способ определения минимального времени вулканизации резиновых смесей под давлением, гарантирующего отсутствие пор

Формула изобретения

Способ определения минимального времени вулканизации резиновых смесей под давлением, гарантирующим отсутствие пор, при котором в пресс-форме осуществляют вулканизацию массивного образца при заданных давлении, температуре и продолжительности нагрева, извлекают свулканизованный образец из пресс-формы, разрезают его, визуально определяют наличие пор в нем и определяют расчетный показатель степени вулканизации, отличающийся тем, что вулканизацию массивного образца осуществляют в пресс-форме со сферической формующей полостью диаметром 10 - 70 мм, полученный свулканизованный сферический образец разрезают диаметрально и при наличии пор на срезе измеряют максимальный радиус зоны порообразования и определяют минимальное время вулканизации _мин(r_п), гарантирующее отсутствие пор, по соотношению



где r_п - максимальный радиус зоны порообразования (0 < r < R), мм;

_к - общая продолжительность нагрева резинового образца в пресс-форме, с;

K - температурный коэффициент вулканизации, определяющий изменение скорости вулканизации при изменении температуры на 10 градусов, выбираемый в пределах 1,6 - 2,4 в зависимости от состава резин и уровня температур, безразмерная величина;

t(r_п,) - изменение температуры в точке с координатой (r_п) по времени () ^oC;

t_экв - постоянная эквивалентная температура, к которой приводятся результаты неизотермической вулканизации, ^oC, при этом t(r_п,) определяют по соотношению

t(r_п,) = t_c()-[t_c()-t_o],

где t_c() - изменение температуры среды по времени, ^oC;

- относительная избыточная температура, безразмерная величина;

t₀ - начальная температура образца, ^oC.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области вулканизации толстостенных резино-технических изделий, в частности к вулканизации шин, и предназначено для разработки режимов вулканизации и установки оптимальных режимов работы вулканизационного оборудования.

Известен способ определения минимального времени вулканизации резины под давлением (ГОСТ 12535-78 "Смеси резиновые. Методы определения вулканизационных характеристик"), по которому вулканизуют тонкостенный образец при заданной постоянной температуре, одновременно определяют кинетику вулканизации на реометре фирмы "Монсанто" и в последующем по реограмме (зависимость "динамический модуль M_д время ") определяют время достижения 15% от максимального значения M_д, которое и принимают за минимальное время вулканизации (в дальнейшем по тексту _мин). Однако, точность определения _мин по данному способу недостаточна, так как применение тонких образцов не дает возможности учесть влияние диффузионных процессов на порообразование, имеющееся при вулканизации толстостенных резиновых изделий. Это происходит из-за того, что летучие продукты химических реакций, образующиеся при вулканизации резин, в тонких образцах сравнительно быстро диффундируют изнутри к поверхности, и при снятии давления, даже в недостаточно свулканизованных образцах пор, не наблюдаются.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения минимального времени вулканизации резиновых смесей под давлением, гарантирующего отсутствие пор, при котором в пресс-форме осуществляют вулканизацию массивного образца при заданных давлении, температуре и продолжительности нагрева, извлекают свулканизованный образец из пресс-формы, разрезают его, визуально определяют наличие пор в нем и определяют эквивалентное время вулканизации (Зыков М. В. "Технологические аспекты интенсификации режимов вулканизации автомобильных шин". Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва. 1990 г. с.7-9, поступил в Российскую Государственную Библиотеку 26.12.90 г., рег. N 29068T.

Несовершенством способа являются недостаточная точность в определении _мин из-за дискретного изменения толщины различных образцов и значительная трудоемкость (необходима серия опытов).

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения минимального времени вулканизации резиновых смесей под давлением, гарантирующего отсутствие пор и снижение трудоемкости способа.

Указанный технический результат достигается тем, что при осуществлении способа определения минимального времени вулканизации резиновых смесей под давлением, гарантирующего отсутствие пор, в пресс-форме осуществляют вулканизацию массивного образца при заданных давлении, температуре и продолжительности нагрева, извлекают свулканизованный образец из пресс-формы, разрезают его, визуально определяют наличие пор в нем и определяют расчетный показатель степени вулканизации, согласно изобретению вулканизацию массивного образца осуществляют в пресс-форме со сферической формующей полостью диаметром от 10 до 70 мм, полученный свулканизованный сферический образец разрезают диаметрально и, при наличии пор на срезе, измеряют максимальный радиус зоны порообразования и определяют минимальное время вулканизации, гарантирующее отсутствие пор, _мин(r_п) по соотношению:



где r_п - максимальный радиус зоны порообразования (0 < r_п < R), мм;

_к - общая продолжительность нагрева резинового образца в пресс-форме, c;

K - температурный коэффициент вулканизации, определяющий изменение скорости вулканизации при изменении температуры на 10^oC, выбираемый в пределах 1,6 - 2,4 в зависимости от состава резин и уровня температур, безразмерная величина;

t(r_п,) - изменение температуры в точке с координатой (r_п) по времени (), ^oC;

t_экв - постоянная эквивалентная температура, к которой приводятся результаты неизотермической вулканизации, ^oC; при этом t(r_п,) определяют по соотношению

t(r_п,) = t_c()-[t_c()-t_o],

где t_c() - изменение температуры среды по времени, ^oC;

- относительная избыточная температура, безразмерная величина;

t₀ - начальная температура образца, ^oC;

Предлагаемый способ поясняется фигурой, на которой представлен диаметральный срез сферического резинового образца.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.

Заготовку резиновой смеси помещают в предварительно прогретую пресс-форму со сферической формующей полостью диаметром 10 - 70 мм, состоящую из 2-х симметричных разъемных полуформ и содержащую прессующее приспособление. Прессуют заготовку под давлением P, величина которого должна быть не менее 10 H/м², что превышает внутреннее давление летучих продуктов, образующихся в процессе вулканизации, и позволяет получить монолитный вулканизат. Пресс-форму с резиновой заготовкой помещают в пресс и производят вулканизацию при заданных давлении, температуре и продолжительности нагрева, осуществляя их контроль. Температура вулканизации испытуемых образцов может находиться, например, в интервале 140-200^oC, который включает практически весь диапазон изменения температур теплоносителей, используемых в производстве шин. Следует отметить также, что применение температуры нагрева ниже 140^oC может привести к необоснованному удлинению режима вулканизации, а использование температур, превышающих 200^oC, в большинстве случаев недопустимо из-за недостаточной температуростойкости резин. Приведенный диапазон изменения размеров сферической формующей полости пресс-формы диктуется необходимостью целесообразного выбора оптимальной продолжительности режима вулканизации при заданных температурах вулканизации. Применение образца диаметром более 70 мм приведет к необоснованному удлинению режима вулканизации, а использование образца диаметром менее 10 мм не обеспечивает достаточную точность определения r_п на наблюдаемом срезе, так как для корректного определения _min(r_п) желательно соблюдать соотношение (R-r_п) 3 мм. По окончании вулканизации извлекают свулканизованный сферический образец из пресс-формы, разрезают его диаметрально и, при наличии пор на срезе, измеряют максимальный радиус зоны порообразования (r_п) (см. фиг.), далее определяют минимальное время вулканизации, гарантирующее отсутствие пор, _мин(r_п) по соотношению:



где r_п - максимальный радиус зоны порообразования (0 < r < R), мм;

_к - общая продолжительность нагрева резинового образца в пресс-форме, с;

K - температурный коэффициент вулканизации, определяющий изменение скорости вулканизации при изменении температуры на 10^oC, выбираемый в пределах 1,6 - 2,4 в зависимости от состава резин и уровня температур, безразмерная величина;

t(r_п,) - изменение температуры в точке с координатой (r_п) по времени (), ^oC;

t_экв - постоянная эквивалентная температура, к которой приводятся результаты неизотермической вулканизации, ^oC.

Указанное соотношение (1) позволяет определить эквивалентное время вулканизации резин (А.И.Лукомская, П.Ф.Баденков, Л.М.Каперша "Тепловые основы вулканизации резиновых изделий". Изд-во "Химия", Москва. 1972 г., с. 254).

При этом t(r_п,) определяют по соотношению:

t(r_п,) = t_c()-[t_c()-t_o], (2)

где t_c() - изменение температуры среды по времени, ^oC;

- относительная избыточная температура, безразмерная величина;

t₀ - начальная температура образца, ^oC;

Величину определяют по соотношению:



где A_n = (-1)ⁿ⁺¹ 2, (n=1,2,3,...), безразмерная величина;

R - радиус свулканизованного образца, мм;

_п= n, характеристические числа (n=1, 2, 3...);

F_o= (a)/R² - (критерий Фурье), безразмерная величина;

где a - коэффициент температуропроводности резиновой смеси, м²/с;

- текущее время вулканизации (0 < _к), с.

Приведенные соотношения (2) и (3) с достаточной точностью, позволяют оценить изменение температуры по времени применительно к сферическому резиновому образцу при его нагреве или охлаждении в зависимости от граничных и начальных температур, размеров и теплофизических характеристик материала, из которого он изготовлен (А.В.Лыков "Теория теплопроводности". Гос.изд-во технико-теоретической литературы, Москва, 1952 г., с.98).

Причем, для корректного определения _мин(r_п) на наблюдаемом срезе сферического образца разница между радиусами R и r_п должна составлять не менее 3 мм. Это необходимо для того, чтобы избежать влияния краевых эффектов и соответствующих погрешностей, связанных с дифффузией летучих продуктов.

Пример. Резиновую смесь на основе СКИ-3 и СКД (70:30 м.ч.) с коэффициентом температуропроводности a = 1,61 10^-7 м²/с и начальной температурой t₀ = 20^oC вулканизовали в пресс-форме со сферической формующей полостью диаметром 50 мм (R=25 мм) (до снятия давления, равного 10 H/м²) в течение = 1200 с при постоянной температуре нагрева t_c, равной 155^oC. После снятия давления свулканизованный сферический образец извлекали из пресс-формы, разрезали диаметрально и, при наличии пор на срезе, измеряли максимальный радиус зоны порообразования (r_п), равный в рассматриваемом примере 20 мм. Замеры делались на одном образце. Далее _мин(r_п) рассчитывали как функцию времени вулканизации (), радиуса свулканизованного сферического образца (R), максимального радиуса зоны порообразования (r_п), критерия Фурье (F₀), температур (t_c, t_o, , t(r_п,)) при температурном коэффициенте вулканизации K = 2 и t_экв = 155^oC в соответствии с приведенными выше соотношениями (1), (2), (3). Данные, необходимые для расчетного определения изменения температуры по времени t(r_п,) в контролируемом слое, ее значения и эквивалентные времена вулканизации F(r_п,) при заданной эквивалентной температуре t_экв = 155^oC, рассчитанные с шагом по времени, равным 300 с, сведены в таблицу. За минимальное время вулканизации исследуемой резиновой смеси под давлением, гарантирующее отсутствие пор, _мин(r_п) принимаем значение эквивалентного времени вулканизации F(r_п,), соответствующее конечному моменту времени нагрева резинового образца _к, т.е. _мин(r_п) = F(r_п,_к) = 7,7 экв.мин при t_экв = 155^oC.

Таким образом, применение сферического образца для определения минимального времени вулканизации резиновых смесей под давлением позволяет повысить точность способа за счет использования в качестве исходной характеристики максимального радиуса (r_п) зоны порообразования, величина которой может изменяться непрерывно, в широком диапазоне значений, причем при использовании одного образца.

Заявленный способ, в отличие от известного, позволяет определить минимальное время вулканизации резиновых смесей под давлением _мин(r_п), гарантирующее отсутствие пор, при исследовании только одного образца, что значительно снижает его трудоемкость.