Изобразите процесс вулканизации с помощью рисунка

Резина представляет собой искусственный материал, получаемый в результате специальной обработки резиновой смеси, основным компонентом которой является каучук. Каучук — это полимер, отличительной особенностью которого является способность к очень большим обратимым деформациям при небольших нагрузках.

Резину получают из каучука путем вулканизации, т.е. в процессе химического взаимодействия каучука с вулканизатором при высокой температуре. Открыл процесс вулканизации Чарльз Гудьир, запатентовавший его в 1844 году. Процесс назван в честь Вулкана, древнеримского бога огня.

Вулканизация — технологический процесс взаимодействия каучуков с вулканизующим агентом, при котором происходит сшивание молекул каучука в единую пространственную сетку. При этом повышаются прочностные характеристики каучука, его твёрдость и эластичность, снижаются пластические свойства, степень набухания и растворимость в органических растворителях. Вулканизующими агентами могут являться: сера, пероксиды, оксиды металлов, соединения аминного типа и др. Для повышения скорости вулканизации используют различные катализаторы-ускорители.

В процессе вулканизации каучук становится резиной. Весь процесс принято подразделять на три периода:

2) период формирования сетки;

3) перевулканизация (реверсия).

По продолжительности индукционного периода, когда измеримое сшивание не наблюдается, определяют стойкость резиновой смеси к преждевременной вулканизации (подвулканизации). Последний этап затрудняет переработку смеси и приводит к ухудшению качества изделий. Этот период особенно важен при вулканизации многослойных изделий, т.к. с увеличением его продолжительности усиливаются, слипание отдельных слоев смеси при формировании изделия и совулканизация в слое.

Для синтетических каучуков (СК) процесс вулканизации дополняется полимеризацией: под действием кислорода и температуры образуются межмолекулярные углеродистые связи, упрочняющие термостабильную структуру, что дает повышение прочности.

Вулканизации подвергается обычно смесь каучука с различными компонентами, обеспечивающими необходимые эксплуатационные свойства резин: наполнителями (технический углерод, мел, каолин, полидисперсная кремнекислота), пластификаторами (нефтяные и талловые масла, фактис, дибутилфталати), противостарителями (бисфенолы, диамины), ускорителями вулканизации (ксантогенатами, тиазолами, сульфенамидами), активаторами вулканизации (оксидом цинка, оксидом магния), замедлителями подвулканизации (фталевый ангидрид, N-нитрозодифениламин).

Рис.1 Вулканизация полиизопрена (натурального каучука) серой

С точки зрения химии вулканизация представляет собой процесс, при котором происходит соединение гибких и довольно нестабильных при внешнем воздействии макромолекул каучука в трехмерную пространственную (вулканизационную) сетку редкими поперечными химическими связями. Образование этой сетки происходит либо в результате действия химического агента, либо в результате объединения агента и, например, высокой температуры. Вулканизационная сетка имеет сложное строение. В ней наряду с узлами, в которых соединяются две макромолекулы (тетрафункциональные узлы), наблюдаются также полифункциональные узлы (соединение в одном узле несколько макромолекул). Возникающие при этом поперечные связи ограничивают необратимые перемещения макромолекул при механических воздействиях, сохраняя при этом способность вещества к высокоэластичной деформации. Свойства сеток зависят от концентрации поперечных химических связей, их распределения и химического строения, а также от средней молекулярной массы и ММР вулканизуемого каучука, разветвленности его макромолекул, содержания в сетке зольфракции и других. Оптимальная густота сетки достигается при участии в сшивании всего 1-2% мономерных звеньев макромолекулы. Дефектами сетки могут быть свободные концы макромолекул, не вошедшие в нее, но к ней присоединенные; сшивки, соединяющие участки одной и той же цепи; «захлесты» или переплетения цепей и т.д. Поперечные химические связи — «мостики» образуются под действием различных агентов вулканизация и представляют собой фрагменты молекул самого агента. От химического состава этих «мостиков» зависят многие эксплуатационные характеристики резин, например сопротивление термоокислительному старению, скорость накопления остаточных деформаций в условиях сжатия при повышении температурах, стойкость к действию агрессивных сред.

Завершению периода формирования сетки соответствует оптимум вулканизации — время, за которое обычно достигается образование вулканизата с наилучшими свойствами. Технически важная характеристика — плато вулканизации, т. е. отрезок времени, в течение которого значения измеряемого параметра, близкие к оптимальным, изменяются сравнительно мало. К перевулканизации приводит продолжение нагревания резины после израсходования агента вулканизации. Перевулканизация проявляется в дальнейшем повышении жесткости вулканизата (например, при вулканизации полибутадиена, сополимеров бутадиена со стиролом или акрилонитрилом) или, наоборот, в его размягчении (при вулканизации полиизопрена, бутил-каучука, этилен-пропиленового каучука). Эти изменения свойств связаны с термической перестройкой вулканизационной сетки, термическими и термоокислительными превращениями макромолекул.

Большинство резиновых смесей подвергается вулканизация при 130-200°С в специальных агрегатах (прессы, автоклавы, форматоры-вулканизаторы, солевые ванны, котлы, литьевые машины и других) с применением разнообразных теплоносителей (перегретый водяной пар, горячий воздух, электрообогрев). Герметики, резиновые покрытия и другие часто вулканизуют около 20°С («холодная» вулканизация).

Круг агентов вулканизации довольно широк, а выбор их определяется химическим строением каучука, условиями эксплуатации изделий и приемлемым технологическим способом проведения вулканизации Для диеновых каучуков (гомо- и сополимеров изопрена или бутадиена) наиболее широко применяют так называемую серную вулканизацию. Ее используют в производстве автомобильных покрышек и камер, мн. видов резиновой обуви, РТИ и др. Мировое потребление серы для вулканизации превышает 100 тыс. т/год (среднее ее содержание в резиновой смеси составляет 1,5% по массе).

Наиболее важные компоненты серной вулканизующей системы — ускорители вулканизации; варьируя их тип и количество (при обязательном присутствии активатора вулканизации — смеси ZnO со стеариновой кислотой), удается в широких пределах изменять скорость вулканизации, структуру сетки и свойства резин.

В случае серной вулканизации он представляет собой полисульфидное соединение ускорителя (Уск) типа Уск-Sх-Уск или Уск-Sx-Zn-Sy-Уск. В результате реакций с метиленовыми группами или (и) двойными связями макромолекулы образуются поперечные связи, содержащие один или несколько атомов серы.

В промышленности в качестве ускорителей серной вулканизации наиболее широко (70% общего объема потребления этих ингредиентов) применяют замещенные тиазолы и сульфенамиды.

Первые 2-меркаптобензотиазол, дибензотиазоллилдисульфид, обеспечивают широкое плато вульканизации и высокое сопративление резин термоокислительныму старению. Сульфенамиды, например N-циклогексил-2-бензотиазолилсульфенамид (сульфенамид Ц), морфолилтиабензотиазол (сульфенамид М), уменьшают склонность смесей к преждевременной вулканизации, улучшают формуемость смесей и монолитность изделий, задерживают побочные процессы (например, деструкцию и изомеризацию каучука).

В присутствии ускорителей из группы тиурамов, например тетраметилтиурамдисульфида, дипентаметилентиурамтетрасульфида, получают резины с повышенной теплостойкостью. Эти соединения, обеспечивающие высокую скорость серной вулканизация, способны вулканизовать диеновые каучуки и без элементной серы. Еще большее ускорение вулканизации наблюдается при использовании так называемых ультраускорителедитиокарбаматов и ксантогенатов. В присутствии первых (диметилдитиокарбамат цинка, диэтилдитиокарбамат диэтиламина) резиновые смеси могут быть вулканизованы в течение короткого времени при 110-125°С. Водорастворимые представители этой группы соединений, например диметилдитиокарбамат Na, используют для вулканизации латексных смесей и некоторых резиновых клее. Ксантогенаты, например бутилксантогенат Zn, применяют главным образом в клеевых композициях, вулканизующихся при 20-100°С.

Первые введенные в практику ускорители серной вулканизация — альдегидамины (продукты конденсации анилина с альдегидами) и гуанидины (главным образом дифенилгуанидин) — характеризуются замедленным действием. Благодаря этому они удобны при получении эбонитов и массивных изделий. Дифенилгуанидин, кроме того, широко применяют в комбинации с тиазолами для повышения активности последних; разработано большое число двойных систем ускорителей, которые обеспечивают более эффективную вулканизацию, чем каждый из них в отдельности.

Для эффективного уменьшения склонности к подвулканизации резиновых смесей с серной вулканизующей системой применяют замедлители подвулканизации-N-HH-трозодифениламин, фталевый ангидрид, N-циклогексилтиофталимид. Действие этих ингредиентов сводится к уменьшению скорости реакций компонентов вулканизующей системы с каучуком или между собой при образовании ДАВ.

С целью получения резин со спец. свойствами в промышленности расширяется применение таких агентов вулканизации, как органические пероксиды, алкилфеноло-формальдегидные смолы, олигоэфиракрилаты и другие непредельные соединения, органические полигалогенпроизводные, нитрозосоединения и другие. Растет также интерес к вулканизации под действием радиационного излучения и других физических факторов. Пероксидные и радиационные резины отличаются повышенной теплостойкостью и улучшенными диэлектрическими свойствами; резины, вулканизованные алкилфеноло-формальдегидными смолами — высокой стойкостью к перегретому пару.

Вулканизация каучуков, содержащих в макромолекуле функциональные группы, возможна также с помощью соединений, вступающих с этими группами в химические реакции. Так, винилпиридиновые каучуки вулканизуются полигалогенпроизводными, галогенсодержащие каучуки (полихлоропрен, хлорсульфированный полиэтилен, хлорбутилкаучук, фторкаучуки) — диаминами и полиолами, уретановые-диизоцианатам

Основные эксплуатационные свойства — эластичность и упру­гость в сочетании с хорошей прочностью, теплостойкостью и хладо-стойкостью каучуки приобретают лишь после вулканизации — превращения в резину. При вулканизации между линейными макромолекулами образуются поперечные химические связи, в результате чего каучук приобретает сетчатую пространствен­ную структуру. Для образования пространственной структуры в состав каучуков вводят специальные вещества — вулканиза­торы. В качестве вулканизатора наиболее часто используют серу. Смесь каучука с вулканизатором, например серой, называется сырой резиной. В мягких сортах резины содержится до 3 % серы. С увеличением содержания вулканизатора, а следовательно, и густоты пространственной сетки жесткость резины увеличи­вается. В твердых резинах, называемых эбонитами, содержится 25. 32 % серы.

Кроме каучука и вулканизатора, в зависимости от назначе­ния изделия, в состав резины входят ускорители вулканизации, мягчители (жирные кислоты, вазелин, парафин), наполнители (сажа, цинковые белила, каолин), красители, противостарители и ингредиенты специального назначения.

Ускорители сокращают время вулканизации, уменьшают расход серы, а также позволяют снизить температуру процесса.

Для облегчения технологических операций в резиновые смеси дополнительно вводят вещества, предотвращающие преждевре­менную вулканизацию; волокнистые наполнители (асбест), повы­шающие морозостойкость резины; абразивную пыль, придающую резине свойства шлифующих материалов; тканевые наполнители, позволяющие получать транспортные ленты, ремни для плоско-и клиноременных передач, прорезиненные ткани, обувь и др.

Смешение каучука с ингредиентами проводят механическим способом на вальцах или в смесителях. Приготовленную резино­вую смесь пропускают через валки-каландры и получают непре­рывную ленту одинаковой толщины, из которой затем формуют изделия и заготовки требуемой формы. Для формования рези­новой смеси используют также шприц-машины, в которых ре­зиновая смесь продавливается через отверстия разной формы и размеров. Таким способом изготавливают, например, резино­вые трубки, шланги.

Конечной стадией изготовления резиновых изделий обычно является вулканизация. Преимущественное распространение получила горячая вулканизация при 125. 160 °С в атмосфере горячего воздуха или насыщенного водяного пара. Горячую вул­канизацию проводят в прессах или автоклавах.

67.Качество промышленной продукции; основные показатели качества и методы их оценки
Качество продукции относится к числу важнейших технико-экономических показателей деятельности промышленного предприятия. Под качеством продукции понимают совокупность свойств этой продукции, обуславливающих её пригодность удовлетворять определённые потребности в соответствии с назначением. Качество продукции фиксируется на определённый период времени с помощью различных нормативных документов, главным образом стандартов, и изменяется при появлении более прогрессивных технологий.
Для оценки качества изделий разрабатывается система показателей качества и методов их определения.
Область науки, занимающаяся практической и научной деятельностью по разработке теоретических основ и методов количественной оценки качества продукции, называется квалиметрией.
Объективная особенность продукции, проявляющаяся при её создании, эксплуатации, хранении, потреблении, транспортировке, ремонте, техническом обслуживании и в других обстоятельствах, называется свойством продукции.
Количественная характеристика одного или нескольких свойств продукции, составляющих её качество, называется показателем качества продукции.
В соответствии со стандартом при оценке технического уровня изделия различают следующие показатели качества:
• показатели назначения;
• показатели надёжности;
• показатели технологичности;
• показатели эргономичности;
• эстетические показатели;
• экологические показатели;
• показатели транспортабельности;
• патентно-правовые показатели.
Показатели назначения характеризуют полезный эффект от использования продукции, т.е. они определяются теми функциями, для выполнения которых и предназначена продукция.
Показатели надёжности характеризуют свойства изделия сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров и требуемых функций. Надёжность изделия в зависимости от его назначения может быть определена его безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.
Ремонтопригодность характеризует способность изделия восстанавливать работоспособность путём каких-либо ремонтных воздействий, например, путём технического обслуживания, текущего или капитального ремонта и путём замены отдельных деталей и узлов.
Технологичность конструкции оценивается её трудоёмкостью, материалоёмкостью, сложностью изготовления, сборки и т.д.
Показатели эргономичности характеризуют систему «человек – машина» и учитывают все факторы, которые влияют на работника со стороны эксплуатируемого изделия. Это, например, гигиенические показатели (шум, запылённость, влажность, наличие запахов, освещённость, вибрация, токсичность и т.д.), антропометрические показатели, которые учитывают соответствие тела человека и его отдельных частей конструкции машины.
При создании машины должны быть учтены мнемонические правила, когда изменение направления движения ручек совпадает с изменением направления движения машины.
Эстетические показатели характеризуют информационную выразительность, оригинальность внешнего вида, рациональность форм и цвета, совершенство исполнения.
Патентно-правовые показатели характеризуют патентную чистоту и патентную защиту промышленных изделий и новых технологических решений.
Методы технического контроля:
• измерительные;
• регистрационные;
• экспертные;

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

ВУЛКАНИЗАЦИЯ — технологический процесс резинового производства, при котором пластичный "сырой" каучук превращается в резину.

При вулканизации повышаются прочностные характеристики каучука, его твёрдость, эластичность, тепло- и морозостойкость, снижаются степень набухания и растворимость в органических растворителях. Сущность вулканизации — соединение линейных макромолекул каучука в единую "сшитую" систему, так называемую вулканизационную сетку. В результате вулканизации между макромолекулами образуются поперечные связи, число и структура которых зависят от метода В. При вулканизации некоторые свойства вулканизуемой смеси изменяются со временем не монотонно, а проходят через максимум или минимум. Степень вулканизации, при которой достигается наилучшее сочетание различных физико-механических свойств резин, называется оптимумом вулканизации.

Вулканизация подвергается обычно смесь каучука с различными веществами, обеспечивающими необходимые эксплуатационные свойства резин (наполнители, например сажа, мел, каолин, а также мягчители, противостарители и др.).

В большинстве случаев каучуки общего назначения (натуральный, бутадиеновый, бутадиен-стирольный) вулканизуют, нагревая их с элементарной серой при 140-160°С (серная В.). Образующиеся межмолекулярные поперечные связи осуществляются через один или несколько атомов серы. Если к каучуку присоединяется 0,5-5% серы, получается мягкий вулканизат (автомобильные камеры и покрышки, мячи, трубки и т.д.); присоединение 30-50% серы приводит к образованию жёсткого неэластичного материала — эбонита. Серная вулканизация может быть ускорена добавлением небольших количеств органических соединений, так называемых ускорителей вулканизации — каптакса, тиурама и др. Действие этих веществ в полной мере проявляется только в присутствии активаторов — окислов металлов (чаще всего окиси цинка).

В промышленности серную вулканизацию производят нагреванием вулканизуемого изделия в формах под повышенным давлением или же в виде неформовых изделий (в "свободном" виде) в котлах, автоклавах, индивидуальных вулканизаторах, аппаратах для непрерывной вулканизации. и др. В этих аппаратах нагревание осуществляют паром, воздухом, перегретой водой, электричеством, токами высокой частоты. Формы обычно помещают между обогреваемыми плитами гидравлического пресса. вулканизация с помощью серы была открыта Ч. Гудьиром (США, 1839) и Т. Гэнкоком (Великобритания, 1843). Для вулканизации каучуков специального назначения применяют органические перекиси (например, перекись бензоила), синтетические смолы (например, феноло-формальдегидные), нитро- и диазосоединения и другие; условия процесса те же, что и для серной вулканизации.

Вулканизация возможна также под действием ионизирующей радиации — g-излучения радиоактивного кобальта, потока быстрых электронов (радиационная вулканизации). Методы бессерной и радиационной В. позволяют получать резины, обладающие высокой термической и химической стойкостью.

В полимерной промышленности вулканизация применяется в экструзионном производстве каучуков.

Исп. литература:
Кошелев Ф. Ф., Корнев А. Е., Климов Н. С., Общая технология резины, М., 1968;
Догадкин Б. А., Вулканизационные структуры и их изменения при вулканизации, термомеханическом воздействии и утомлении вулканизатов, "Химическая наука и промышленность", 1959, т. 4,№ 1;
Гофманн В., Вулканизация и вулканизующие агенты, пер. с нем., М., 1968.

Приглашаем специалистов к сотрудничеству в качестве внештатных авторов и консультантов!

По вопросам публикации и оплаты статей обращайтесь в редакцию:
Тел/Факс: +7 (495) 645-24-17
Прислать сообщение

Полное или частичное копирование любых материалов, опубликованных на Plastinfo.ru, для размещения
на других Интернет сайтах, разрешается только с указанием активной гиперссылки на plastinfo.ru !

Полное или частичное использование любых материалов, размещенных на Plastinfo.ru,
в СМИ, печатных изданиях, маркетинговых отчетах, разрешается только с указанием ссылки
на «Plastinfo.ru» и в некоторых случаях требует письменного разрешения ООО Пластинфо

Новости

Выставки и конференции
Государство и бизнес
Литература и образование
Новые материалы и марки
Обзоры и анализ рынков
Обзоры СМИ
Оборудование
Объемы и мощности
Отходы и экология
Персоны и назначения
Пресс-релизы, форс-мажоры
Разработки изделий
Слияния и новые имена
Цены на сырье и изделия