Ratkaisu kumimuotin hilseilyongelmaan

Kuminjalostusteollisuudessa homeen hilseily on yleinen ilmiö. Kovettumisprosessin aikana muotin seinämään muodostui kerros sedimenttiä, joka kerääntyi vähitellen seuraavassa tuotantosyklissä. Aikaisemmassa kirjallisuudessa on käsitelty erilaisten homeen hilseilyä aiheuttavien tekijöiden vaikutuksia. Nyt on havaittu, että polymeerikumiseoksen sisältämille erilaisille sulfideille (ja sinkkioksidille) sinkkisulfidi on ärsyttävin reaktion sivutuote, joka aiheuttaa hilseilyä kovetusprosessin aikana. Mikään puolipysyvä irroke tai pysyvä (metalli)pinnoite ei voi välttää tällaista saostumista. Johtopäätös on, että hilseily johtuu aluksi muottiin kiinnittyneestä sinkkisulfidista (epäorgaaninen kerros), joka muodostaa harmaan kerrostuksen. Lämpötilan funktiona seoksen pienimolekyyliset komponentit kiinnittyvät sinkkisulfidin mikrokiteisiin ja aiheuttavat kerrostumisen toisen vaiheen (orgaaninen kerrostuminen). Hapetustuotteita muodostuu tietyn ajan kuluessa ja ne aiheuttavat hiilen laskeuman.
Ymmärtämällä muotin hilseilyn syyt ja sisäinen mekanismi sinkkisulfidimikrokiteiden muodostumiselle muotin metallipinnalle, on mahdollista tuottaa nykyiseen prosessointiprosessiin sopiva menetelmä sinkkisulfidin muodostumisen vähentämiseksi ja homeen hilseilyn estämiseksi. . Tätä ilmiötä on hyvin mahdollista vähentää tutkimalla hilseilyn syitä.
Lian muodostumisen estämiseen tai vähentämiseen on kaksi mahdollista ratkaisua: seoksen koostumuksen muuttaminen tai muotin pinnan parantaminen.
Muuta seoksen koostumusta homeen muodostumisen vähentämiseksi
Sinkkioksidin tai vulkanoinnin aiheuttamaa homehilsettä on vähennettävä tai poistettava. Suurin osa kerrostumista liittyy korkeaan sulfidi- ja sinkkioksidipitoisuuteen, joita yleensä käytetään renkaiden kumituotteissa. Tilavuudeltaan rengas on maailman suurin kumituote (jopa 75 prosenttia). Siksi suurin osa kokeista suoritetaan renkaiden valmistuksessa yleisesti käytetyllä NR/BR-yhdisteen ja SBR-yhdisteen seoksella. Seoksen koostumusta muuttamalla homehilsettä vähentäen tutkittiin sinkkisulfidin vaikutusta, lyhytaikaista vulkanointikokeilua ja yhdistekoostumuksen vaikutusta.
◆ Sinkkisulfidin määritys
Tämä tutkimus alkaa sinkkisulfidin muodostumisen tutkimuksella, joka on alkuperäisen lian lähde. Vulkanointikoe osoitti, että metallipinnalle muodostui sinkkisulfidia. Tunnista insertin kerrostuminen 1000--kertaisella suurennosmikroskoopilla nähdäksesi näkyvän alkumikrokiteisyyden ja analysoi se sitten RMA-menetelmällä (Rontgen-mikroanalyysi), kuten kuvassa 1. RMA-elementtianalyysi havaitsi sinkki ja rikki. Havaitun rikin ja sinkin suhteen perusteella päätellään, että mikrokiteet koostuvat pääasiassa liukenemattomasta sinkkisulfidista (kuva 2). Sinkkisulfidin olemassaolon määrittämiseksi käytetään fysikaalista analyysimenetelmää (AP-TPR) seoksen H2S-pitoisuuden analysoimiseksi vulkanoinnin jälkeen (epäsuora menetelmä). Muovausvulkanointikoetta käytetään määrittämään sinkkisulfidin muodostumisprosessi raudan läsnä ollessa. Koe suoritetaan suljetussa putkistossa 200 asteessa ja ilman happea. Koeputki sisältää isotriakontaania, sinkkioksidia, rikkiä ja suuren pinta-alan alkuainerautaa. Tässä kokeessa RMA havaitsi myös sinkkisulfidin. Kuten odotettiin, molemmat kokeet osoittivat sinkkisulfidin muodostumista. Ei kuitenkaan ole näyttöä siitä, että seoksen ja muotin rajapinnalle muodostuisi sinkkisulfidia tai että ZnS muodostuisi sinkin ja rikin reaktion sivutuotteena kovetusprosessin aikana.
Kumiseoksen sinkkisulfidipitoisuuden määrittämiseksi käytettiin toista menetelmää. Valettu kumi jauhetaan alhaisessa lämpötilassa ja siitä tehdään pieniä hiukkasia, jotka uutetaan asetonilla ja käsitellään kloorivetyhapon ja etikkahapon seoksella. Metallisulfidi hajoaa. Muodostunut rikkivety absorboidaan kadmiumasetaattipuskuriliuoksella ja muodostunut kadmiumsulfidi määritetään jodometrisesti. Lisäksi uutettu kumi hydrolysoidaan rikkihapossa ja typpihapossa mikroaaltouunissa. Hydrolysaatti skannattiin ICP-ES:llä.
Näistä tuloksista voidaan päätellä, että sinkkisulfidia muodostuu sinkkioksidin ja rikin reaktiotuotteena. Vulkanointituotannossa tämä reaktiotuote on saatavilla ja käyttökelpoinen sinkkisulfidimikrokiteiden muodostamiseen kumituotteiden ja muotin pintojen väliin.
Hyväksyttävin oletus on, että sinkkisulfidi muodostuu sinkkioksidin ja rikin reaktiotuotteena. Tämä yleinen kemiallinen reaktio on kuvattu useissa kumikäsikirjoissa. Yksinkertaistettu reaktiomekanismi on:
2RH plus Sx plus ZnO plus (katalysaattori) RS (x-1) - R plus ZnS plus H2O
Useimmat rengasseokset sisältävät 5 osaa sinkkioksidia ja noin 2 osaa rikkiä 100 osaa kohti. Rengasseokselle voidaan laskea, että kaava, joka perustuu 100 osaan kumia (yhteensä noin 175 osaa), sisältää 2,8 painoprosenttia sinkkioksidia ja 1,1 painoprosenttia rikkiä. Reaktiokaavasta voidaan laskea, että jokaista sinkkioksidigrammaa kohti muodostuu noin 0,6 grammaa sinkkisulfidia. Ilmeisesti voidaan tuottaa huomattava määrä sinkkisulfidia. Itse asiassa vain renkaan yläkerroksen sinkkisulfidi on mikrokiteistä sinkkisulfidia (mahdollisesti metallipinnan aiheuttamaa). Ennen kuin muotti on puhdistettava, voidaan tehdä noin 500 muottikertaa.
◆ Kokeile
On tiedetty, että muotin pinnana käytettävä sisäke (pieni metallilevy) pystyy periaatteessa helposti analysoimaan RMA-menetelmällä, sisältääkö se sinkkisulfidimikrikteitä, mutta tämä on erittäin kallis testi. Siksi kehitettiin yksinkertainen testimenetelmä alkuperäisten (näkyvien) mikrokiteiden määrittämiseksi insertissä. Optisen mikroskoopin avulla, jonka suurennus on 500, voidaan nähdä yksittäisiä 0,5-1 mikronin mikrokiteitä. Mikrokiteiden valmistamiseksi suoritettiin vulkanointikokeita erilaisilla seoksilla, eri lämpötiloilla ja eri aikoina. Kaksi seosta valittiin ja esitettiin taulukossa 1, mukaan lukien s-SBR-kuviointipintaan perustuva seos ja NR/BR-seokseen perustuva välituoteseos. Molempia seoksia käytetään perusyhdisteenä erilaisissa vulkanointikokeissa.
Vulkanointikokeen suorittamiseksi valmistetaan yksinkertainen puristusmuotti, joka soveltuu jopa 8:lle insertille. Tämä puristusmuotti on valmistettu lyhytaikaista, jopa 20 sykliä kestävää koetta varten. Tarkasta sisäosa silmämääräisesti jokaisen 5 peräkkäisen jakson jälkeen. Tällä tavalla voidaan havaita erilaisia ​​parametreja, kuten eri lisäaineiden sekoitusparametreja tai lisäkkeisiin liittyviä parametreja, kuten metallin valinta, karheus tai pinnoite. Alustavat kokeet suoritettiin kahdella perusrengasseoksella. Rengasseosta vulkanoitiin 160 asteessa 20 minuuttia ja 200 asteessa 2 minuuttia (tiedot laskettiin reometrikäyrästä). Tulokset osoittivat, että visuaalisella tarkastuksella havaittujen sinkkisulfidimikrokiteiden lukumäärässä ei ollut eroa. Ajan tiivistämiseksi kaikki muut kokeet suoritettiin 200 asteessa. 20 vulkanointikokeen jälkeen lyhyessä ajassa ruiskupuristuksen avulla suoritetaan lisäkokeita, jopa 500 vulkanointia.
◆ Seoksen koostumuksen vaikutus
▲ Sinkin valinta
Kokeita suoritettiin seoksen koostumuksesta. Kuten on osoitettu, sinkkisulfidi muodostuu sinkkioksidin (tai sinkkiä sisältävän komponentin) ja rikin reaktiotuotteena. Rikin tai sinkkisulfidin poistaminen kaavasta ei ole helppoa. Koska nämä kaksi komponenttia ovat välttämättömiä kumikaavassa. Luonnollinen rikki voi parantaa mekaanista lujuutta ja sitoutumista, kun taas sinkkioksidi voi aktivoida kovetusjärjestelmän.
Reometrikoe osoittaa, että muuttamatta reometrin maksimivääntömomenttia, sinkkioksidin tasoa voidaan alentaa 5 osasta 3 osaan (jokainen 100 osaa kumia), mikä voidaan lähes kaksinkertaistaa. Kuitenkin, vaikka tämä taso laskisi, sinkkisulfidikertymä ei vieläkään näe selvää muutosta (taulukko 2). Samoin ei ole selvää eroa sinkkioksidin (RS) käytön ja sinkkioksidin korvaamisen välillä pienemmällä hiukkaskoolla.
Kuitenkin käyttämällä 0,25 osaa nanosinkkioksidia sinkkioksidin, jonka hiukkaskoko on 40 nm (saman reometrin maksimiarvo) sijasta, sinkkioksidin tasoa voidaan alentaa 20 kertaa, ja ero sedimentissä on ilmeinen. Lyhytaikaisessa vulkanointikokeessa nanosinkkioksidilla, kuinka monta kertaa suulaketta käytettiin 20 sykliin asti, eikä sinkkisulfidikerrostumaa ollut.