硫化儀測(cè)得的硫化曲線怎么看？
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2022-07-25 瀏覽：
無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀測(cè)定未硫化膠料硫化特性的原理：將未硫化膠料試樣放入一個(gè)完全密封或幾乎完全密封的模腔內(nèi)，并使之保持在設(shè)定的試驗(yàn)溫度下。模腔有上、下兩個(gè)部分，其中一部分以微小的擺角振蕩。振蕩使試樣產(chǎn)生剪切應(yīng)變，測(cè)定試樣對(duì)模腔的反作用轉(zhuǎn)矩（力）。此轉(zhuǎn)矩（力）取決于膠料在硫化過(guò)程中產(chǎn)生的、隨硫化時(shí)間長(zhǎng)短而連續(xù)變化的剪切模量。從膠料入模開(kāi)始，硫化儀便自動(dòng)記錄反映膠料產(chǎn)生剪切應(yīng)變的轉(zhuǎn)矩的數(shù)值。于是，便得到了一條轉(zhuǎn)矩與時(shí)間的關(guān)系曲線，即硫化曲線。其形狀與設(shè)定的試驗(yàn)溫度和膠料的特性有關(guān)。
（有的硫化儀用FL）：最小轉(zhuǎn)矩或力（N.m或N）；
（有的硫化儀用Fmax）：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到的平坦、最大、最高轉(zhuǎn)矩或力（N.m或N）；
（有的硫化儀用t10）：也叫焦燒時(shí)間，即轉(zhuǎn)矩達(dá)到ML+（MH-ML）*10%時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間；（有的硫化儀用t90）: 也叫正硫化時(shí)間，即轉(zhuǎn)矩達(dá)到ML+（MH-ML）*90%時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，稱為工藝正硫化時(shí)間。
硫化歷程分為四個(gè)階段：硫化誘導(dǎo)階段，熱硫化階段，硫化平坦階段和過(guò)硫化階段。
什么是橡膠硫化壓力？硫化壓力在橡膠成型過(guò)程中起什么作用?
橡膠件硫化的三大工藝參數(shù)是：溫度、時(shí)間和壓力。其中硫化溫度是對(duì)制品性能影響zui大的參數(shù)，硫化溫度對(duì)橡膠制品的影響的研究也比比皆是。但對(duì)硫化壓力比較少進(jìn)行試驗(yàn)。
硫化壓力是指，橡膠混煉膠在硫化過(guò)程中，其單位面積上所承受的壓力。一般情況下，除了一些夾布件和海綿橡膠外，其他橡膠制品在硫化時(shí)均需施加一定的壓力。
橡膠硫化壓力，是保證橡膠零件幾何尺寸、結(jié)構(gòu)密度、物理機(jī)械的重要因素，同時(shí)也能保證零件表面光滑無(wú)缺陷，達(dá)到橡膠制品的密封要求。作用主要有以下幾點(diǎn)：
防止混煉膠在硫化成型過(guò)程中產(chǎn)生氣泡，提高制品的致密性；
提供膠料的充模流動(dòng)的動(dòng)力，使膠料在規(guī)定時(shí)間內(nèi)能夠充滿整個(gè)模腔；
提高橡膠與夾件（簾布等）附著力及橡膠制品的耐曲繞性能；
4） 提高橡膠制品的物理力學(xué)性能。
硫化壓力的選取需要考慮如下幾個(gè)方面的因素：
1） 膠料的配方；
2） 膠料可塑性的大小；
3） 成型模具的結(jié)構(gòu)形式（模壓，注壓，射出等）；
4） 硫化設(shè)備的類型（平板硫化機(jī)，注壓硫化機(jī)，射出硫化機(jī)，真空硫化機(jī)等）；
5） 制品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
硫化壓力選取的一般原則：
1） 膠料硬度低的（50-Shore A以下或更低），壓力宜選擇小，硬度高的選擇大；
2） 薄制品選擇小，厚制品選擇大；
3） 制品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單選擇小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜選擇大；
4） 力學(xué)性能要求高選擇大，要求低選擇小；
5） 硫化溫度較高時(shí)，壓力可以小一些，溫度較低時(shí)，壓力宜高點(diǎn)。
對(duì)硫化壓力，國(guó)內(nèi)外一些橡膠廠家有如下一些經(jīng)驗(yàn)值供參考：
1） 模壓及移模注壓的硫化方式，其模腔內(nèi)的硫化壓力為：10~20Mpa；
2） 注壓硫化方式其模腔內(nèi)的硫化壓力為：0~150Mpa；
3） 硫化壓力增大，產(chǎn)品的靜態(tài)剛度也隨之增大，而收縮率隨之逐漸減小；（在國(guó)內(nèi)的減振橡膠行業(yè)內(nèi)，對(duì)于調(diào)整產(chǎn)品的剛度，普遍采用的依然是增加或者降低產(chǎn)品所使用的膠料硬度，而在國(guó)外，已經(jīng)普遍采用了提高或者降低產(chǎn)品硫化時(shí)的膠料硫化壓力來(lái)調(diào)整產(chǎn)品的靜態(tài)剛度。）
4） 隨著硫化壓力的不斷提高，產(chǎn)品膠料的收縮率會(huì)出現(xiàn)一個(gè)反常的現(xiàn)象，即當(dāng)產(chǎn)品膠料的硫化壓力達(dá)到83Mpa時(shí)，產(chǎn)品膠料的收縮率為0，若產(chǎn)品膠料的硫化壓力繼續(xù)不斷上升，產(chǎn)品膠料的收縮率會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，也就是說(shuō)，在這種超高的產(chǎn)品膠料硫化壓力下，產(chǎn)品硫化出來(lái)經(jīng)停放后，其橡膠部分的尺寸比模具設(shè)計(jì)的尺寸還要大；
5） 在模壓和注壓方式下，模腔內(nèi)膠料的硫化壓力隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，總是先增高后減少，并最終處于平坦?fàn)顟B(tài)；
6） 隨著膠料硫化壓力的提高，其膠料的300％定伸和拉伸強(qiáng)度均隨之提高，其膠料的扯斷伸長(zhǎng)率、撕裂強(qiáng)度和壓縮變形卻隨之下降；
7） 在減震橡膠制品硫化過(guò)程中，注壓硫化方式中模腔內(nèi)膠料的壓強(qiáng)比模壓硫化方式的壓強(qiáng)高一倍以上。產(chǎn)品達(dá)到相同的靜剛度所需的膠料硬度有較大差別。隨產(chǎn)品硫化時(shí)的硫化壓力提高，產(chǎn)品在壓縮變形性能方面有明顯的提高。
1. 什么是硫化溫度
橡膠硫化溫度是硫化三大要素之一，是橡膠進(jìn)行硫化反應(yīng)（交聯(lián)反應(yīng)）的基本條件，直接影響橡膠硫化速度和制品的質(zhì)量。與所有化學(xué)反應(yīng)一樣，硫化反應(yīng)隨著溫度升高而加快，易于生成較多的低硫交聯(lián)鍵；硫化溫度低，則速度慢，生成效率低，生成較多的多硫交聯(lián)鍵。硫化溫度并且大體適用范特霍夫定律，即溫度每上升8~10℃（約相當(dāng)于一個(gè)表壓的蒸汽壓力），其反應(yīng)速度約增加一倍；或者說(shuō)，反應(yīng)時(shí)間約減少一半。
2. 怎樣選擇硫化溫度
2.1 橡膠的種類 隨著室溫硫化膠料的增加和高溫硫化的出現(xiàn)，硫化溫度趨向兩個(gè)。從提高硫化效率來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為硫化溫度越高越好，但實(shí)際上不能無(wú)限提高硫化溫度。橡膠為高分子聚合物，高溫會(huì)使橡膠分子鏈產(chǎn)生裂解反應(yīng)，導(dǎo)致交聯(lián)鍵斷裂，即出現(xiàn)“硫化返原”現(xiàn)象，從而使硫化膠的物理機(jī)械性能下降。如高溫硫化天然橡膠時(shí)，溶于橡膠中的氧隨著溫度提高而活性加大，引起強(qiáng)烈的氧化作用，破壞了橡膠的組織，降低了硫化膠的物理機(jī)械性能。
綜合考慮各橡膠的耐熱性和“硫化返原”現(xiàn)象，各種橡膠建議的硫化溫度如下：
NR 在140-150℃，最高不超過(guò)160℃；
順丁橡膠、異戊橡膠和氯丁橡膠在150-160℃，最高不超過(guò)170℃
丁苯橡膠、丁腈橡膠可采用150℃以上，但最高不超過(guò)190℃；
丁基橡膠、三元乙丙橡膠一般選用160-180℃，最高不超過(guò)200℃；
硅橡膠、氟橡膠一般采用二段加硫，一段溫度可選170-180℃，二段硫化則選用200-230℃，按工藝要求可在4-24h 范圍內(nèi)選擇。
橡膠無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀示意圖
2.2 橡膠配方中硫化體系的類型
按照最終制品不同性能的要求，橡膠配方選用不同的硫化體系。硫化體系不同，則硫化特性不同，有的需要高活化溫度，有的需要低活化溫度。因此要根據(jù)實(shí)際的硫化體系來(lái)選擇相應(yīng)的硫化溫度。通常，普通硫磺硫化體系，其硫化溫度選取范圍為130-160℃，具體需要根據(jù)所使用的促進(jìn)劑的活性溫度和制品的物理機(jī)械性能來(lái)確定。
促進(jìn)劑的活性溫度較低或制品要求高強(qiáng)度、較低的定伸應(yīng)力和硬度時(shí)，硫化溫度可選擇較低一些，這樣生成較多的多硫交聯(lián)鍵；
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、較低伸長(zhǎng)率時(shí)，硫化溫度宜采用高一些，這樣生成較多的低硫交聯(lián)鍵。
有效、半有效硫化體系，硫化溫度一般掌握在160-165℃之間，過(guò)氧化物及樹(shù)脂等非硫磺硫化體系，硫化溫度適合選擇170-180℃.尤其要指出，對(duì)于EPDM，NBR硫磺硫化的配方，如設(shè)計(jì)需要二次加硫，一次加硫與二次加硫的溫度和時(shí)間影響最終制品的壓縮*變形和硬度等機(jī)械性能均比較大；而過(guò)氧化物硫化的配方，一次加硫的溫度尤為重要，*在180℃以上，若一次加硫溫度不足，二次加硫補(bǔ)足的效果甚低。即過(guò)氧化物硫化的配方，二次加硫?qū)ψ罱K物性的影響很小。
橡膠屬于熱的不良導(dǎo)體，受熱升溫較慢。對(duì)于厚制品來(lái)說(shuō)，采用高溫硫化很難使內(nèi)外層膠料同時(shí)達(dá)到平坦范圍；造成制品外表部分恰好正硫化時(shí)，而內(nèi)部出現(xiàn)欠硫化。或者內(nèi)部恰好出現(xiàn)正硫化時(shí)，而外部已過(guò)硫化。為了保證厚制品硫化均勻，除了配方設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮膠料的硫化平坦性外，在選擇硫化溫度時(shí)，也要考慮硫化溫度低一些或采用逐步升溫的操作方法。
l對(duì)于薄制品，硫化溫度可以適當(dāng)高點(diǎn)。
對(duì)于夾織物的橡膠制品，通常硫化溫度不高于140℃.而發(fā)泡橡膠，需要按照發(fā)泡劑和發(fā)泡助劑的分解溫度選擇適宜的硫化溫度。
什么叫橡膠制品硫化時(shí)間？如何設(shè)定硫化時(shí)間？
1. 定義
1.1 橡膠制品硫化時(shí)間
站在一定的溫度、模壓下，為了使膠料從塑性變成彈性，且達(dá)到交聯(lián)密度最大化，物理機(jī)械性能化所用的時(shí)間叫橡膠制品硫化時(shí)間。通常不含操作過(guò)程的輔助時(shí)間。
硫化時(shí)間是和硫化溫度密切相關(guān)的，在硫化過(guò)程中，硫化膠的各項(xiàng)物理、力學(xué)性能達(dá)到或接近*點(diǎn)時(shí)，此種硫化程度稱為正硫化或最宜硫化。在一定溫度下達(dá)到正硫化所需的硫化時(shí)間稱為正硫化時(shí)間，一定的硫化溫度對(duì)應(yīng)有一定的正硫化時(shí)間。當(dāng)膠料配方和硫化溫度一定時(shí)，硫化時(shí)間決定硫化程度，不同大小和壁厚的橡膠制品通過(guò)控制硫化時(shí)間來(lái)控制硫化程度，通常制品的尺寸越大或越厚，所需硫化的時(shí)間越長(zhǎng)。
2. 硫化時(shí)間的設(shè)定方法
2.1 正硫化時(shí)間的測(cè)試
膠料正硫化時(shí)間的測(cè)試方法有：
2.1.1物理-化學(xué)法（包括游離硫測(cè)定法和溶脹法）；
2.1.2 物理-力學(xué)性能測(cè)定法（包括定伸應(yīng)力法、拉伸強(qiáng)度法、定伸強(qiáng)度法、抗張積法、壓縮*變形法、綜合取值法等）；
2.1.3儀器法（包括門(mén)尼粘度法、硫化儀法）等。
目前最常用的是硫化儀法。通過(guò)硫化儀測(cè)試，可以得到膠料的正硫化時(shí)間。
2.2 制品硫化時(shí)間的確定
2.2.1 若制品厚度為6mm或小于6mm，并且，膠料的成形工藝條件可以認(rèn)為是均勻受熱狀態(tài)，那么，制品的硫化時(shí)間與硫化曲線中所測(cè)得的正硫化時(shí)間相同（溫度一致的情況下，即加硫溫度使用硫化儀測(cè)試的溫度）；
2.2.2 若制品壁厚大于6mm，每增加1mm的厚度，則測(cè)試的正硫化時(shí)間增加1min，這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。例如，一橡膠制品，其厚度為22mm，試片測(cè)試的正硫化時(shí)間為6min（溫度設(shè)定為150℃），那么，在150℃硫化時(shí)，該制品的硫化時(shí)間為6+（22-6）×1=22min。這時(shí)間不包括操作過(guò)程的輔助時(shí)間。
3. 二段加硫時(shí)間設(shè)定
3.1 定義為了達(dá)到合理的制造工藝和合理成本，把橡膠硫化分為一段、二段兩個(gè)過(guò)程來(lái)完成的工藝方法，其第二段的工藝就是所謂的二段加硫。一段硫化主要是使制品得到定形，然后將未100%正硫化狀態(tài)而得到定形的制品集中起來(lái)進(jìn)行二段硫化。這樣，提升了一段硫化的效率，二段硫化的集中處理，也提升了效率，節(jié)省了能源。
3.2 二段硫化時(shí)間的設(shè)定
除合理成本考量，對(duì)于特種橡膠如Silicone膠、FKM橡膠，其正硫化過(guò)程的時(shí)間較長(zhǎng)，正常工藝均采用二段硫化。
NR，一般不采用二段加硫。因其非常容易產(chǎn)生硫化返原現(xiàn)象。如需要建議在100℃以內(nèi)，2小時(shí)左右；
SBR，BR一般采用100-120℃，1-2小時(shí)；
NBR，EPDM（硫磺硫化）一般采用140-150℃ 2-4小時(shí)；
EPDM （過(guò)氧）一般采用150-160℃ 2-4小時(shí)；
FKM一般采用 200-230 8-12小時(shí)。
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