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温度对橡胶硫化速度的影响

发布日期:2019-06-04 11:01:25     浏览次数:978

        硫化与所有化学反应一样,随温度升高而加快,并且大体也可适用范特霍夫(Van'tHoffan')定律。根据这一定律,温度每上升8~10°C(约相当于一个表压的蒸汽压力),其反应速度约增加一倍——或者说反应时间约减少一半。数学上,该定律可用下列方程式表示:
        式中RG是反应速度,T是温度。根据这一方程式,当温度升高20℃时,反应速度约为4倍,而当温度升高30℃时,则速度约为8倍。不过,根据这一定律设想的温度系数2,并不完全符合客观实际情况。
        以前,采用无机促进剂时,习惯上期望温度系数是2.2到2.5。及至采用有机促进剂时,就发现这些温度系数对现在的胶料过高,故非降低不可。
        二十多年前,拜耳公司实验室的广泛研究就已指出,对大多数促进剂来讲,未填充天然胶胶料的温度系数大约为2.0不过,当加入填充剂时,这个数字有所变化。例如,加入补强炭黑时(40份,以生胶重量为100计),就降低为1.86。硬质胶习惯上采用的温度系数为2.50
        在这些研究的基础上,拜耳公司设计了一种计算尺,即所谓“硫化计算尺”,并以1.86、2.17和2.50三个不同的温度系数(用缩写字TK表示)为尺子的三个标度。
        在许多情况下,硫化计算尺大有助于在一定硫化温度下确定近似的正硫化时间。但是应该注意,实际上每种胶料都有它自己的硫化温度系数。此外,根据H.奥勒(H.Auler)的计算,即使是简单的胶料,其反应速度的温度系数至少在80℃到180C之间一是与温度有关的。评论这个问题的还有弗兰克(FrankHafner)及克恩(Kern)。
        例如,假定110~120°℃之间的温度系数是2.2,而在150~160℃的范围内则可能是1.9。换言之,没有一个能够表示个温度系统的温度系数,除非明确其温度适用范围。看来抛弃潜能公式(方程式7)会更好一些,特别是由于阿累尼乌斯( Arrhenius)早在50多年前就已经发现一个反应速度和温度之间的关系式,它在实验容许的范围以内始终保持准确。这一关系式只要一个简单的系数—活化能A(见方程式8)就够了。式中R是气体常数,T为绝对温度。这一关系式与不准确的潜能公式相比并不复杂,而从图解观点来看,甚至相当容易运用。活化能可用硫化仪或振荡式可塑计予以测定。

        弗兰克、哈夫纳及克恩等人在一次重要研究中得出结论说:当量时间(即达到规定硫化度的时间)的倒数,是硫化的个非常有用的度量。
        他们认为,阿累尼乌斯的活化能是硫化速度和温度关系的准确度量,便于日常应用。以当量时间的对数对绝对温度的倒数作图并求其直线斜率,便可立即求得活化能。这个值常为24千卡/克分子左右,而与实验方法和当量的选取无关。
        根据上述情况和类似的想法,最近克瑙尔哈赛( Knauerhase)和库普斯凯( Kupske)在考虑到活化能时,他们建议用一种加工计算器求改变硫化条件的正确硫化时间。
        不过这个方法不是每个橡胶工作者都有条件使用,而且根据活化能作一般换算还要多花一些时间,但这个方法肯定是可行的。因此,尤其对硫化平坦很宽的胶料来说,若根据最普通的温度系数2来进行硫化计算时,也不致出现严重错误。
        在这些条件下,蒸汽压力每提高1大气压(表压),由于温度的上升,硫化时间大约减少一半。但当敏感胶料的温度系数大于或小于平均值2时,则使用硫化计算尺外面或中间的标尺,可以得到满意的精确度。
        为了采用流水线作业,总希望尽可能提高硫化温度,以期相应地缩短硫化时间。但这种办法受许多因素的限制,详细情况将在各个硫化方法中加以详述。
        譬如,限制提高硫化温度的一个因素是硫化平坦的宽度,这对所有硫化方法都是相当重要的。硫化平坦性非常宽的胶料可以容许使用较高的硫化温度,而平坦性窄的胶料则恰恰相反。天然胶和合成胶所允许使用的最高硫化温度也有显著差别。合成胶的热稳定性比较高,使材料性能不致受到损害而容许使用的硫化温度也比较高。
        由于硫化胶的机械性能与硫化温度有关,因此,在特殊情况下,为了满足一定的设计要求,硫化温度就不应超过某一限度。
        硫化制品的断面厚度也是限制硫化温度的因素之一。这一问题将在大型模制品的硫化和胶辊的蒸汽硫化中详细讨论。
        当用平板硫化并且为了得到尺寸一定的制品而不得不用定的模型时,硫化温度也不能变化,因为温度不同,其收缩率也不一样。
        最后,在热空气中硫化时,温度的上限则取决于氧化作用。
        只在某种情况下,可以提高硫化温度而使制品在非常短的时间内进行硫化,连续硫化法便是其中的一种。

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