راه حل مشکل پوسته پوسته شدن قالب لاستیکی

در صنعت پردازش لاستیک، پوسته پوسته شدن قالب یک پدیده رایج است. در طی فرآیند پخت، لایه ای از رسوب بر روی دیواره قالب تشکیل شده و به تدریج در چرخه تولید بعدی تجمع می یابد. ادبیات قبلی تأثیر عوامل مختلفی را که باعث پوسته پوسته شدن قالب می شوند مورد بحث قرار داده است. اکنون مشخص شده است که برای سولفیدهای مختلف (و اکسید روی) موجود در مخلوط لاستیک پلیمری، سولفید روی آزاردهنده ترین محصول جانبی واکنش است که باعث پوسته پوسته شدن در طول فرآیند پخت می شود. هیچ عامل رهاسازی نیمه دائمی یا پوشش دائمی (فلزی) نمی تواند از این نوع رسوب جلوگیری کند. نتیجه این است که پوسته پوسته شدن در ابتدا توسط سولفید روی (رسوب غیر آلی) متصل به قالب ایجاد می شود و یک لایه رسوب خاکستری را تشکیل می دهد. به عنوان تابعی از دما، اجزای با وزن مولکولی کم در مخلوط به میکروکریستال‌های سولفید روی متصل می‌شوند و باعث ایجاد مرحله دوم رسوب (رسوب آلی) می‌شوند. محصولات اکسیداسیون در یک بازه زمانی مشخص تشکیل می شوند و باعث رسوب کربن می شوند.
با درک علل پوسته پوسته شدن قالب و مکانیسم داخلی تشکیل میکروکریستال های سولفید روی بر روی سطح فلزی قالب، می توان روشی مناسب برای فرآیند پردازش فعلی برای کاهش تشکیل سولفید روی و جلوگیری از پوسته پوسته شدن قالب تولید کرد. . کاهش این پدیده با مطالعه علل پوسته پوسته شدن بسیار امکان پذیر است.
دو راه حل ممکن برای جلوگیری یا کاهش تشکیل کثیفی وجود دارد: تغییر ترکیب مخلوط یا بهبود سطح قالب.
ترکیب مخلوط را تغییر دهید تا مقیاس قالب کاهش یابد
مقیاس کپک ناشی از اکسید روی یا ولکانیزاسیون باید کاهش یا حذف شود. بیشتر رسوبات مربوط به محتوای بالای سولفید و اکسید روی است که معمولاً در محصولات لاستیکی تایر استفاده می شود. از نظر حجم، تایر بزرگترین محصول لاستیکی در جهان است (تا 75 درصد). بنابراین، بیشتر آزمایش‌ها با مخلوط ترکیب NR/BR و ترکیب SBR که معمولاً در تولید تایر استفاده می‌شود، انجام می‌شود. در بعد کاهش مقیاس قالب با تغییر ترکیب مخلوط، تأثیر سولفید روی، آزمایش ولکانیزاسیون کوتاه مدت و تأثیر ترکیب ترکیب بررسی شد.
◆ تعیین سولفید روی
این مطالعه با بررسی تشکیل سولفید روی که منبع کثیفی اصلی است آغاز می شود. آزمایش ولکانیزاسیون نشان داد که سولفید روی روی سطح فلز تشکیل شده است. رسوب درج را با یک میکروسکوپ بزرگنمایی 1000- برابر برای تعیین میکروکریستالی اولیه قابل مشاهده تشخیص دهید، و سپس آن را با روش RMA (ریز آنالیز Rontgen)، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، تجزیه و تحلیل کنید. تجزیه و تحلیل عنصر RMA وجود روی و گوگرد. با توجه به نسبت گوگرد و روی شناسایی شده، به این نتیجه رسیدیم که میکروکریستال ها عمدتاً از سولفید روی نامحلول تشکیل شده اند (شکل 2). به منظور تعیین وجود سولفید روی، از روش آنالیز فیزیکی (AP-TPR) برای تجزیه و تحلیل محتوای H2S در مخلوط پس از ولکانیزاسیون (روش غیر مستقیم) استفاده می شود. آزمایش ولکانیزاسیون قالب‌گیری برای تعیین فرآیند تشکیل سولفید روی در حضور آهن استفاده می‌شود. آزمایش در یک خط لوله بسته در 200 درجه و بدون اکسیژن انجام شد. لوله آزمایش حاوی ایزوتریاکونتان، اکسید روی، گوگرد و عنصر آهن با سطح بالا است. در این آزمایش سولفید روی نیز توسط RMA شناسایی شد. همانطور که انتظار می رفت، هر دو آزمایش تشکیل سولفید روی را نشان دادند. با این حال، هیچ مدرکی مبنی بر تشکیل سولفید روی در سطح مشترک بین مخلوط و قالب وجود ندارد، یا اینکه ZnS به عنوان یک محصول جانبی از واکنش روی و گوگرد در طول فرآیند پخت تشکیل شده است.
به منظور تعیین محتوای سولفید روی در مخلوط لاستیک از روش دیگری استفاده شد. لاستیک قالب گیری شده در دمای پایین آسیاب می شود و به ذرات ریز تبدیل می شود که با استون استخراج می شود و با مخلوطی از اسید کلریدریک و اسید استیک تصفیه می شود. سولفید فلز تجزیه می شود. سولفید هیدروژن تولید شده توسط محلول بافر استات کادمیوم جذب می شود و سولفید کادمیوم تشکیل شده توسط یدومتری تعیین می شود. علاوه بر این، لاستیک استخراج شده در اسید سولفوریک و اسید نیتریک در اجاق مایکروویو هیدرولیز می شود. هیدرولیز توسط ICP-ES اسکن شد.
از این نتایج می توان نتیجه گرفت که سولفید روی به عنوان محصول واکنش اکسید روی و گوگرد تشکیل می شود. در تولید ولکانیزاسیون، این محصول واکنش برای تشکیل میکروکریستال های سولفید روی بین محصولات لاستیکی و سطوح قالب در دسترس و مفید است.
قابل قبول ترین فرض این است که سولفید روی به عنوان محصول واکنش اکسید روی و گوگرد تشکیل می شود. این واکنش شیمیایی رایج در کتابچه های راهنمای لاستیکی مختلف توضیح داده شده است. یک مکانیسم واکنش ساده عبارت است از:
2RH به علاوه Sx به اضافه ZnO به علاوه (کاتالیزور) RS (x-1) - R به علاوه ZnS به اضافه H2O
اکثر مخلوط تایرها حاوی 5 قسمت اکسید روی و حدود 2 قسمت گوگرد در هر 1{9}}0 قسمت هستند. برای مخلوط لاستیک، می توان محاسبه کرد که فرمولی مبتنی بر 100 قسمت لاستیک (در کل حدود 175 قسمت) حاوی 2.8 درصد (وزن) اکسید روی و 1.1 درصد (وزن) گوگرد است. از فرمول واکنش می توان محاسبه کرد که برای هر گرم اکسید روی حدود 0.6 گرم سولفید روی تولید خواهد شد. بدیهی است که می توان مقدار قابل توجهی سولفید روی تولید کرد. در واقع، تنها سولفید روی در لایه بالایی تایر، سولفید روی میکرو کریستالی است (احتمالاً ناشی از سطح فلز). قبل از اینکه قالب باید تمیز شود، می توان حدود 500 بار قالب گیری را انجام داد.
◆ آزمایش کنید
شناخته شده است که درج (ورق فلزی کوچک) که به عنوان سطح قالب استفاده می شود، اصولاً می تواند به راحتی تجزیه و تحلیل کند که آیا میکروکریستال های سولفید روی از طریق روش RMA وجود دارد یا خیر، اما این یک آزمایش بسیار گران است. بنابراین، یک روش آزمایش ساده برای تعیین میکروکریستال های اولیه (قابل مشاهده) روی درج توسعه داده شد. با کمک میکروسکوپ نوری با بزرگنمایی 500 می توان تک بلورهای 0.5 تا 1 میکرون را مشاهده کرد. به منظور تولید میکروکریستال‌ها، آزمایش‌های ولکانیزاسیون با مخلوط‌های مختلف، دماهای مختلف و زمان‌های مختلف انجام شد. دو مخلوط انتخاب و در جدول 1 نشان داده شده است، شامل مخلوط بر اساس آج s-SBR و مخلوط میانی بر اساس مخلوط NR/BR. هر دو مخلوط به عنوان ترکیب پایه برای آزمایش های مختلف ولکانیزاسیون استفاده می شوند.
به منظور انجام آزمایش ولکانیزاسیون، یک قالب پرس ساده ساخته شده است که برای حداکثر 8 درج مناسب است. این قالب پرس برای آزمایش کوتاه مدت تا 20 سیکل ساخته شده است. پس از هر 5 چرخه متوالی، درج را به صورت چشمی بررسی کنید. به این ترتیب پارامترهای مختلفی مانند پارامترهای مخلوط افزودنی های مختلف یا پارامترهای مربوط به درج ها مانند انتخاب فلز، زبری یا پوشش قابل تشخیص است. آزمایش‌های اولیه روی دو مخلوط تایر اصلی انجام شد. مخلوط تایر در دمای 160 درجه به مدت 20 دقیقه و در دمای 200 درجه به مدت 2 دقیقه ولکانیزه شد (داده ها از روی منحنی رئومتر محاسبه شد). نتایج نشان داد که تفاوتی در تعداد میکروکریستال‌های سولفید روی یافت شده با بازرسی چشمی وجود ندارد. به منظور فشرده سازی زمان، تمام آزمایشات بعدی در 200 درجه انجام شد. پس از 20 آزمایش ولکانیزاسیون در مدت زمان کوتاه، آزمایشات بعدی با کمک قالب گیری تزریقی تا 500 ولکانیزه انجام می شود.
◆ تأثیر ترکیب مخلوط
▲ انتخاب روی
آزمایشاتی بر روی ترکیب مخلوط انجام شد. همانطور که نشان داده شد، سولفید روی به عنوان یک محصول واکنش اکسید روی (یا جزء حاوی روی) و گوگرد تشکیل می شود. حذف گوگرد یا سولفید روی از فرمول آسان نیست. زیرا این دو جزء در فرمول لاستیکی ضروری هستند. گوگرد طبیعی می تواند استحکام مکانیکی و پیوند را بهبود بخشد، در حالی که اکسید روی می تواند سیستم پخت را فعال کند.
آزمایش رئومتر نشان می دهد که بدون تغییر حداکثر گشتاور رئومتر می توان سطح اکسید روی را از 5 قسمت به 3 قسمت (هر 100 قسمت لاستیک) کاهش داد که تقریباً 2 برابر کاهش می یابد. با این حال، حتی با کاهش این سطح، رسوب سولفید روی همچنان تغییر آشکاری ندارد (جدول 2). به طور مشابه، تفاوت آشکاری بین استفاده از اکسید روی (RS) و جایگزینی اکسید روی با اندازه ذرات کوچکتر وجود ندارد.
با این حال، با استفاده از 0.25 قسمت نانو اکسید روی به جای اکسید روی با اندازه ذرات 40 نانومتر (حداکثر مقدار همان رئومتر)، می توان سطح اکسید روی را 20 برابر کاهش داد، و تفاوت در رسوب آشکار است. در آزمایش ولکانیزاسیون کوتاه مدت با نانو اکسید روی، تعداد دفعات استفاده از قالب تا 20 چرخه، و هیچ رسوب سولفید روی وجود نداشت.