Solució al problema d'escala del motlle de cautxú

A la indústria de processament del cautxú, l'escala de motlles és un fenomen comú. Durant el procés de curat, es va formar una capa de sediment a la paret del motlle i es va acumular gradualment en el cicle de producció posterior. La literatura anterior ha discutit la influència de diversos factors que causen l'escala del motlle. Ara s'ha trobat que per a diversos sulfurs (i òxid de zinc) continguts a la barreja de cautxú de polímer, el sulfur de zinc és el subproducte de la reacció més molest que provoca l'escala durant el procés de curat. Cap agent d'alliberament semipermanent o recobriment permanent (metall) pot evitar aquest tipus de deposició. La conclusió és que la descamació és causada inicialment pel sulfur de zinc (dipòsit inorgànic) unit al motlle i forma una capa de dipòsit gris. En funció de la temperatura, els components de baix pes molecular de la mescla s'uneixen als microcristalls de sulfur de zinc i provoquen la segona etapa de deposició (deposició orgànica). Els productes d'oxidació es formen en un període de temps determinat i provoquen la deposició de carboni.
Mitjançant la comprensió de les causes de l'escala del motlle i el mecanisme intern de la formació de microcristalls de sulfur de zinc a la superfície metàl·lica del motlle, és possible produir un mètode adequat per al procés de processament actual per reduir la formació de sulfur de zinc i evitar l'escala del motlle. . És molt possible reduir aquest fenomen estudiant les causes de l'escala.
Hi ha dues possibles solucions per prevenir o reduir la formació de brutícia: canviar la composició de la mescla o millorar la superfície del motlle.
Canvieu la composició de la mescla per reduir l'escala del motlle
S'ha de reduir o eliminar l'escala de motlle causada per l'òxid de zinc o la vulcanització. La majoria dels dipòsits estan relacionats amb un alt contingut de sulfur i òxid de zinc, que s'utilitzen habitualment en productes de cautxú de pneumàtics. Per volum, el pneumàtic és el producte de cautxú més gran del món (fins a un 75 per cent). Per tant, la majoria dels experiments es porten a terme amb la barreja de compost NR/BR i compost SBR utilitzat habitualment en la producció de pneumàtics. En l'aspecte de la reducció de l'escala del motlle canviant la composició de la mescla, es va investigar la influència del sulfur de zinc, l'experiment de vulcanització a curt termini i la influència de la composició del compost.
◆ Determinació del sulfur de zinc
Aquest estudi comença amb la investigació de la formació de sulfur de zinc, que és la font de la brutícia original. L'experiment de vulcanització va demostrar que es va formar sulfur de zinc a la superfície metàl·lica. Detecteu el dipòsit de la inserció amb un microscopi d'ampliació de 1000-plegament per determinar el microcristal·lí inicial visible i, a continuació, analitzeu-lo amb el mètode RMA (microanàlisi Rontgen), tal com es mostra a la figura 1. L'anàlisi d'elements RMA va detectar la presència de zinc i sofre. Segons la proporció de sofre i zinc detectada, es conclou que els microcristalls estan formats principalment per sulfur de zinc insoluble (Fig. 2). Per tal de determinar l'existència de sulfur de zinc, s'utilitza un mètode d'anàlisi física (AP-TPR) per analitzar el contingut d'H2S a la mescla després de la vulcanització (mètode indirecte). S'utilitza un experiment de vulcanització d'emmotllament per determinar el procés de formació de sulfur de zinc en presència de ferro. L'experiment es realitza en una canonada tancada a 200 graus i sense oxigen. El tub d'assaig conté isotriacontà, òxid de zinc, sofre i un element de gran superfície de ferro. En aquest experiment, RMA també va detectar sulfur de zinc. Com era d'esperar, ambdós experiments van mostrar la formació de sulfur de zinc. Tanmateix, no hi ha evidència que es formi sulfur de zinc a la interfície entre la mescla i el motlle, o que el ZnS es formi com a subproducte de la reacció de zinc i sofre durant el procés de curat.
Per determinar el contingut de sulfur de zinc a la mescla de cautxú, es va aplicar un altre mètode. El cautxú modelat es tritura a baixa temperatura i es converteix en petites partícules, que s'extreuen amb acetona i es tracten amb una barreja d'àcid clorhídric i àcid acètic. El sulfur metàl·lic es descomposa. El sulfur d'hidrogen generat s'absorbeix per la solució tampó d'acetat de cadmi i el sulfur de cadmi format es determina per iodometria. A més, el cautxú extret s'hidrolitza en àcid sulfúric i àcid nítric en un forn de microones. L'hidrolitzat va ser escanejat per ICP-ES.
A partir d'aquests resultats, es pot concloure que el sulfur de zinc es forma com a producte de reacció d'òxid de zinc i sofre. En la producció de vulcanització, aquest producte de reacció està disponible i és útil per a la formació de microcristalls de sulfur de zinc entre els productes de cautxú i les superfícies del motlle.
La hipòtesi més acceptable és que el sulfur de zinc es forma com a producte de reacció d'òxid de zinc i sofre. Aquesta reacció química comuna es descriu en diversos manuals de cautxú. Un mecanisme de reacció simplificat és:
2RH més Sx més ZnO més (catalitzador) RS (x-1) - R més ZnS més H2O
La majoria de les mescles de pneumàtics contenen 5 parts d'òxid de zinc i unes 2 parts de sofre per 100 parts. Per a una barreja de pneumàtics, es pot calcular que una fórmula basada en 100 parts de cautxú (unes 175 parts en total) conté un 2,8 per cent (pes) d'òxid de zinc i un 1,1 per cent (pes) de sofre. A partir de la fórmula de reacció, es pot calcular que es generaran uns 0,6 grams de sulfur de zinc per cada gram d'òxid de zinc. Evidentment, es pot produir una quantitat considerable de sulfur de zinc. De fet, només el sulfur de zinc a la capa superior del pneumàtic és sulfur de zinc microcristal·lí (possiblement causat per la superfície metàl·lica). Abans de netejar el motlle, es poden realitzar unes 500 vegades d'emmotllament.
◆ Experimentar
Se sap que la inserció (petita xapa metàl·lica) utilitzada com a superfície del motlle pot, en principi, analitzar fàcilment si conté microcristalls de sulfur de zinc mitjançant el mètode RMA, però aquesta és una prova molt cara. Per tant, es va desenvolupar un mètode de prova senzill per determinar els microcristalls inicials (visibles) a la inserció. Amb l'ajuda d'un microscopi òptic amb un augment de 500, es poden veure microcristalls individuals de 0,5 a 1 micra. Per tal de produir microcristalls, es van realitzar experiments de vulcanització amb diferents mescles, diferents temperatures i diferents temps. Es van seleccionar dues mescles i es van mostrar a la taula 1, inclosa la barreja basada en la banda de rodament s-SBR i la barreja intermèdia basada en la barreja NR/BR. Ambdues mescles s'utilitzen com a compost base per a diversos experiments de vulcanització.
Per dur a terme l'experiment de vulcanització es fabrica un motlle de premsa senzill, apte per a fins a 8 insercions. Aquest motlle de premsa està fabricat per a un experiment a curt termini de fins a 20 cicles. Inspeccioneu visualment l'insert cada 5 cicles consecutius. D'aquesta manera, es poden detectar diversos paràmetres, com ara paràmetres de mescla de diferents additius, o paràmetres relacionats amb les insercions, com la selecció de metalls, la rugositat o el recobriment. Es van realitzar experiments preliminars amb dues barreges bàsiques de pneumàtics. La barreja de pneumàtics es va vulcanitzar a 160 graus durant 20 minuts i a 200 graus durant 2 minuts (les dades es van calcular a partir de la corba del reòmetre). Els resultats van mostrar que no hi havia cap diferència en el nombre de microcristalls de sulfur de zinc trobats per inspecció visual. Per tal de comprimir el temps, tots els experiments posteriors es van dur a terme a 200 graus. Després de 20 experiments de vulcanització en poc temps, es realitzen més experiments amb l'ajuda d'emmotllament per injecció, fins a 500 vulcanitzacions.
◆ Influència de la composició de la mescla
▲ Selecció de zinc
Es van fer experiments sobre la composició de la mescla. Com s'ha demostrat, el sulfur de zinc es forma com a producte de reacció d'òxid de zinc (o component que conté zinc) i sofre. No és fàcil eliminar el sofre o el sulfur de zinc de la fórmula. Perquè aquests dos components són necessaris en la fórmula del cautxú. El sofre natural pot millorar la resistència mecànica i la unió, mentre que l'òxid de zinc pot activar el sistema de curat.
L'experiment del reòmetre mostra que sense canviar el parell màxim del reòmetre, el nivell d'òxid de zinc es pot reduir de 5 parts a 3 parts (cada 100 parts de cautxú), que es pot reduir gairebé en un factor de 2 vegades. Tanmateix, fins i tot amb la disminució d'aquest nivell, el dipòsit de sulfur de zinc encara no té canvis evidents (taula 2). De la mateixa manera, no hi ha cap diferència òbvia entre l'ús d'òxid de zinc (RS) i la substitució de l'òxid de zinc per una mida de partícula més petita.
Tanmateix, utilitzant 0,25 parts d'òxid de nano-zinc en lloc d'òxid de zinc amb una mida de partícula de 40 nm (el valor màxim del mateix reòmetre), el nivell d'òxid de zinc es pot reduir 20 vegades i la diferència de sediment és evident. En l'experiment de vulcanització a curt termini amb nano-òxid de zinc, el nombre de vegades que es va utilitzar la matriu fins a 20 cicles i no hi va haver deposició de sulfur de zinc.