 1-2 perc kötési időt ad hozzá minden további milliméter falvastagsághoz. Ez az oka annak, hogy a vastag termékek alacsonyabb formázási hőmérsékletet használnak, hogy elkerüljék a felület túlszáradását, miközben a belső tér még alul keményedik.

Összeállítás és előkészítés vulkanizálás előtt

A vulkanizálás a keverőhelyiségben kezdődik. Ha a kúracsomag egyenetlen, a prés nem tudja kompenzálni. Három előkészítési lépés túlzottan befolyásolja a végső minőséget:

1. Pontos mérés: a kén mindössze 0,1 phr ingadozása több százalékkal eltolhatja a tc90-et, ezért a digitális mérlegek és az automatizált adagolórendszerek használata javasolt.
2. Hűvös végső keverés: a ként és a gyorsítókat kéthengeres malomban vagy egy végső belső keverőmenetben adják hozzá, jellemzően egy nyomás alatti dagasztógép , a perzselési hőmérséklet alatt tartva.
3. Szennyezőanyagok eltávolítása: sok növény átjut a vegyületen a meleg adagolású gumiszűrő finom szitával ellátva az előformázás előtt, eltávolítva a szét nem szóródott agglomerátumokat és az áramlási vonalakat és léglyukakat okozó idegen anyagokat.

Az előformázás is figyelmet érdemel. Az egyenletes súlyú és alakú lapok csökkentik a kikeményedési ingadozást, mivel minden üreg ugyanúgy töltődik be, azonos hőtörténettel és azonos nyomáseloszlással.

Gyakori vulkanizálási hibák és azok elkerülése

Még egy jól megtervezett keverék is hibás alkatrészeket produkálhat, ha a vulkanizálást nem ellenőrzik. Az alábbi hibák okozzák a gumi fröccsöntés és extrudálás során előforduló selejt nagy részét:

• Perzselés: idő előtti térhálósodás a keverőben, az előformázóban vagy a befecskendező hordóban. Durva felületek, rövid díszlécek vagy kemény csomók formájában jelenik meg. Megelőzés: csökkentse a folyamat hőmérsékletét, adjon hozzá perzselésgátlókat, csökkentse a tartózkodási időt.
• Alulkötés: puha, gyenge részek magas kompressziós készlettel. Megelőzés: ellenőrizze a formák tényleges hőmérsékletét egy szondával, hosszabbítsa meg a kikeményedési időt tc90-re, és ellenőrizze újra a receptet, ha a probléma megismétlődik.
• Visszafordítás: a természetes gumi elveszíti erejét és rugalmasságát, ha túl sokáig tartják magas hőmérsékleten. Megelőzés: csökkentse a penész hőmérsékletét, váltson félig EV vagy EV térhálósító rendszerre, vagy használjon reverzióálló polimert.
• Porozitás és hólyagok: belső üregek a beszorult levegőből, nedvességből vagy illékony összetevőkből. Megelőzés: használjon vákuumprést, szárítsa meg az összes összetevőt, és készítsen előformákat pontosan.
• Folyásnyomok és rövid felvételek: az üreg nem töltődik be teljesen, gyakran vékony széleken. Megelőzés: növelje az anyagáramlást, növelje a befecskendezési vagy szorítási nyomást, javítsa az előforma alakját és gyorsítsa fel a befecskendezést.

Gyakran Ismételt Kérdések

A vulkanizálás ugyanaz, mint a keményedés?

Igen. A gumiiparban a szavakat felcserélhetően használják. Szigorúan véve a vulkanizálás eredetileg a dién gumik kénes térhálósítását jelentette, de a kifejezés ma már minden olyan térhálósítási reakciót lefed, amely egy gumikeveréket rugalmas termékké alakít, beleértve a peroxid- és fémoxid-rendszereket is.

Minden gumi vulkanizálható kénnel?

Nem. A kettős kötést tartalmazó diéngumik, mint például a természetes gumi, az SBR, az NBR, az EPDM és a butil, jól reagálnak a kénes térhálósodásra. Az ilyen kettős kötések nélküli gumikhoz, beleértve a szilikont (VMQ), számos fluorgumi (FKM) minőséget, az EPM-et és néhány HNBR-vegyületet, peroxid vagy speciális térhálósító rendszer szükséges.

Milyen hőmérsékletre van szükség a vulkanizáláshoz?

Az ipari kikeményedés jellemzően 140 és 200 °C között zajlik. A legtöbb fröccsöntött áru 150-180 °C-on köt ki. A magasabb hőmérséklet lerövidíti a ciklusidőt, de növeli a beégés és a visszafordulás kockázatát. A vastag cikkek alacsonyabb hőmérsékleten keményednek, mivel a gumi lassan vezeti a hőt.

Mennyi ideig tart a vulkanizálás?

Egy vékony formázott tömítés 160 °C-on 3-8 perc alatt megköt. Egy vastag csapágy vagy görgő 30-60 percig vagy tovább is tarthat. A folyamatos mikrohullámú vonalak az extrudált profilokat 1-5 perc alatt kikeményítik, a nagy hengerek autoklávban történő kikeményítése több órán keresztül is tarthat.

Mi történik, ha a gumi túlvulkanizálódik?

A túl keményedés növeli a keménységet és csökkenti a nyúlást. A természetes gumiban a hosszan tartó hő megszakíthatja a poliszulfidos keresztkötéseket, ami visszafordítást okozhat, ahol a felület puhává és tapadóssá válik. A gyártási térhálósodási idő ezért tc90-re van beállítva, vagyis a teljes térhálósodás 90 százalékának eléréséhez szükséges időre, nem pedig az abszolút maximális térhálósodási állapotra.

A vulkanizált gumi újrahasznosítható?

A vulkanizált gumi hőre keményedő, így nem lehet újraolvasztani és újraformázni, mint egy hőre lágyuló műanyagot. Gumimorzsává őrölhető padlóburkolatokhoz, játszóterek felületeihez és öntött újrahasznosított termékekhez. Devulkanizálási eljárások léteznek, de széles ipari méretekben még nem gazdaságosak.

Következtetés: A vulkanizálás a gumigyártás szíve

A vulkanizálás az a lépés, amely a polimer vegyületet kiszámítható szilárdságú, rugalmas és tartós mérnöki anyaggá alakítja. A kikeményítési rendszer, a fröccsöntési vagy extrudálási módszer és a folyamat paraméterei egyaránt meghatározzák az alkatrész minőségét és az előállítás költségeit.

A termelési vezetők és a folyamatmérnökök számára a legközvetlenebb út a kevesebb selejthez és az alacsonyabb alkatrészköltséghez az, ha minden tételnél ellenőrizni kell a kikeményedési görbét, rendszeresen ellenőrizni kell a formák hőmérsékletét, és a keveréket szennyeződéstől mentesen kell tartani. Egy jól megtervezett, reométeren mért és a megfelelő prés- vagy folytonos vonallal párosított kúracsomag tételenként ugyanazt az eredményt adja.

Azok a beszállítók, akik a vegyi anyagokat és a gépeket egyaránt kínálják, a gyorsítóktól a keményítő préseken át a mikrohullámú gépsorokig, jelentősen leegyszerűsítik ezt az integrációt. Ha egy tesztelt recepttel és a megfelelő gyártóberendezéssel kezdjük, a legtöbb találgatás megszűnik a vulkanizálással kapcsolatban.