橡膠履帶硫化溫度的測定

廖空龍

（中策橡膠集團(tuán)有限公司，浙江杭州310011）

橡膠履帶硫化溫度的測定

廖空龍

（中策橡膠集團(tuán)有限公司，浙江杭州310011）

用3.2版輪胎/橡膠硫化測溫儀對(duì)450×90KB×51農(nóng)用橡膠履帶進(jìn)行硫化溫度測定，可得到橡膠履帶內(nèi)部硫化溫度的分布狀態(tài)和各部位的硫化程度。測試結(jié)果表明，將硫化時(shí)間縮短5min，可使橡膠履帶硫化達(dá)到更佳的效果。

橡膠履帶；硫化溫度；測溫；等效硫化時(shí)間

橡膠履帶是一種各部位非等厚的橡膠制品，橡膠又是熱的不良導(dǎo)體，在硫化過程中，各部位膠料的升溫、傳熱速度不盡相同，其內(nèi)部會(huì)形成溫度場，與硫化模具形成溫度梯度。在橡膠履帶表面達(dá)到正硫化，甚至過硫狀態(tài)時(shí)，其中心部位也許仍處于欠硫狀態(tài)。因此，在確定橡膠制品的硫化工藝條件時(shí)，首先要考慮使其中心部位必須達(dá)到正硫化狀態(tài)。在實(shí)際生產(chǎn)中，為保險(xiǎn)起見，往往在正硫化工藝條件下延長一定的硫化時(shí)間。然而，延長硫化時(shí)間，勢必帶來過硫?qū)е侣膸z料性能的下降和能耗的增加。

通過硫化測溫并根據(jù)測溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，不僅可以了解制品各部位是否達(dá)到正硫化，還可以了解各部位是否同步硫化（匹配硫化）［1］。為了更科學(xué)合理地確定硫化工藝條件，提高橡膠履帶的內(nèi)在質(zhì)量，我們利用華南理工大學(xué)輪胎CAD組研制的輪胎/橡膠硫化測溫儀，對(duì)450×90KB×51農(nóng)用橡膠履帶在硫化過程中進(jìn)行了實(shí)時(shí)測溫。現(xiàn)將試驗(yàn)情況簡要介紹如下。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)儀器及主要條件

3.2版輪胎/橡膠硫化測溫儀，以數(shù)字形式顯示實(shí)測溫度，每隔1min采樣1次，由華南理工大學(xué)輪胎CAD組研制；與其配型的銅-康銅熱電偶，直徑為0.3mm，外覆聚四氟乙烯絕緣層后直徑為0.6mm，以其作為熱端的測溫探頭，在橡膠履帶硫化之前，預(yù)埋在指定的測溫部位。

1.2測溫部位

根據(jù)需要在橡膠履帶內(nèi)特定的部位（如圖1所示），將熱電偶在橡膠履帶硫化前分別埋于指定的位置。本次試驗(yàn)共用4個(gè)熱電偶，其測溫端用薄膠片固定，以免在模具合模過程中產(chǎn)生位移。

圖1　橡膠履帶測溫點(diǎn)分布示意圖

1號(hào)和2號(hào)位于輪側(cè)膠與模具接觸部位，3號(hào)位于輪側(cè)膠與中膠接觸部位，4號(hào)位于鋼絲與花塊膠接觸部位。

2　結(jié)果與討論

2.1膠料的硫化反應(yīng)活化能

膠料的硫化實(shí)質(zhì)上是一種化學(xué)反應(yīng)，因而可以應(yīng)用阿累尼烏斯方程描述硫化反應(yīng)速率（K）與溫度（T）的關(guān)系［2］：

式中，A為常數(shù)，e為自然常數(shù)，R為氣體常數(shù)，E為硫化反應(yīng)活化能。

按常用方法［3］，對(duì)橡膠履帶用的各部分膠料進(jìn)行硫化儀試驗(yàn)，測得各部位膠料在不同溫度下的工藝正硫化時(shí)間t90，并通過3.2版輪胎/橡膠硫化測溫儀附帶軟件計(jì)算各膠料的硫化反應(yīng)活化能。表1給出了橡膠履帶各部分膠料的硫化反應(yīng)活化能和在基準(zhǔn)溫度為160℃下的工藝正硫化時(shí)間t90。

表1　橡膠履帶膠料硫化反應(yīng)活化能與基準(zhǔn)溫度下的t90

2.2各部位的溫度分布

各測溫點(diǎn)在硫化過程中的時(shí)間-溫度曲線如圖2所示。

圖2　橡膠履帶各測溫點(diǎn)硫化溫度的分布

從圖2可以看出，在硫化過程中，同樣位于輪側(cè)膠與模具接觸部位的1號(hào)和2號(hào)位置，溫升曲線基本一致；隨著與模具距離增大，測溫點(diǎn)存在規(guī)律性的溫度梯度：3號(hào)（中膠與輪側(cè)膠接觸部位）與1號(hào)（輪側(cè)膠與模具接觸部位）的溫差由硫化第6min時(shí)為76℃，逐步遞減，到硫化第46min時(shí)溫差已小于3℃，二者最終均達(dá)到159℃左右；4號(hào)（鋼絲與花塊膠接觸位置）與1號(hào)（輪側(cè)膠與模具接觸位置）的溫差，由硫化第6min時(shí)的76℃逐步遞減，到硫化第40min時(shí)溫差已小于3℃，二者最終均達(dá)到159℃左右。

2.3硫化程度

根據(jù)測得的硫化反應(yīng)活化能（詳見表1）和實(shí)際溫度（詳見圖2），用3.2版輪胎/橡膠硫化測溫儀隨機(jī)附帶的以阿累尼烏斯方程為依據(jù)的計(jì)算軟件，計(jì)算出橡膠履帶各部位達(dá)到正硫化時(shí)所需時(shí)間和在硫化第55min和硫化結(jié)束時(shí)的等效硫化時(shí)間；并分別將各膠種在基準(zhǔn)溫度下的工藝正硫化時(shí)間t90（詳見表1）與各自所獲得的等效硫化時(shí)間對(duì)比，計(jì)算其硫化程度，結(jié)果見表2所示。

表2　各測溫點(diǎn)硫化程度計(jì)算結(jié)果

在現(xiàn)行的硫化工藝條件下（159℃×60min），當(dāng)硫化結(jié)束，未考慮后硫化效應(yīng)的情況下，制品中心部位已經(jīng)存在一定程度的過硫現(xiàn)象，而表層過硫現(xiàn)象更為嚴(yán)重。從試驗(yàn)所獲得的等效硫化時(shí)間來看，在膠料配方及其他工藝條件不變的情況下，若硫化時(shí)間縮短到55min，則可使各部位均硫化完全，且表層過硫化程度降低30%左右；不僅提高了設(shè)備利用率，還可降低能耗，增加經(jīng)濟(jì)效益。適當(dāng)降低硫化溫度或在硫化初期采用逐步升溫的硫化方法，也可達(dá)到上述效果［4］。

2.4成品解剖確認(rèn)

采用氣泡點(diǎn)法［5］，對(duì)硫化工藝條件為159℃× 55min的橡膠履帶成品進(jìn)行斷面解剖，內(nèi)部剖面狀態(tài)均為密實(shí)無氣泡（各部位的位置示意如圖3所示），與測溫儀分析計(jì)算在第55min時(shí)過硫化程度（詳見表2）結(jié)果吻合。

圖3　橡膠履帶的解剖斷面

3　結(jié)論

應(yīng)用3.2版輪胎/橡膠硫化測溫儀對(duì)橡膠履帶進(jìn)行硫化測溫，可清楚地了解橡膠履帶各部分的硫化程度及膠料匹配情況，為進(jìn)一步優(yōu)化配方、調(diào)整硫化工藝提供科學(xué)依據(jù)；對(duì)降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量及創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益有重要意義。

在現(xiàn)行硫化工藝條件下，對(duì)450×90KB×51農(nóng)用橡膠履帶縮短硫化時(shí)間5min，可使橡膠履帶內(nèi)部的硫化程度更加優(yōu)化,并可降低能耗、增加設(shè)備利用率。

［1］姚鐘堯，王麗齋.輪胎硫化測溫與經(jīng)濟(jì)效益［J］.輪胎工業(yè)，1999（3）：142-143.

［2］丁寶平，胡鵬.橡膠硫化反應(yīng)活化能對(duì)輪胎硫化程度模擬的影響［J］.橡膠工業(yè)，2008，55（3）：142-143.

［3］傅彥杰.橡膠厚制品硫化溫度與等效硫化時(shí)間的測定［J］.橡膠工業(yè)，1997，44（9）：552.

［4］傅彥杰，沈世剛.厚壁橡膠制品硫化溫度的測定［J］.中國橡膠，1998（15）：18.

［5］朱閏平，肖瀾.橡膠厚制品硫化時(shí)間的設(shè)計(jì)方法［J］.特種橡膠制品，2009，30（5）：42-43.

10.13752/j.issn.1007-2217.2016.01.008

2015-09-15