Kummihallituse katlakivi probleemi lahendus

Kummitöötlemistööstuses on hallituse kihistumine tavaline nähtus. Kõvenemise käigus tekkis vormi seinale settekiht, mis kogunes järk-järgult järgnevas tootmistsüklis. Varasemas kirjanduses on käsitletud hallituse ketendust põhjustavate erinevate tegurite mõju. Nüüd on leitud, et polümeeri kummisegus sisalduvate erinevate sulfiidide (ja tsinkoksiidi) puhul on tsinksulfiid kõige tüütum reaktsiooni kõrvalsaadus, mis põhjustab kõvenemisprotsessi ajal katlakivi. Ükski poolpüsiv eraldusaine ega püsiv (metallist) kate ei suuda sellist sadestumist vältida. Järeldus on, et ketendus on algselt põhjustatud vormile kinnitunud tsinksulfiidist (anorgaaniline sade), mis moodustab halli sademekihi. Temperatuuri funktsioonina kinnituvad segus olevad madala molekulmassiga komponendid tsinksulfiidi mikrokristallidele ja põhjustavad sadestumise teise etapi (orgaaniline sadestumine). Oksüdatsiooniproduktid tekivad teatud aja jooksul ja põhjustavad süsiniku sadestumist.
Mõistes hallituse ketenduse põhjuseid ja tsinksulfiidi mikrokristallide moodustumise sisemist mehhanismi vormi metallpinnal, on võimalik toota praegusele töötlemisprotsessile sobiv meetod tsinksulfiidi tekke vähendamiseks ja hallituse ketenduse vältimiseks. . Seda nähtust on vägagi võimalik vähendada, uurides skaleerimise põhjuseid.
Mustuse tekke vältimiseks või vähendamiseks on kaks võimalikku lahendust: segu koostise muutmine või vormi pinna parandamine.
Hallituskihi vähendamiseks muutke segu koostist
Tsinkoksiidist või vulkaniseerimisest põhjustatud hallituse katlakivi tuleb vähendada või kõrvaldada. Enamik ladestusi on seotud suure sulfiidi ja tsinkoksiidi sisaldusega, mida tavaliselt kasutatakse rehvide kummitoodetes. Mahu poolest on rehv maailma suurim kummitoode (kuni 75 protsenti). Seetõttu viiakse enamik katseid läbi rehvitootmises tavaliselt kasutatava NR/BR segu ja SBR segu seguga. Segu koostise muutmise teel hallituse katlakivi vähendamise aspektist uuriti tsinksulfiidi mõju, lühiajalist vulkaniseerimiskatset ja ühendi koostise mõju.
◆ Tsinksulfiidi määramine
See uuring algab tsinksulfiidi moodustumise uurimisega, mis on algse mustuse allikas. Vulkaniseerimiskatse näitas, et metalli pinnale tekkis tsinksulfiid. Tuvastage sisestuse ladestumine 1000-kordse suurendusega mikroskoobiga, et määrata nähtav algne mikrokristall, ja seejärel analüüsige seda RMA meetodil (Rontgeni mikroanalüüs), nagu on näidatud joonisel 1. RMA elementide analüüs tuvastas tsink ja väävel. Tuvastatud väävli ja tsingi suhte järgi järeldatakse, et mikrokristallid koosnevad peamiselt lahustumatust tsinksulfiidist (joonis 2). Tsinksulfiidi olemasolu kindlakstegemiseks kasutatakse füüsikalise analüüsi meetodit (AP-TPR) H2S sisalduse analüüsimiseks segus pärast vulkaniseerimist (kaudne meetod). Tsinksulfiidi moodustumise protsessi määramiseks raua juuresolekul kasutatakse vormimise vulkaniseerimiskatset. Katse viiakse läbi suletud torustikus temperatuuril 200 kraadi ja ilma hapnikuta. Katseklaas sisaldab isotriakontaani, tsinkoksiidi, väävlit ja suure pindalaga elementrauda. Selles katses tuvastas RMA ka tsinksulfiidi. Nagu oodatud, näitasid mõlemad katsed tsinksulfiidi moodustumist. Siiski puuduvad tõendid selle kohta, et segu ja vormi vahelisel kokkupuutel moodustub tsinksulfiid või et ZnS moodustub kõvenemisprotsessi käigus tsingi ja väävli reaktsiooni kõrvalsaadusena.
Tsinksulfiidi sisalduse määramiseks kummisegus kasutati teist meetodit. Vormitud kumm jahvatatakse madalal temperatuuril ja sellest valmistatakse väikesed osakesed, mida ekstraheeritakse atsetooniga ning töödeldakse vesinikkloriidhappe ja äädikhappe seguga. Metallsulfiid laguneb. Tekkinud vesiniksulfiid absorbeeritakse kaadmiumatsetaadi puhverlahusega ja moodustunud kaadmiumsulfiid määratakse jodomeetria abil. Lisaks hüdrolüüsitakse ekstraheeritud kumm mikrolaineahjus väävelhappes ja lämmastikhappes. Hüdrolüsaat skaneeriti ICP-ES-ga.
Nendest tulemustest võib järeldada, et tsinksulfiid moodustub tsinkoksiidi ja väävli reaktsioonisaadusena. Vulkaniseerimisel on see reaktsioonisaadus saadaval ja kasulik tsinksulfiidi mikrokristallide moodustamiseks kummitoodete ja vormipindade vahel.
Kõige vastuvõetavam eeldus on, et tsinksulfiid moodustub tsinkoksiidi ja väävli reaktsioonisaadusena. Seda levinud keemilist reaktsiooni on kirjeldatud erinevates kummijuhendites. Lihtsustatud reaktsioonimehhanism on:
2RH pluss Sx pluss ZnO pluss (katalüsaator) RS (x-1) - R pluss ZnS pluss H2O
Enamik rehvisegusid sisaldab 5 osa tsinkoksiidi ja umbes 2 osa väävlit 100 osa kohta. Rehvisegu puhul võib välja arvutada, et 100 osa kummi (kokku umbes 175 osa) baasil valmistatud valem sisaldab 2,8 massiprotsenti tsinkoksiidi ja 1,1 massiprotsenti väävlit. Reaktsioonivalemist saab arvutada, et iga grammi tsinkoksiidi kohta tekib umbes 0,6 grammi tsinksulfiidi. Ilmselgelt saab toota märkimisväärses koguses tsinksulfiidi. Tegelikult on ainult rehvi ülemises kihis olev tsinksulfiid mikrokristalliline tsinksulfiid (võimalik, et selle põhjuseks on metallpind). Enne vormi puhastamist võib teha umbes 500 vormingut.
◆ Katsetage
On teada, et vormi pinnana kasutatav vahetükk (väike metallleht) suudab põhimõtteliselt RMA meetodi abil lihtsalt analüüsida, kas see sisaldab tsinksulfiidmikrokristalle, kuid see on väga kulukas test. Seetõttu töötati välja lihtne katsemeetod esialgsete (nähtavate) mikrokristallide määramiseks vahetükil. 500 suurendusega optilise mikroskoobi abil saab näha üksikuid 0,5–1 mikroniseid mikrokristalle. Mikrokristallide tootmiseks viidi läbi vulkaniseerimiskatsed erinevate segudega, erinevatel temperatuuridel ja erinevatel aegadel. Valiti välja kaks segu, mis on näidatud tabelis 1, sealhulgas s-SBR turvisel põhinev segu ja NR/BR segul põhinev vahesegu. Mõlemat segu kasutatakse erinevate vulkaniseerimiskatsete alusühendina.
Vulkaniseerimiskatse läbiviimiseks valmistatakse lihtne pressvorm, mis sobib kuni 8-le vahetükile. See pressvorm on valmistatud lühiajaliseks katseks, mis kestab kuni 20 tsüklit. Kontrollige vahetükki visuaalselt iga 5 järjestikuse tsükli järel. Sel viisil saab tuvastada erinevaid parameetreid, näiteks erinevate lisandite segu parameetrid või sisestustega seotud parameetreid, nagu metalli valik, karedus või kate. Esialgsed katsed viidi läbi kahe põhirehviseguga. Rehvisegu vulkaniseeriti 160 kraadi juures 20 minutit ja 200 kraadi juures 2 minutit (andmed arvutati reomeetri kõveralt). Tulemused näitasid, et visuaalsel vaatlusel leitud tsinksulfiidi mikrokristallide arv ei erinenud. Aja kokkusurumiseks viidi kõik edasised katsed läbi 200 kraadi juures. Pärast 20 vulkaniseerimiskatset lühikese aja jooksul tehakse survevalu abil edasised katsed, kuni 500 vulkaniseerimist.
◆ Segu koostise mõju
▲ Tsingi valik
Segu koostise osas viidi läbi katsed. Nagu näidatud, moodustub tsinksulfiid tsinkoksiidi (või tsinki sisaldava komponendi) ja väävli reaktsioonisaadusena. Väävli või tsinksulfiidi eemaldamine valemist ei ole lihtne. Kuna need kaks komponenti on kummivalemis vajalikud. Looduslik väävel võib parandada mehaanilist tugevust ja sidumist, samas kui tsinkoksiid võib aktiveerida kõvendussüsteemi.
Reomeetri katse näitab, et ilma reomeetri maksimaalset pöördemomenti muutmata saab tsinkoksiidi taset vähendada 5 osalt 3 osani (iga 100 osa kummist), mida saab peaaegu 2 korda vähendada. Kuid isegi selle taseme languse korral ei ole tsinksulfiidi ladestus ilmselget muutust (tabel 2). Samuti ei ole tsinkoksiidi (RS) kasutamise ja tsinkoksiidi asendamise vahel väiksema osakesega ilmset erinevust.
Kui aga tsinkoksiidi osakeste suurusega 40 nm (sama reomeetri maksimaalne väärtus) asemel kasutada 0,25 osa nanotsinkoksiidi, saab tsinkoksiidi taset vähendada 20 korda ja setete erinevus on ilmne. Lühiajalises vulkaniseerimiskatses nano-tsinkoksiidiga määrati stantsi kasutuskordade arv kuni 20 tsüklini ja tsinksulfiidi sadestumist ei toimunud.