Программный комплекс для решения задач математического моделирования процесса изотермической вулканизации. Способ управления процессом вулканизации Системный анализ кинетики вулканизации

Способ управления относится к производству резинотехнических изделий, а именно к способам управления процессом вулканизации. Способ осуществляют путем корректировки времени вулканизации в зависимости от времени получения максимального модуля сдвига резиновой смеси при вулканизации образцов на реометре и отклонения модуля растяжения резины в готовых изделиях от заданного значения. Это позволяет отработать возмущающие воздействия на процесс вулканизации по характеристикам исходных компонентов и режимным параметрам процессов получения резиновой смеси и вулканизации. Технический результат состоит в повышении стабильности механических характеристик резинотехнических изделий. 5 ил.

Предлагаемое изобретение относится к производству резинотехнических изделий, а именно, к способам управления процессом вулканизации.

Процесс производства резинотехнических изделий включает стадии получения резиновых смесей и их вулканизации. Вулканизация является одним из важнейших процессов в технологии получения резины . Вулканизация производится путем выдерживания резиновой смеси в прессах, специальных котлах или вулканизаторах при температуре 130-160°С в течение заданного времени. При этом происходит соединение макромолекул каучука поперечными химическими связями в пространственную вулканизационную сетку, в результате чего пластическая резиновая смесь превращается в высокоэластичную резину . Пространственная сетка образуется в результате активированных теплом химических реакций между молекулами каучука и вулканизирующими компонентами (вулканизаторами, ускорителями, активаторами) .

Основными факторами, влияющими на процесс вулканизации и качество готовых изделий, являются природа вулканизационной среды, температура вулканизации, продолжительность вулканизации, давление на поверхность вулканизируемого изделия, условия нагревания .

При существующей технологии режим вулканизации обычно разрабатывается заранее расчетными и экспериментальными методами и задается программа проведения процесса вулканизации при производстве изделий . Для пунктуального выполнения предписанного режима производится оснащение процесса средствами контроля и автоматизации, максимально точно реализующими предписанную жесткую программу проведения режима вулканизации . Недостатками способа являются нестабильность характеристик производимых изделий вследствие невозможности обеспечения полной воспроизводимости процесса, вследствие ограничения точности систем автоматизации и возможности смещения режимов , а также изменения характеристик резиновой смеси во времени.

Известен способ вулканизации с регулированием температуры в паровых котлах, плитах или рубашках форм путем изменения расхода теплоносителей . Недостатками способа являются большой разброс характеристик получаемых изделий вследствие смещения рабочих режимов, а также изменения реакционной способности резиновой смеси.

Известен способ управления процессом вулканизации путем непрерывного контроля за теми параметрами процесса, которые определяют его протекание: температуры теплоносителей, температуры поверхностей вулканизируемого изделия . Недостатком данного способа является нестабильность характеристик получаемых изделий вследствие нестабильности реакционной способности, поступающей на формование резиновой смеси, и получение различных характеристик изделия при вулканизации в одинаковых температурных условиях.

Известен способ корректировки режима вулканизации, включающий определение по контролируемым внешним температурным условиям на вулканизирующих поверхностях изделий расчетными методами температурного поля в вулканизируемом изделии, определение кинетики неизотермической вулканизации тонких лабораторных пластин по динамическому модулю гармонического сдвига в найденных неизотермических условиях, определение продолжительности процесса вулканизации, при которой достигается оптимальный комплекс важнейших свойств резины, определение температурного поля для многослойных стандартных образцов, моделирующих элемент покрышки по составу и геометрии, получение кинетики неизотермической вулканизации многослойных пластин и определение эквивалентного времени вулканизации по выбранному ранее оптимальному уровню свойств, вулканизация многослойных образцов на лабораторном прессе при постоянной температуре в течение эквивалентного времени вулканизации и анализ получаемых характеристик . Данный способ существенно точнее используемых в промышленности методов расчета эффектов и эквивалентных времен вулканизации, но он более громоздок и не учитывает изменение нестабильности реакционной способности поступающей на вулканизацию резиновой смеси.

Известен способ регулирования процесса вулканизации, при котором измеряется температура на лимитирующих процесс вулканизации участках изделия, по этим данным рассчитываются степени вулканизации, при достижении равенства заданной и расчетной степени вулканизации цикл вулканизации прекращается . Достоинством системы является корректировка времени вулканизации при изменении колебания температурного процесса вулканизации. Недостатком данного способа является большой разброс характеристик получаемых изделий вследствие неоднородности резиновой смеси по реакционной способности к вулканизации и отклонения используемых в расчете констант кинетики вулканизации от реальных констант кинетики перерабатываемой резиновой смеси.

Известен способ управления процессом вулканизации, заключающийся в расчете на R-C сетке температуры в контролируемой плечевой зоне с использованием граничных условий на основании измерений температуры поверхности пресс-форм и полости диафрагмы температур, расчете эквивалентных времен вулканизации, определяющих степень вулканизации на контролируемом участке, при реализации эквивалентного времени вулканизации на реальном процессе процесс прекращается. Недостатками способа являются его сложность и большой разброс характеристик получаемых изделий вследствие изменения реакционной способности к вулканизации (энергии активации, предэкспоненциального множителя констант кинетики) резиновой смеси.

Наиболее близким к предлагаемому является способ управления процессом вулканизации, при котором синхронно реальному процессу вулканизации по граничным условиям на основании измерений температуры на поверхности металлической пресс-формы производится расчет температуры в вулканизируемых изделиях на сеточной электромодели, расчетные значения температуры выставляются на вулкаметре, на котором параллельно основному процессу вулканизации исследуется кинетика неизотермической вулканизации образца из перерабатываемой партии резиновой смеси, при достижении заданного уровня вулканизации на вулкаметре формируются команды управления на агрегат вулканизации изделий [АС СССР №467835]. Недостатками способа являются большая сложность реализации на технологическом процессе и ограниченная область применения .

Задача изобретения - повышение стабильности характеристик выпускаемых изделий.

Данная цель достигается тем, что время вулканизации резинотехнических изделий на технологической линии корректируют в зависимости от времени получения максимального модуля сдвига резиновой смеси при вулканизации образов перерабатываемой резиновой смеси в лабораторных условиях на реометре и отклонения модуля растяжения резины в производимых изделиях от заданного значения.

Предлагаемое решение иллюстрируется фиг.1-5.

На фиг.1 приведена функциональная схема системы управления, реализующей предлагаемый способ управления.

На фиг.2 приведена структурная схема системы управления, реализующей предлагаемый способ управления.

На фиг.3 приведен временной ряд разрывной прочности на растяжение муфты Джубо, производимой на ОАО «Балаковорезинотехника».

На фиг.4 приведены характерные кинетические кривые по моменту сдвига образов резиновой смеси.

На фиг.5 приведен временной ряд изменения продолжительности вулканизации образцов резиновой смеси до 90-процентного уровня достижимого модуля сдвига вулканизата.

На функциональной схеме системы, реализующей предлагаемый способ управления (см. фиг.1), представлены стадия приготовления резиновой смеси 1, стадия вулканизации 2, реометр 3 для исследования кинетики вулканизации образцов резиновой смеси, прибор механического динамического анализа 4 (или разрывная машина) для определения модуля растяжения резины готовых изделий или образцов спутников, управляющее устройство 5.

Способ управления реализуется следующим образом. Образцы из партий резиновой смеси анализируются на реометре и значения времени вулканизации, при котором момент сдвига резины имеет максимальное значение, поступают на управляющее устройство 5. При изменении реакционной способности резиновой смеси управляющее устройство корректирует время вулканизации изделий. Таким образом, отрабатываются возмущения по характеристикам исходных компонентов, влияющих на реакционную способность получаемой резиновой смеси. Модуль на растяжение резины в готовых изделиях измеряется методом динамического механического анализа или на разрывной машине и также поступает на управляющее устройство. Неточность полученной корректировки, а также наличие изменений температуры теплоносителей, условий теплообмена и других возмущающих воздействий на процесс вулканизации отрабатываются путем корректировки времени вулканизации в зависимости от отклонения модуля растяжения резины в производимых изделиях от заданного значения.

Структурная схема системы управления, реализующая данный способ управления и представленная ни фиг.2, включает управляющее устройство канала прямого управления 6, управляющее устройство канала обратной связи 7, объект управления процессом вулканизации 8, звено транспортного запаздывания 9 для учета продолжительности времени определения характеристик резины готовых изделий, элемент сравнения канала обратной связи 10, сумматор 11 для суммирования корректировок времени вулканизации по прямому каналу управления и каналу обратной связи, сумматор 12 для учета влияний неконтролируемых возмущающих воздействий на процесс вулканизации.

При изменении реакционной способности резиновой смеси изменяется оценка τ макс и управляющее устройство по прямому каналу управления 1 корректирует время вулканизации на технологическом процессе на величину Δτ 1 .

На реальном процессе условия вулканизации отличаются от условий на реометре, поэтому время вулканизации, необходимое для получения максимального значения момента на реальном процессе, также отличается от полученного на приборе, причем это отличие изменяется во времени вследствие нестабильности условий вулканизации. Отработка этих возмущений f производится по каналу обратной связи путем введения поправки Δτ 2 управляющим устройством 7 контура обратной связи в зависимости от отклонения модуля резины в производимых изделиях от заданного значения Е зад.

Звено транспортного запаздывания 9 при анализе динамики системы учитывает влияние времени, необходимого для проведения анализа характеристик резины готового изделия.

На фиг.3 приведен временной ряд условного разрывного усилия муфты Джуба, выпускаемой ОАО «Балаковорезинотехника». Данные показывают наличие большого разброса изделий по данному показателю. Временной ряд можно представить в виде суммы трех составляющих: низкочастотной х 1 , среднечастотной х 2 , высокочастотной x 3 . Наличие низкочастотной составляющей говорит о недостаточной эффективности существующей системы управления процессом и принципиальной возможности построения эффективной системы управления по обратной связи для снижения разброса параметров готовой продукции по своим характеристикам.

На фиг.4 приведены характерные экспериментальные кинетические кривые по моменту сдвига при вулканизации образов резиновой смеси, полученные на реометре MDR2000 "Alfa Technologies". Данные показывают неоднородность резиновой смеси по реакционной способности к процессу вулканизации. Разброс по времени выхода на максимальный момент вращения составляет от 6,5 мин (кривые 1,2) до более 12 мин (кривые 3,4). Разброс по завершенности процесса вулканизации составляет от недостижения максимального значения момента (кривые 3,4) до наличия процесса перевулканизации (кривые 1,5).

На фиг.5 приведен временной ряд времени вулканизации до 90-процентного уровня максимального момента сдвига, полученный при исследовании вулканизации образов резиновой смеси на реометре MDR2000 "Alfa Technologies". Данные показывают наличие низкочастотного изменения времени вулканизации для получения максимального момента сдвига вулканизата.

Наличие большого разброса механических характеристик муфты Джуба (фиг.3) говорит об актуальности решения задачи повышения стабильности характеристик резинотехнических изделий для повышения их эксплуатационной надежности и конкурентоспособности. Наличие нестабильности реакционной способности резиновой смеси к процессу вулканизации (фиг.4,5) говорит о необходимости изменения времени в процессе вулканизации изделий из этой резиновой смеси. Наличие низкочастотных составляющих во временных рядах условного разрывного усилия готовых изделий (фиг.3) и во времени вулканизации для получения максимального момента сдвига вулканизата (фиг.5) говорит о принципиальной возможности повышения качественных показателей готовой продукции путем корректировки времени вулканизации.

Рассмотренное подтверждает наличие в предлагаемом техническом решении:

Технического результата, т.е. предлагаемое решение направлено на повышение стабильности механических характеристик резинотехнических изделий, снижение количества бракованных изделий и соответственно снижение удельных норм расхода исходных компонентов и энергии;

Существенных признаков, заключающихся в корректировке продолжительности процесса вулканизации в зависимости от реакционной способности резиновой смеси к процессу вулканизации и в зависимости от отклонения модуля резины на растяжение в готовых изделиях от заданного значения;

Каучук, добываемый в природе, не всегда подходит для изготовления деталей. Это вызвано тем, что его природная эластичность очень низка, и очень зависит от внешней температуры. При температурах близких к 0, каучук становится твердым или при дальнейшем понижении он становится хрупким. При температуре порядка + 30 градусов каучук начинает размягчаться и при дальнейшем нагреве переходит в состояние расплава. При обратном охлаждении своих изначальных свойств он не восстанавливает.

Для обеспечения необходимых эксплуатационных и технических свойств резины в каучук добавляют различные вещества и материалы – сажу, мел, размягчители и пр.

На практике применяют несколько методов вулканизации, но их объединяет одно – обработка сырья вулканизационной серой. В некоторых учебниках и нормативных документах говорится о том, что в качестве вулканизирующих агентов могут быть использованы сернистые соединения, но на самом деле они могут считаться таковыми, только потому, что они содержат в себе серу. Иначе, они могут оказывать влияние вулканизацию ровно, так же как и остальные вещества, которые не содержат соединений серы.

Некоторое время назад, проводились исследования в отношении проведения обработки каучука органическими соединениями и некоторыми веществами, например:

• фосфор;
• селен;
• тринитробензол и ряд других.

Но проведенные исследования показали, что никакого практической ценности эти вещества в части вулканизации не имеют.

Процесс вулканизации

Процесс вулканизации каучука можно разделить на холодный и горячий. Первый, может быть разделен на два типа. Первый подразумевает использование полухлористой серы. Механизм вулканизации с применением этого вещества выглядит таким образом. Заготовку, выполненную из натурального каучука, размещают в парах этого вещества (S2Cl2) или в ее растворе, выполненный на основе какого-либо растворителя. Растворитель должен отвечать двум требованиям:

1. Он не должен вступать в реакцию с полухлористой серой.
2. Он должен растворять каучук.

Как правило, в качестве растворителя можно использовать сероуглерод, бензин и ряд других. Наличие полухлористой серы в жидкости не дает каучуку растворяться. Суть этого процесса заключается в насыщении каучука этим химикатом.

Длительность процесса вулканизации с участием S2Cl2 в результате определяет технические характеристики готового изделия, в том числе эластичность и прочность.

Время вулканизации в 2% — м растворе может составлять несколько секунд или минут. Если процесс будет затянут по времени, то может произойти так называемая перевулканизация, то есть заготовки теряют пластичность и становятся очень хрупкими. Опыт говорит о том, что при толщине изделия порядка одного миллиметра операцию вулканизации можно проводить несколько секунд.

Эта технология вулканизации является оптимальным решением для обработки деталей с тонкой стенкой – трубки, перчатки и пр. Но, в этом случае необходимо строго соблюдать режимы обработки иначе, верхний слой деталей может быть вулканизирован больше, чем внутренние слои.

По окончании операции вулканизации, полученные детали необходимо промыть или водой, или щелочным раствором.

Существует и второй способ холодной вулканизации. Каучуковые заготовки с тонкой стенкой, помещают в атмосферу, насыщенную SO2. Через определенное время, заготовки перемещают в камеру, где закачан H2S (сероводород). Время выдержки заготовок в таких камерах составляет 15 – 25 минут. Этого времени достаточно для завершения вулканизации. Эту технологию с успехом применяют для обработки клееных швов, что придает им высокую прочность.

Специальные каучуки обрабатывают с применением синтетических смол, вулканизация с их использованием не отличается от той, что описана выше.

Горячая вулканизация

Технология такой вулканизации выглядит следующим образом. К отформованной из сырого каучука добавляют определенное количество серы и специальных добавок. Как правило, объем серы должен лежать в диапазоне 5 – 10% конечная цифра определяется исходя из предназначения и твердости будущей детали. Кроме серы, добавляют так называемый роговой каучук (эбонит), содержащий 20 – 50% серы. На следующем этапе происходит формование заготовок из полученного материала и их нагрев, т.е. вулканизация.

Нагрев проводят различными методами. Заготовки помещают в металлические формы или закатывают в ткань. Полученные конструкции укладывают в печь разогретую до 130 – 140 градусов Цельсия. В целях повышения эффективности вулканизации в печи может быть создано избыточное давление.

Сформированные заготовки могут быть уложены в автоклав, в котором находиться перегретый водяной пар. Либо их помещают в нагреваемый пресс. По сути, этот метод наиболее распространен на практике.

Свойства каучука прошедшего вулканизацию зависят от множества условий. Именно поэтому вулканизацию относят к самым сложным операциям, применяемым в производстве резины. Кроме того, немаловажную роль играет и качество сырья и метод его предварительной обработки. Нельзя забывать и об объеме добавляемой серы, температуры, продолжительность и метод вулканизации. В конце концов, на свойства готового продукта оказывает и наличие примесей разного происхождения. Действительно наличие многих примесей позволяет выполнить правильную вулканизацию.

В последние годы в резиновой промышленности стали использовать ускорители. Эти вещества добавленные в каучуковую смесь ускоряют протекающие процессы, снижают энергозатраты, другими словами эти добавки оптимизируют обработку заготовки.

При реализации горячей вулканизации на воздухе необходимо присутствие свинцовой окиси, кроме того может потребоваться присутствие свинцовых солей в купе с органическими кислотами или с соединениями которые содержат кислотные гидроокислы.

В качестве ускорителей применяют такие вещества как:

• тиурамидсульфид;
• ксантогенаты;
• меркаптобензотиазол.

Вулканизация, проводимая под воздействием водяного пара может существенно сократиться если использовать такие химические вещества, как щелочи: Са(ОН)2, MgO, NaOH, КОН, или соли Na2CО3, Na2CS3. Кроме того, ускорению процессов поспособствуют соли калия.

Существуют и органические ускорители, это амина, и целая группа соединений, которые не входят в какую-либо группу. Например, это производные от таких веществ как амины, аммиак и ряд других.

На производстве чаще всего применяют дифенилгуанидин, гексаметилентетрамин и многие другие. Не редки случаи, когда для усиления активности ускорителей используют окись цинка.

Кроме добавок и ускорителей не последнюю роль играет и окружающая среда. К примеру, наличие атмосферного воздуха создает неблагоприятные условия для проведения вулканизации при стандартном давлении. Кроме воздуха, отрицательное воздействие оказывают угольный ангидрид и азот. Между тем, аммиак или сероводород оказывают положительной воздействие на процесс вулканизации.

Процедура вулканизации придает каучуку новые свойства и модифицирует существующие. В частности, улучшается его эластичность и пр. контролировать процесс вулканизации можно контролировать, постоянно замеряя изменяемые свойства. Как правило, для этого используют определение усилия на разрыв и растяжение на разрыв. Но эти метод контроля не отличаются точностью и его не применяют.

Резина как продукт вулканизации каучука

Техническая резина – это композиционный материал, содержащий в своем составе до 20 компонентов, обеспечивающих различные свойства этого материала. Резину получают путем вулканизации каучука. Как отмечалось выше, в процессе вулканизации происходит образование макромолекул, обеспечивающие эксплуатационные свойства резины, так обеспечивается высокая прочность резины.

Главное отличие резины от множества других материалов тем, что она обладает способностью к эластичным деформациям, которые могут происходить при разных температурах, начиная от комнатной и заканчивая куда более низкими. Резина значительно превышает каучук по ряду характеристик, например, ее отличает эластичность и прочность, стойкость к температурным перепадам, воздействию агрессивных сред и многое другое.

Цемент для вулканизации

Цемент для вулканизации используют для операции самовулканизации, она может начинаться с 18 градусов и для горячей вулканизации до 150 градусов. Этот цемент не включает в свой состав углеводороды. Существует также цемент типа ОТР, используемый для нанесения на шероховатые поверхности внутри шин, а также на Тип Топ RAD- и PN-пластыри серии OTR с увеличенным временем высыхания. Применение такого цемента позволяет достичь длительных сроков эксплуатации восстановленных шин, применяемых на специальной строительной технике с большим пробегом.

Технология горячей вулканизации шин своими руками

Для выполнения горячей вулканизации покрышки или камеры понадобится пресс. Реакция сварки каучука и детали происходит за определенный период времени. Это время зависит от размера ремонтируемого участка. Опыт показывает, что для устранения повреждения глубиной в 1 мм, при соблюдении заданной температуры, потребуется 4 минуты. То есть для ремонта дефекта глубиной в 3 мм, придется затратить 12 минут чистого времени. Подготовительное время в расчет не принимаем. А между тем выведение вулканизационного устройства в режим, в заисимости от модели может занять порядка 1 часа.

Температура, необходимая для проведения горячей вулканизации лежит в пределах от 140 до 150 градусов Цельсия. Для достижения такой температуры нет необходимости в использовании промышленного оборудования. Для самостоятельного ремонта шин вполне допустимо применение домашних электробытовых приборов, к примеру, утюга.

Устранение дефектов автомобильной покрышки или камеры при помощи устройства для вулканизации – это довольно трудоемкая операция. У него существует множество тонкостей и деталей, и поэтому рассмотрим основные этапы ремонта.

1. Для обеспечения доступа к месту повреждения необходимо покрышку снять с колеса.
2. Зачистить рядом с местом повреждения резину. Ее поверхность должна стать шероховатой.
3. С применением сжатого воздуха обдуть обработанное место. Корд, появившийся наружу необходимо удалить, его можно откусить кусачками. Резина должна быть обработана специальным составом для обезжиривания. Обработка должна быть проведена с двух сторон, снаружи и изнутри.
4. С внутренней стороны, на место повреждения должна быть уложена заранее подготовленная в размер заплатка. Укладку начинают со стороны борта покрышки в сторону центра.
5. С наружной стороны на место повреждения необходимо положить куски сырой резины, нарезанные на кусочки по 10 – 15 мм, предварительно их необходимо прогреть на плите.
6. Уложенный каучук надо прижать и разровнять по поверхности шины. При этом надо следить за тем, что бы слой сырой резины был выше рабочей поверхности камеры на 3 – 5 мм.
7. Через несколько минут, с использование УШМ (угловая шлифмашина), необходимо снять слой наложенной сырой резины. В том случае, если оголенная поверхность рыхлая, то есть в ней присутствует воздух, всю нанесенную резину требуется убрать и операцию нанесения каучука повторить. Если в ремонтном слое нет воздуха, то есть, поверхность ровная и не содержит пор, ремонтируемую деталь, можно отправлять под разогретый до указанной выше температуры.
8. Для точного расположения шины на прессе имеет смысл пометить центр дефектного места мелом. Для предотвращения прилипания нагретых пластин к резине, между ними надо проложить плотную бумагу.

Вулканизатор своими руками

Любое устройство для горячей вулканизации должно содержать два компонента:

• нагревательный элемент;
• пресс.

Для самостоятельного изготовления вулканизатора могут потребоваться:

• утюг;
• электрическая плитка;
• поршень от ДВС.

Вулканизатор, который изготовлен своими руками, необходимо оснастить его регулятором, который сможет его выключить по достижении рабочей температуры (140-150 градусов Цельсия). Для эффективного прижима можно использовать обыкновенную струбцину.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Развитие методов и приборов определения степени вулканизации и вулканизационных характеристик

1.2. Метод вибрационной реометрии

1.3. Возможности использования результатов реометрических испытаний

1.4. Усовершенствованные модели вибрационных реометров

1.5. Математические основы интерпретации кинетических кривых

2. МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Программное обеспечение количественной интерпретации кинетических кривых процесса вулканизации

2.1.1. Система Table Curve и ее использование для количественной интерпретации кинетических кривых

2.1.2. Система Table Curve 3D

2.1.3. Характеристика интегрированной системы MatLab

2.2. Объекты исследования 63 ф 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1. Анализ воспроизводимости кинетических кривых процесса вулканизации

3.2 Анализ основных эмпирических моделей для количественной интерпретации кинетических кривых процесса вулканизации

3.2.1. Интегральные кривые

3.2.2. Дифференциальные кривые 100 ^ 3.2.3. Кривые модуля потерь

3.3. Кинетические модели

3.4. Влияние рецептурно-технологических факторов на характер кинетических кривых процесса вулканизации

3.4.1. Температурная зависимость кинетических кривых процесса вулканизации

3.4.2. Влияние рецептурных факторов на характер кинетических кривых процесса вулканизации

Рекомендованный список диссертаций

• Исследование кинетики вулканизации диеновых каучуков комплексными структурирующими системами 2000 год, кандидат химических наук Молчанов, Владимир Иванович

• Развитие научных основ технологии по созданию и переработке обувных термопластичных резин методом динамической вулканизации 2007 год, доктор технических наук Карпухин, Александр Александрович

• Моделирование неизотермической вулканизации автомобильных шин на основе кинетической модели 2009 год, кандидат технических наук Маркелов, Владимир Геннадьевич

• Алгоритмическо-информационное обеспечение системного анализа автоматизированных химико-технологических процессов структурирования многокомпонентных эластомерных композитов 2017 год, кандидат технических наук Кузнецов, Андрей Сергеевич

• Автоматизированная система косвенной стабилизации разрывной прочности резинотехнических изделий 2009 год, кандидат технических наук Климов, Антон Павлович

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Количественная интерпретация кинетических кривых процесса вулканизации в системе организации рабочего места технолога-резинщика»

В последние годы появилась целая серия новых программных продуктов, позволяющих технологу решать задачи, постановка которых ранее была невозможна.

Например, методы планирования эксперимента уже давно используются в работах технологов-резинщиков, но наиболее часто применявшиеся приемы описания почти стационарной области опирались исключительно на построение полиномов второй и реже третьей степени. Сейчас такие задачи можно решать гораздо более эффективными способами, получая модели, параметры которых можно интерпретировать на основе физико-химических -представлений.

Появилась также возможность принципиально иного подхода к формированию баз данных, связанных с хранением и использованием информации, необходимой для разработки режимов вулканизации изделий и контроля технологических процессов, и в первую очередь процесса смешения.

Использование новых программных продуктов в работе технолога-резинщика практически избавляет его от необходимости хранения информации на бумажных носителях и может рассматриваться как один из важных компонентов его рабочего места.

Целью диссертационной работы: явилось формирование основных приемов рациональной интерпретации кинетических кривых процесса вулканизации и создание для этого комплекса программ-модулей, позволяющих специалисту работать на действительно современном уровне.

Для достижения этой цели были решены следующие задачи.

Проведение статистического анализа количественных характеристик, получаемых при обработке кинетических кривых процесса вулканизации.

Разработка способа наиболее информативного представления экспериментальных данных при обработке кинетических кривых и написание соответствующей программы.

Рассмотрение возможных вариантов моделей для количественной интерпретации интегральных и дифференциальных кинетических кривых, проведение статистического анализа этих моделей, разработка рекомендаций об условиях их применения и способов построения моделей при наличии процессов вторичного характера, протекающих при вулканизации.

Анализ взаимосвязей параметров этих моделей и вулканизационных характеристик. Разработка на основе этого способов воссоздания кинетической кривой по вулканизационным характеристикам, исключив тем самым необходимость хранения информации на бумажных носителях.

Обоснование необходимости получения дифференциальных кинетических кривых (кривых скорости), анализ возможности классификации этих кривых и эффективности использования статистических моментов для осмысления результатов кинетических исследований.

Проведение сопоставительного анализа реограмм и кривых модуля потерь, оценка возможности предсказания вулканизационных характеристик по кривым модуля потерь.

Анализ возможности получения дифференциального уравнения, характеризующего процесс вулканизации, на основе аппроксимации интегральной кривой с помощью?эмпирических моделей. Оценка возможности расчета константы скорости и порядка реакции при такой аппроксимации.

Рассмотрение влияния- рецептурно-технологических факторов на характер кинетических кривых процесса вулканизации и> оценка преимущества применения контурных графиков для анализа этого влияния.

Разработка методов решения перечисленных проблем является актуальной для специалистов резиновой промышленности.

Научная новизна.

1. Впервые показана взаимосвязь параметров моделей- для описания реограмм и кинетических кривых скорости и их связь с вулканизационными характеристиками. На основе этого разработан способ построения кинетических кривых по вулканизационным характеристикам.

2. На основе анализа влияния рецептурно-технологических факторов на характер кинетических кривых процесса вулканизации разработан метод построения контурных графиков, облегчающих принятие решений при планировании новых и оценке существующих режимов вулканизации.

3. Показано, что наряду с вулканизационными характеристиками целесообразно вычислять статистические моменты кривых скорости, которые характеризуют форму кривой в целом, а не фиксируют отдельные точки на этой кривой.

4. Впервые показана возможность получения дифференциального уравнения, характеризующего процесс вулканизации, на основе аппроксимации интегральной кривой с помощью эмпирических моделей.

Практическая значимость.

1. На основе разработанного способа адекватного воссоздания кинетической кривой по вулканизационным характеристикам исключается необходимость хранения информации кинетического характера (например, реограмм) на бумажных носителях.

2. Использование контурных графиков в координатах «продолжительность вулканизации - уровень рецептурно-технологического фактора» необходимо для принятия правильных решений при оптимизации рецептуры и планировании новых и оценке существующих режимов вулканизации.

3. Показана целесообразность построения и анализа дифференциальных кинетических кривых скорости, получаемых на реометрах нового поколения, поскольку форма этих кривых в большей степени (по сравнению с реограммами) чувствительна к изменению рецептурно-технологических факторов.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Похожие диссертационные работы по специальности «Технология и переработка полимеров и композитов», 05.17.06 шифр ВАК

• Повышение эффективности теплообменных процессов при термообработке гуммировочных покрытий с использованием СВЧ-энергии 2004 год, кандидат технических наук Шестаков, Демид Николаевич

• Высокоэластичные композиционные материалы на основе смеси каучуков 2000 год, кандидат химических наук Халикова, Саодатхон

• Ингредиенты полифункционального действия на основе азометинов для технических резин 2010 год, доктор технических наук Новопольцева, Оксана Михайловна

• Оптимизация тепловых состояний химически реагирующих твердофазных объектов 1997 год, доктор физико-математических наук Журавлев, Валентин Михайлович

• Моделирование и расчет нестационарных тепловых процессов индукционного нагрева при производстве резинотехнических изделий 2012 год, кандидат технических наук Карпов, Сергей Владимирович

Заключение диссертации по теме «Технология и переработка полимеров и композитов», Кашкинова, Юлия Викторовна

1. Статистический анализ количественных характеристик, получаемых при обработке реограмм, показал, что эти характеристики определяются с большой дисперсией воспроизводимости. Особенно это касается кинетических параметров, связанных с величиной степени вулканизации (минимальный крутящий момент и его приращение), и в меньшей степени - параметров, связанных с продолжительностью процесса (время начала вулканизации, время 90 и 50% -го превращения).

2. Впервые разработан метод построения контурных 1рафиков, облегчающих принятие решений при планировании новых и оценке существующих режимов вулканизации. Метод основан на создании моделей, характеризующих зависимость степени или скорости вулканизации от времени; параметры этих моделей являются произвольными функциями одного или нескольких рецегпурно-технолошческих факторов. Разработана про1рамма для реализации этого метода.

3. Предложена группа моделей для адекватной количественной интерпретации интегральных и дифференциальных кинетических кривых; параметры этих моделей могут быть истолкованы с позиций физико-химических представлений. В ряде случаев кинетические кривые могут быть описаны путем суммирования таких моделей.

4. Показана взаимосвязь параметров интегральных и дифференциальных моделей между собой и их связь с вулканизационными характеристиками. На основе этого впервые разработан способ адекватного воссоздания кинетической кривой по вулканизационным характеристикам. Это дает возможность исключить необходимость хранения информации на бумажных носителях.

5. Показана целесообразность построения и анализа дифференциальных кинетических кривых скорости процесса вулканизации. Их форма в большей степени чувствительна к изменению рецептурно-технологических факторов, нежели в случае интегральных кривых.

6. На значительном экспериментальном массиве (88 кривых) показано, что дифференциальные кинетические кривые процесса вулканизации при их интерпретации в качестве функций распределения могут быть отнесены к типу IV семейства кривых Пирсона, но в большинстве случаев адекватно описываются моделью 8062 по каталогу программы Table Curve, являющейся дифференциальной формой интегральной модели 8092.

7. Показано, что наряду с вулканизационными характеристиками целесообразно вычислять статистические моменты кривых скорости, которые характеризуют форму кривой в целом, а не фиксируют отдельные точки на этой кривой.

8. Показано, что при отсутствии реверсии вулканизационные характеристики можно вычислить путем анализа кривой модуля потерь.

9. Впервые показана возможность получения дифференциального уравнения, характеризующего процесс вулканизации, на основе аппроксимации интегральной кривой с помощью эмпирических моделей. В этом случае константа скорости и порядок реакции могут быть выражены через параметры модели и, следовательно, через вулканизационные характеристики.

10. Рассмотрено влияние рецептурно-технологических факторов на характер кинетических кривых процесса вулканизации и обоснованы преимущества применения контурных графиков для анализа этого влияния. Показано, что результаты кинетических исследований процесса вулканизации целесообразно представлять в виде множества линий равного уровня для ряда вулканизационных характеристик и кинетических параметров. Разработана классификация диаграмм вулканизации на основе теории графов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кашкинова, Юлия Викторовна, 2005 год

1. Уральский M.JL, Горелик Р.А., Буканов A.M. Контроль и регулирование технологических свойств резиновых смесей. - Ml: Химия, 1983. - 128 с.

2. Махлис Ф.А., Федюкин Д.Л., Терминологический справочник по резине. -М.: Химия, 1989. -400с.

3. Догадкин Б.А., Донцов А.А., ШершневВ.А. Химия эластомеров. - М.: Химия, 1981.-376 с.

4. Корнев А.Е., Буканов A.M., Шевердяев О.Н. Технология эластомерных материалов. М.: Эксим, 2000. - 288 с.

5. Лукомская А.И., Баденков П.Ф:, Кеперша Л.М. Расчеты и прогнозирование режимов вулканизации резиновых изделий. - М.: Химия, 1978. 280 с.

6. Спутник резинщика. / Под ред. Л.М. Горбунова. Л.: Госхимиздат, 1932. - 464 с.

7. Дж. Р.Скотт Физические испытания каучука и резины.-М.: Химия, 1968.-316 с.

8. Вулканизация эластомеров: Пер. с англ. / Под ред. Г. Аллигера, ф И. Сьетуна. М.: Химия, 1967. - 428 с.

9. ASTM Standart D"412 98а, «Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers - Tension.», Annual Book of ASTM Standards, Volume 09.01.

10. Little L. How to- use DSC to measure state-of-cure for elastomers. // Elastomerics. 1988. - 121, № 2. - P. 22-25.

11. Brasier D. W. Applicattions of thermal analytical procedures in the study of elastomers and elastomer systems // Rubber chemistry and technology. - 1980. - 53, № 3 - P.437-511.

12. Берштейн B.A., Егоров B.M. Дифференциальная сканирующая ®1 калориметрия в физикохимии полимеров. Л.: Химия, 1990. - 256 с.

13. Уэндландт У. Термические методы анализа.: Пер. с англ. - М.: Мир, 1978.-526 с.

14. Агаянц И. М., Пять столетий каучука и резины. М.: Модерн, 2002. - 432 с.

15. Новаков И.А., Новопольцева О.М., Кракшин М.А. Методы оценки-и регулирования* пластоэластических и вулканизационных свойств эластомеров и композиций на их основе. - М.: Химия, 2000. - 240с.

16. ГОСТ 10722-76 Каучуки и резиновые смеси. Метод определения вязкости и способности к преждевременной вулканизации. // М.: Изд-вол стандартов. - 1976., 11 с.

17. ASTM D1646-99 Standard Test Methods for Rubber Viscosity, Stress Relaxation, and Pre-Vulcanization Characteristics (Mooney Viscometer). -ASTM International, 10-May-1999,11 p.

18. Орловский П.Н., Лукомская А.И., Цыдзик M.A., Богатова С. К. Оценка технологических свойств сажевых резиновых смесей на сдвиговом пластометре. // Каучук и резина. 1960. - №7. - С. 21-28.

19. Peter J. and Heidemann W. A new method for determining the optimum cure of rubber compounds. // Kautschuk und Gummi. 1958. - №11. - P. 159 - 161.

20. Blow С. M. Rubber technology and manufacture. Institution of rubber Industry: 1971.-527 p.

21. Lautenschlaeger F.K., Myhre M. Classification of properties of elastomers using the «optimum property concept». // Journal of applied polymer science. -1979. 24, № 3 - P. 605-634.

22. Claxton W. E., Conant F. S. and Liska J. W., Evaluation of progressive ф changes in elastomer properties during vulcanization. // Rubber Chemistry and"

23. Technology. 1961. V. 34, P. 777.

24. Decker G. E., Wise R. W., and Guerry D., Ail oscillating disk rheometer for measuring dynamic properties during vulcanization. // Rubber Chemistry and Technology. 1963. V.36, P. 451.

25. Greensmith H.W., Watson A.A. Studies on the curing characteristics of natural rubber. // Proceedings of natural rubber conference. Part II - Kuala Lumpur. -1968 P. 120 - 134.

26. Sezna J.A. The use of processability tests for quality assurance. // Rubber world. 1989. - 199, №4. P. 88-94.

27. ГОСТ 12535-84. Смеси резиновые. Метод определения вулканизационныххарактеристик на вулкаметре. // М.: Изд-во стандартов. -1984.13 с.

28. ASTM Standard 2084-93, Standard Test Method for Rubber Property - Vulcanization Using Oscillating Disk Cure Meter, Appendix X2, History of the Oscillating Disk Cure Meter, Section«X2.6 and Table X2.1.

29. JS JSO 3417-78.Row Rubber Measurement of Cure Characteristics with the Oscillating Curometer.- 1981.

30. ISO 6502 Rubber-Measurement of vulcanization characteristics with rotorless curemetrs. Second edition, 1991.

31. Мак-Келви Д. M. Переработка полимеров: Пер. с англ. М.: Химия, 1968.-496 с.

32. Приборы и методы оценки свойств резиновых смесей, перерабатываемых литьем под давлением / Галле А. П., Конгаров Г. С., Федоров Е. Г. Поздрашенкова Г.И. -М.: ЦЬЖИТЭнефтехим, 1981. -76 с.

33. Алфрей Т. Механические свойства высокополимеров: Пер. с англ. М.:1982.-320 с.

34. Monsnto Rheometer 100, Description and application. Technical Bulletin No IS-1, 18 p.

35. Подалинский A.B., Юрчук Т. E. Ковалев H. В. Об оценке стандартности каучука СКИ-3 методом вулкаметрического анализа. // Каучук и резина.1983. №10. - с.27-32.

36. Kato Н., Fujuta Н Some novel systems for crosslinking polychloroprene. // Rubber Chemistry and Technology 1971. -V. 48. - p. 19-25.

37. Резцова E.B., Виленц Ю: E. Влияние технологических факторов переработки резиновых смесей на основе СКИ-3 и СКМС-ЗОАРКМ-15 на кинетику их вулканизации и динамические характеристики резин.// Каучук и резина. 1971. -№12. - с.15-18.

38. Anand R., Blacly D.C., Lee K.S. Correlation between Monsanto reometer torque and concentration of crosslinks for elastomers networks. International Rubber Conference «Rubbercone», 1982 June 2-4.

39. Вольфсон Б. JI, Горелик Б. М. Кучерский А. М. Определение условно-равновесного модуля резин на вулкаметрах с биконическим ротором. // Каучук и резина.- 1977.-N6.- с. 57-58.

40. Вольфсон Б. Л., Горелик Б. М. Определение модуля сдвига эластомеров на вулкаметрах с биконическим ротором. // Каучук и резина.- 1977.- N1.- С. 51-54.

41. Чарлсби А. Ядерные излучения и полимеры: Пер. с англ. - М.: Издатинлит, 1962. 210 с

42. Подалинский А. В. Федоров Ю. Н. Кропачева Е. Н. Изучение температурной зависимости скорости вулканизации альтернантного сополимера бутадиена с пропиленом. // Каучук и резина, -1982.- N2.- С. 16-19.

43. Догадкин Б. А. Химия эластомеров. М.: Химия, 1972. - 381 с.

44. Юровски В., Кубис Е. Метод определения- параметров процессов структурирования и деструкции резины при вулканизации. //Каучук и резина.-1980.-N8.-C.60-62.

45. Оборудование- для определения характеристик эластомеров и резин фирмы «Goettfert».

46. Web сайт // www.goettfert.com/index.html

47. Мак Кейб К. Усиление эластомеров: Пер. с англ. / Под ред. Дж- Крауса. -М.: 1968.-С. 188-200.

48. Печковская К. А. Сажа как усилитель каучуков. М.: Химия, 1968. - 215с.

49. Rohu C.L., Starita J.N. Using dynamic rheological measurements for real time on-line and off-line quality control. // Rubber world. -1986. -194, № 6. P. 28-33.

50. Захаренко H.B., Козоровицкая Е.И. Палкина Ю.З., Суздальницкая Ж.С. Способы оценки свойств резиновых смесей. ЦНИИТЭнефтехим; серия: производство РТИ и АТИ. Выпуск №3 1988 г., 52 стр.

51. Шевчук В.П., Кракшин М.А., Делаков Е.П., Терехова Е.А. Автоматизированное рабочее место разработчика рецептуры в производстве РТИ. // Каучук и резина. 1987. - №2.-С. 41-43.

52. Сарле X., X. Вандорен П., Вингриф* С.М. Миникомпьютер для технологов резинщиков // Междунар. конф. по каучуку и резине. М.,ф 1984.- С.39.- (Препринты).

53. Смит М. А., Роебух X. Современный контроль качества резиновых смесей.// Междунар. конф. по каучуку и резине.- М., 1984.- С.51,-(Препринты).

54. Pawlowski Н. A. and Perry A. L., «А New Automatic Curemeter» presented at the RPI Rubber Conference 84, Birmingham, U.K., Mar. 1984;

55. Robert I. Barker, David P. King and Henry A. Pawlowski (to Monsanto Co.) U.S. 4,552,025 (Nov. 12,1985);

56. Thomas D. Masters and Henry A. Pawlowski (to Monsanto Co.) U.S. 4,794,788 (Jan. 3, 1989);

57. Ф 55. Henri A. G. Burhin, David P. J. King and Willy A. G. Sprentels (to Monsanto

59. Measuring visco-elastic properties using the MDR 2000 rheometer. Resent advances and applications. Technical notes to the industry. Monsanto instruments and equpment. REF: LLN 89/4.

60. Web-сайт// www.komef.ru/gibrheometre.shtml

61. Оборудование для определения вулканизационных характеристик XDR® Reometers & Viscometers by CCSi. ]

62. Web-сайт// www.ccsi-mc.com/html-instruments.htm

63. Jack С. Warner and Tobin L., «Innovations in Cure Meter and Mooney Viscometer Technology», presented at the 148th meeting of the American Chemical Society in Cleveland, Ohio October 17-20, 1995, Rubber World.1997. - V.215, №4.

64. Andries van Svaaij. The rubber process analyzer 2000. // Natural Rubber. -23, 3-th quarter 2001. - p. 2-4.

65. Роджер Э., Седов A.C., Неклюдов Ю.Г., Производственные версии приборов и программного обеспечения ф. «Альфа Текнолоджис». - XI международная научно-практическая конференция «Резиновая промышленность. Сырье, материалы, технология.» Москва, 2005. 224с.

66. Оборудование фирмы Alpha Technologies.

67. Web-сайт//www.alpha-technologies.com/instruments/rheometry.htm

68. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. - М.: Наука, 1971.-576 с.

69. Агаянц И.М., Орлов A.JI. Планирование эксперимента и анализ данных: методические указания к лабораторным работам. - М.: ИПЦМИТХТ,1998, 143 с.

70. Сиськов В.И. Корреляционный анализ в экономических исследованиях. М.: Статистика, 1975. - 168 с.

71. Браунли К.А. Статистические исследования в производстве: Пер. с англ. / Под ред. А.Н. Колмогорова. М.: Издатинлит, 1949. - 228 с.

72. Лукомский Я.И: Теория корреляции и ее применение к анализу производства. М.: Госстатиздат, 1958. - 388 с.

73. Крамер Г. Математические методы статистики: Пер. с англ. М.: Мир, 1975 .-648 с.

74. Ануфриев И.Е. Самоучитель MatLab 5.3/б.х. СПб.: БХВ-Петербург, 2002.-736 с.

75. КашкиноваТО.В., Агаянц И.М. Формы представления экспериментальных данных при изучении кинетики процесса вулканизации. // 16-й симпозиум «Проблемы шин и резинокордных композитов»: ФГУП «НИИШП» Москва, 2005. - с. 187-194.

76. The Mosanto MDR 2000E in testing of cure kinetics a tools to improve cured rubber article quality H.B. Burhin, Louvain-la-Neuve (Belgium)/ Kautschuk und Gummi, Kunstst. -1992, -45, № 10, -p. 866-870

77. Measuring visco-elastic properties using the MDR 2000 rheometer, Louvain-la-neuve, 1989, 20 p:

78. Вараксин M.E., Кучерский A.M., Кузнечикова В.В., Радаева Г.И. Новые приборы и методы оценки свойств резиновых смесей: серия: производство РТИ и АТИ. Выпуск №3 М., ЦНИИТЭнефтехим, 1989 г. - 126 с.

79. Агаянц И.М., Кашкинова Ю.В. Анализ воспроизводимости реометрических кривых процесса вулканизации. // 9-я научно-практическая конференция «Резиновая промышленность. Сырье и материалы»: ФГУП «НИИШП» Москва, 2002. - с.7-10.

80. Агаянц И.М., Кашкинова Ю.В. Эмпирические модели кинетических кривых процесса вулканизации. // Международная конференция по каучуку и резине: Тез. Докл. Москва, 2004. - с.28-29:

81. Агаянц И.М., Кашкинова Ю.В. Количественная интерпретация кинетических кривых. // Ученые записки МИТХТ. Выпуск 11, 2004. с. 3-8.

82. Кашкинова Ю.В., Агаянц-И.М. Влияние рецептурно-технологических факторов на вулканизационные характеристики и кинетические параметры процесса вулканизации. // Ученые записки МИТХТ. Выпуск 13, 2005. - с. 34-38.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вулканиз а ция -- технологический процесс взаимодействия каучуков с вулканизующим агентом, при котором происходит сшивание молекул каучука в единую пространственную сетку. Вулканизующими агентами могут являться: сера, пероксиды, оксиды металлов, соединения аминного типа и др. Для повышения скорости вулканизации используют различные катализаторы-ускорители.

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.

Вулканизации 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.

Вулканизация при р емонт е покрышек

Технологический процесс ремонта покрышек состоит из подготовки поврежденных участков для наложения починочных материалов, наложения починочных материалов на поврежденные участки и вулканизации ремонтируемых мест.

Вулканизация ремонтируемых мест является одной из самых важных операций при ремонте покрышек.

Сущность вулканизации заключается в том, что при нагреве до известной температуры в невулканизованной резине протекает физико-химический процесс, в результате которого резина приобретает эластичность, прочность, упругость и другие необходимые качества.

При вулканизации двух кусков резины, склеенных резиновым клеем, они превращаются в монолитную конструкцию и прочность их соединения не отличается от прочности сцепления основного материала внутри каждого куска. При этом для обеспечения необходимой прочности куски резины должны быть прижаты -- опрессованы под давлением 5 кг/см 2 .

Для того чтобы совершился процесс вулканизации, недостаточно произвести только нагрев до необходимой температуры, т. е. до 143+2°; процесс вулканизации не совершается мгновенно, поэтому нагретые покрышки необходимо выдержать определенное время при температуре вулканизации.

Вулканизация может произойти и при более низкой температуре, чем 143°, но при этом требуется больше времени. Так, например, при снижении температуры против указанной всего лишь на 10° время вулканизации должно быть увеличено в два раза. С целью сокращения времени на предварительный прогрев при вулканизации применяют электроманжеты, позволяющие вести прогрев одновременно с двух сторон покрышки, сокращая при этом время вулканизации и улучшая качество ремонта. При одностороннем прогреве покрышек большой толщины происходит перевулканизация участков резин, соприкасающихся с вулканизационным оборудованием, и недовулканизация резин с противоположной стороны. Время вулканизации в зависимости от вида повреждения и размера покрышки колеблется от 30 до 180 минут -- для покрышек и от 15 до 20 минут для камер

Для вулканизации в автохозяйствах применяется стационарный вулканизационный аппарат модели 601, выпускаемый трестом ГАРО.

В рабочий комплект вулканизационного аппарата входят корсеты для секторов, затяжки корсетов, протекторные и бортовые профильные пoдкладки, струбцины, прижимные накладки, песочные мешки, матрацы,.

При давлении пара в котле 4 кг/см 2 обеспечивается необходимая температура поверхности вулканизационного оборудования 143"+2°. При давлении 4,0--4,1 кг/см 2 предохранительный клапан должен открываться.

Вулканизационные аппараты перед пуском в эксплуатацию должны быть осмотрены инспектором котлонадзора.

Внутренние повреждения покрышек вулканизуются на секторах, наружные -- на плитах с применением профильных подкладок. Сквозные повреждения (при наличии электроманжет вулканизуются на плите с профильной подкладкой, при отсутствии электроманжет раздельно: сначала с внутренней стороны на секторе, затем с наружной на плите с профильной накладкой.

Электроманжета состоит из нескольких слоев резины и наружного слоя прорезиненного чефера, в середине которых помещена спираль из нихромовой проволоки для нагрева и терморегулятор для поддержания постоянной температуры (150°).

вулканизация промышленность ремонт покрышка

Рис. 4. Стационарный вулканизационный аппарат ГАРО модели 601: 1 -- сектор; 2 -- бортовая плита; 3 -- котел-парообразователь; 4 -- малые струбцины для камер; 5 -- кронштейн для камер; 6 -- манометр; 7--струбцина для покрышек; 8 -- топка; 9 -- водомерное стекло; 10 -- ручной плунжерный насос; 11 -- всасывающая трубка

Перед вулканизацией отмечают границы ремонтируемого участка покрышки. Для устранения прилипания тальком опудри-вают его, а также песочный мешочек, электроманжету и вулка-низационное оборудование (секторы, профильные подкладки и др.), соприкасающиеся с покрышкой.

При вулканизации на секторе опрессовка достигается с помощью затяжки корсета, а при вулканизации на плите с помощью мешка с песком и струбцины.

Профильные подкладки (протекторные и бортовые) подбираются в соответствии с ремонтируемым местом покрышки и ее размером.

Электроманжета при вулканизации располагается между покрышкой и песочным мешком.

Время начала и конца вулканизации отмечается мелом на специальной доске, установленной у вулканизационного оборудования.

Отремонтированные покрышки должны отвечать следующим требованиям:

1) покрышки не должны иметь неотремонтированных мест;

2) на внутренней стороне покрышки не должно быть вздутий и следов отслоений заплат, недовулканизации, складок и утолщений, ухудшающих работу камеры;

3) наложенные по протектору или боковине участки резины должны быть полностью свулканизованы до твердости по Шору 55--65;

4) восстановленные в процессе ремонта участки протектора размером более 200 мм должны иметь рисунок, одинаковый со всем протектором покрышки; рисунок типа «Вездеход» должен быть нанесен независимо от размера восстановленного участка протектора;

5) форма бортов покрышки не должна быть искажена;

6) утолщения и впадины, искажающие наружные габариты и поверхность покрышки, не допускаются;

7) отремонтированные участки не должны иметь отставаний; допускается наличие раковин или пор до 20 мм 2 по площади и до 2 мм глубиной в количестве не более двух на квадратный дециметр;

8) качество ремонта покрышек должно обеспечивать гарантийный их пробег после ремонта.

Вулканизация при р емонт е камер

Подобно технологическому процессу ремонта покрышек технологический процесс ремонта камер состоит из подготовки поврежденных участков для наложения заплат, наложения заплат и вулканизации.

В объем работ по подготовке поврежденных участков для наложения заплат входят: выявление скрытых и видимых повреждений, снятие старых невулканизованных заплат, закругление краев с острыми углами, шероховка резин вокруг повреждения, очистка камер от шероховальной пыли.

Рис. 5. Сектор для вулканизации покрышек: 1 -- сектор; 2 -- покрышка; 2 -- корсет; 4 -- затяжка

Рис. 6. Вулканизация бортовых повреждений покрышки на бортовой плите:1 -- покрышка; 2 -- бортовая плита: 3 -- бортовая подкладка; 4 -- мешок с песком; 5 -- металлическая накладка; 6 -- струбцина

Видимые повреждения выявляются внешним осмотром при хорошем освещении и обводятся химическим карандашом.

Для выявления скрытых повреждений, т. е. небольших проколов, незаметных на глаз, камера в надутом состоянии погружается в ванну с водой, и по выходящим пузырькам воздуха определяется место прокола, которое также обводится химическим карандашом. Поврежденная поверхность камеры подвергается шероховке карборундовым камнем или проволочной щеткой на ширине 25--35 мм от границ повреждения, не допуская попадания шероховальной пыли вовнутрь камеры. Зашерохованные места очищаются щеткой.

Починочными материалами для ремонта камер являются: невулканизованная камерная резина толщиной 2 мм, резина камер, негодных для ремонта, и прорезиненный чефер. Сырой, невулканизованной резиной заделываются все проколы и разрывы размером до 30 мм. Резиной для камер ремонтируются повреждения более 30 мм. Эта резина должна быть эластичной, без трещин и механических повреждений. Сырую резину освежают бензином, промазывают клеем концентрации 1: 8 и просушивают в течение 40--45 минут. Камеры шерохуют проволочной щеткой или карборундовым камнем на шероховальном станке, после чего их очищают от пыли, освежают бензином и просушивают в течение 25 минут, затем промазывают два раза клеем концентрации 1: 8 и просушивают после каждой намазки в течение 30--40 минут при температуре 20--30°. Чефер промазывают один раз клеем концентрации 1: 8, затем просушивают.

Заплату вырезают с таким расчетом, чтобы она со всех сторон перекрывала отверстие на 20--30 мм и была меньше границ зашерохованной поверхности на 2--3 мм. Накладывается она на ремонтируемый участок камеры одной стороной и постепенно прикатывается роликом по всей поверхности, так, чтобы между ней и камерой не осталось пузырьков воздуха. При наклейке заплат необходимо следить, чтобы склеиваемые поверхности были совершенно чистыми, свободными от влаги, пыли и жирных пятен.

В тех случаях, когда камера имеет разрыв свыше 500 мм, ее можно отремонтировать путем вырезки поврежденного куска и вставки на его место такого же куска из другой камеры того же размера. Этот метод ремонта получил название стыкования камер. Ширина стыка должна быть не менее 50 мм.

Поврежденная у корпусов вентилей наружная резьба восстанавливается с помощью плашек, а внутренняя -- метчиками.

При необходимости замены вентиля его вырезают вместе с фланцем и привулканизовывают на новом месте другой вентиль. Место расположения старого вентиля ремонтируют, как обычное повреждение.

Вулканизация поврежденных мест производится на вулканизационном аппарате модели 601 или на вулканизационном аппарате ГАРО для вулканизации камер. Время вулканизации заплат--15 минут и фланцев -- 20 минут при температуре 143+2°.

При вулканизации камера прижимаётся струбциной через деревянную накладку к поверхности плиты. Накладка должна быть больше заплаты на 10--15 мм.

Если ремонтируемый участок не помешается на плите, то вулканизуется он в две-три последовательные установки (ставки).

После вулканизации наплывы на незашерохованную поверхность срезают ножницами, а края заплат и заусенцы снимают на камне шероховального станка.

Отремонтированные камеры должны отвечать следующим требованиям:

1) камера, наполненная воздухом, должна быть герметична как по телу камеры, так и в месте крепления вентиля;

2) заплаты должны быть плотно привулканизованы, не иметь пузырей и пористости, их твердость должна быть одинаковой с резиной камеры;

3) края заплат и фланцев не должны иметь утолщений и отслоений;

4) резьба вентиля должна быть исправной.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Понятие неметаллические материалы. Состав и классификация резин. Народнохозяйственное значение каучука. Резины общего и специального назначения. Вулканизация, этапы, механизмы и технология. Деформационно-прочные и фрикционные свойства резин и каучуков.

курсовая работа , добавлен 29.11.2016


Кинетика вулканизации резины. Особенности вулканизации смесей на основе комбинации каучуков CКД-CКН-40 обычными серными вулканизующими системами. Механизм разрушения полимера. Особенности разрушения полимеров в различных физических и фазовых состояниях.

отчет по практике , добавлен 06.04.2015


Разновидности каучука, особенности его применения в промышленности и технологии изготовления. Влияние введения дополнительных ингредиентов и использование вулканизации при изготовлении каучука на конечные свойства продукта. Охрана труда при работах.

дипломная работа , добавлен 20.08.2009


Получение динамических термоэластопластов путем смешения каучука с термопластом при одновременной вулканизации эластомера в процессе смешения (метод динамической вулканизации). Особенности влияния концентрации каучука на свойства механических смесей.

курсовая работа , добавлен 08.06.2011


Технология изготовления изделий из пластмасс прессованием. Основные группы пластмасс, их физические свойства, недостатки и способы переработки. Специальные свойства резины, зависящие от типа применяемого каучука. Сущность и значение вулканизации.

лабораторная работа , добавлен 06.05.2009


Анализ конструкции машины. Сущность процесса вулканизации и работа оборудования. Пресс-форма малоотходная и способ получения деталей с ее помощью. Содержание работ по ремонту механической части. Разработка предложений по модернизации и усовершенствованию.

курсовая работа , добавлен 22.12.2014


Понятие и основные этапы процесса сращивания кабелей, способы и принципы его реализации. Последовательность работ при холодном способе сращивания кабелей с применением компаунда К115Н или К-15, путем свободного обогрева с последующей вулканизацией.

реферат , добавлен 12.12.2009


Назначение, устройство, принцип действия червячного редуктора с верхним расположением червяка. Химический состав и свойства стали 20Х. Измерительные инструменты, применяемые при ремонте. Техника безопасности при ремонте технологического оборудования.

дипломная работа , добавлен 28.04.2013


Технология производства топливных гранул и брикетов, древесного угля, щепы, дров. Биогаз, биоэтанол, биодизель: особенности изготовления и направления практического использования, необходимое оборудование и материалы, перспективы использования в Коми.

курсовая работа , добавлен 28.10.2013


Основные технологии переработки автомобильных покрышек и резинотехнических изделий. Возможные способы применения резиновой крошки. Области применения корда. Перечень оборудования для переработки покрышек методом пиролиза и механическим способом.