Veiksniai, turintys įtakos gumos junginių susitraukimui

1. Įvadas

1.1 Gumos gaminių susitraukimo laipsnio svarba

Vienas iš esminių guminių gaminių veikimo rodiklių yra jų susitraukimo greitis. Tai turi tiesioginės įtakos daiktų veikimui, išvaizdai ir matmenų teisingumui. Dėl didelio susitraukimo laipsnio gali atsirasti paviršiaus defektų, gaminio dydžio pokyčių ir kitų problemų, kurios neigiamai paveiks gaminio kokybę. Vadinasi, viena iš svarbiausių gumos gamybos proceso technologijų yra gumos gaminių susitraukimo greičio valdymas ir maksiminimas.

1.2 Pagrindinių veiksnių, turinčių įtakos susitraukimo greičiui, apžvalga

• Gumos formulė: susitraukimo greitis skirsis priklausomai nuo gumoje naudojamų užpildų, plastifikatorių ir žaliavų rūšių ir kiekio.
• Liejimo procedūra: Susitraukimo elgsena skirsis priklausomai nuo naudojamo liejimo tipo, pvz., liejimo įpurškimo arba presavimo.
• Formavimo sąlygos: Susitraukimo greičiui didelę įtaką daro proceso parametrų pasirinkimas, įskaitant temperatūrą, slėgį ir laikymo laiką.
• Tolesnis apdorojimas: galutiniam susitraukimo greičiui taip pat turės įtakos vėlesni proceso etapai, tokie kaip išardymas, aušinimas ir terminis apdorojimas.

2. Formulės veiksnių įtaka susitraukimo greičiui

2.1 Įvairių gumos tipų įtaka susitraukimo greičiui

2.1.1 Natūralus kaučiukas, stireno-butadieno kaučiukas, chloropreno kaučiukas ir kt.

Vienas iš pagrindinių elementų, turinčių įtakos susitraukimo greičiui, yra gumos tipas. Įvairių rūšių gumos susitraukimo elgsena skiriasi dėl jų molekulinių struktūrų, poliškumo, skersinių jungčių tankio ir kitų savybių skirtumų.

• Kadangi natūralus kaučiukas (NR) turi ilgesnę molekulinę grandinę ir mažesnį kryžminio susiejimo tankį (dažniausiai nuo 10 iki 15 procentų), jis susitraukia greičiau.
• Stireno monomeras dedamas į stireno-butadieno kaučiuką (SBR), dėl to padidėja molekulinis poliškumas, didesnis kryžminio ryšio tankis ir sumažėja susitraukimo greitis (dažniausiai 5–10%), palyginti su natūraliu kaučiuku.
• Chloropreno kaučiukas (CR) pasižymi chloro atomų buvimu, didesniu kryžminio ryšio tankiu, stipresniu molekuliniu poliškumu ir mažesniu susitraukimo greičiu (dažnai 3-8%).
• Kiti, įskaitant nitrilo kaučiuką (NBR) ir etileno-propileno kaučiuką (EPDM), pasižymi skirtingomis susitraukimo savybėmis dėl skirtingo molekulinio poliškumo ir struktūrų, todėl reikia daugiau tyrimų.

2.2 Užpildo įtaka susitraukimui

2.2.1 Neorganiniai užpildai ir organiniai užpildai

Gumos gaminio susitraukimo greičiui taip pat didelę įtaką turi naudojamų užpildų rūšis ir kiekis. Paprastai jie skirstomi į dvi grupes: neorganinius ir organinius užpildus.

• Dažniausiai pasitaikantys neorganinių užpildų tipai yra talkas, dolomito milteliai, balta suodžiai ir suodžiai. Kadangi jie yra standesni ir turi didesnį modulį, tokio tipo užpildai paprastai gali apriboti gumos matricos susitraukimą.
• Kadangi organiniai užpildai, tokie kaip celiuliozė ir medienos milteliai, susitraukia labiau nei kiti užpildai, jų pridėjus per daug, bendras susitraukimas gali padidėti.

2.2.2 Ryšys tarp užpildo kiekio ir susitraukimo

Paprastai tariant, guminis gaminys mažiau susitrauks, kuo daugiau užpildo bus. Taip yra dėl to, kad standūs užpildai gali neleisti guminei matricai deformuotis dėl susitraukimo.

Kita vertus, per didelis užpildo kiekis pablogintų gaminio mechanines savybes ir formuojamumą. Todėl labai svarbu optimizuoti ir suderinti susitraukimo kontrolę su kitais našumo poreikiais.

Kontroliuoti užpildo kiekį nuo 30 iki 50 procentų dažnai yra protingas sprendimas, nes taip galima sėkmingai sumažinti susitraukimą, nedarant didelės įtakos kitiems veikimo parametrams. Būtina filtruoti ir modifikuoti užpildo tipą ir turinį, atsižvelgiant į konkrečius gaminio poreikius.

2.3 Kitų priedų įtaka

2.3.1 minkštiklis, stabilizatorius, dažiklis ir kt.

Minkštiklis:

Su plastifikatoriumi guma gali pailgėti ir tapti plastiškesnė, tačiau taip pat padidės susitraukimas. Apskritai, didėjant plastifikatoriaus koncentracijai, susitraukimas didėja.

Stabilizatorius:

Didinant gumos skersinio susiejimo tankį, siekiant sumažinti susitraukimą, galima pridėti stabilizatorių, tokių kaip tam tikri antioksidantai ir antiozonantai. Nepaisant to, perpildymas taip pat gali sutrupėti.

Priedas:

Jei pridedamas kiekis nėra labai didelis, dažiklių, tokių kaip pigmentas ir dažai, įvedimas paprastai neturi pastebimos įtakos susitraukimui.

Kiti:

Nedidelis vulkanizatoriaus, vulkanizacijos greitintuvo, putojančio agento ir kt. kiekis taip pat gali turėti įtakos susitraukimui.

3. Proceso veiksnių įtaka susitraukimui

3.1 Maišymo sąlygų įtaka susitraukimui

3.1.1 Greitis, temperatūra, laikas ir kt.

Maišymo greitis:

Per didelis greitis sulaužys gumos molekulinę grandinę, sumažins molekulinę masę ir padidins susitraukimą. Dažnai pageidautina jį valdyti nuo 30 iki 60 aps./min.

Maišymo temperatūra:

Bet kokia per aukšta temperatūra gali pagreitinti gumos molekulių terminį blogėjimą ir toliau susitraukti. Maišymo temperatūra paprastai palaikoma tarp 110 ir 160 laipsnių.

Maišymo laikas:

Per ilgas maišymo laikotarpis gali sukelti susitraukimą ir papildomą molekulinės masės sumažėjimą. Tačiau per trumpas laikas neleidžia užpildams visiškai išsisklaidyti. Dažnai pakanka jį valdyti nuo trijų iki dešimties minučių.

Maišymo tvarka:

Siekiant sumažinti susitraukimą ir išvengti užpildo susikaupimo, pirmiausia patartina uždėti kietus užpildus, o po to minkštą gumą.

3.2 Vulkanizacijos sąlygų įtaka susitraukimui

3.2.2 Vulkanizavimo temperatūra, laikas, slėgis ir kt.

Vulkanizavimo temperatūra:

Per aukšta temperatūra gali paspartinti guminių grandinių susijungimą ir terminį gedimą, o tai padidins susitraukimą. Reguliariai pageidautina palaikyti nuo 150 iki 180 laipsnių.

Vulkanizavimo laikas:

Per daug laiko gali paspartinti susitraukimą ir paskatinti kryžminio susiejimo reakciją. Tačiau vulkanizavimas nėra visiškai pasiekiamas per per trumpą laikotarpį. Paprastai per 10–30 minučių.

Slėgis vulkanizavimo metu:

Gumos tūris bus suspaustas dėl per didelio slėgio, o tai paspartins susitraukimą. Tikslinga išlaikyti slėgio valdymą nuo 5 iki 15 MPa.

3.3 Liejimo proceso įtaka susitraukimui

3.3.1 Įpurškimas ir ekstruzija

Greitos įpurškimo ir aušinimo procedūros liejant įpurškimo būdu sukels didesnį susitraukimą. Ekstruzinis liejimas susitraukia ne taip greitai ir yra palyginti vangus.

3.3.2 Aušinimo greitis

Susitraukimo greitis didėja didėjant aušinimo greičiui. Todėl būtina kontroliuoti aušinimo greitį, kad būtų išvengta peršalimo.

4. Aplinkos veiksnių įtaka susitraukimui

4.1 Temperatūros įtaka susitraukimui

Gumos šiluminio plėtimosi koeficientas padidės didėjant temperatūrai, o tai pagreitins susitraukimo greitį.

Gumos molekulinės grandinės taip pat patirs kryžminį ryšį ir terminį skilimą aukštoje temperatūroje, o tai dar labiau padidins susitraukimą.

Įvairios sudėties gumos taip pat yra jautrios temperatūrai. Tam tikros gumos rūšys yra jautresnės temperatūros svyravimams.

Siekiant sumažinti susitraukimą, naudojant ir laikant guminius gaminius, reikia vengti aukštos temperatūros nustatymų. Svarbiems komponentams gali būti naudojami pasyvūs arba aktyvūs temperatūros valdymo metodai.

4.2 Drėgmės įtaka susitraukimui

Apskritai, drėgmė turi mažai įtakos gumos susitraukimui. Kita vertus, dėl drėgmės sugėrimo kai kurios guminės prekės, kuriose yra sugeriančių užpildų, išsiplės, padidins bendrą tūrį ir sumažins susitraukimą.

Guma lengvai sugeria drėgmę ir suminkštėja esant dideliam drėgnumui, todėl gaminio dydis gali būti nestabilus. Per didelis džiovinimas taip pat gali turėti įtakos susitraukimui ir sukelti gumos trapumą.

Taigi, naudojant ir laikant guminius gaminius, svarbu palaikyti tinkamą drėgnumo aplinką, paprastai nuo 40 iki 70 procentų santykinės drėgmės. Jei reikia, galima naudoti drėgmei atsparias priemones.

5. Išsamus optimizavimas ir kontrolė

5.1 Formulės veiksnių optimizavimas

1. Rinkitės mažai besitraukiančias gumos žaliavas, tokias kaip silikoninė arba nitrilinė guma.
2. Kad sumažintumėte susitraukimą, protingai nuspręskite ir derinkite įvairius užpildus, tokius kaip talkas, balta suodžiai ir suodžiai.
3. Pridėkite tam tikrų susitraukimą kontroliuojančių medžiagų, tokių kaip polietilenas, mažos molekulinės masės polipropilenas ir kt.
4. Pagerinkite kryžminio susiejimo sistemą, pridėdami naudingų cheminių medžiagų, keisdami sieros kiekį ir pan.

5.2 Proceso parametrų optimizavimas

• Reguliuokite maišymo tempą, laiką ir temperatūrą, kad išvengtumėte per didelio skilimo.
• Norėdami reguliuoti kryžminimo lygį, sureguliuokite vulkanizavimo temperatūrą, laiką ir slėgio parametrus.
• Nuspręskite dėl tinkamos liejimo technikos, pvz., ekstruzijos arba liejimo įpurškimo, ir reguliuokite aušinimo greitį.
• Proceso parametrų stebėjimas ir koregavimas realiuoju laiku turėtų būti atliekamas kartu su aptikimu internetu ir kitais būdais.

5.3 Aplinkos sąlygų kontrolė

1. Venkite karštos aplinkos ir, jei reikia, imkitės atitinkamų temperatūros kontrolės priemonių.
2. Reikėtų palaikyti nedidelį drėgmės diapazoną, kad būtų išvengta perdžiūvimo ar drėgmės įsisavinimo.
3. Svarbiems komponentams gali būti naudojamos papildomos priemonės, tokios kaip atsparumas drėgmei ir šilumos izoliacija.