11806

Изучение процесса вулканизации

Лабораторная работа

География, геология и геодезия

Лабораторная работа № Изучение процесса вулканизации Цель работы Изучить процесс вулканизации определить температурный коэффициент вулканизации по физикомеханическим показателям и оптимальное время вулканизации. Теоретическая часть Вулканизация – ...

Русский

2013-04-11

481.5 KB

25 чел.

Лабораторная работа №

Изучение процесса вулканизации

Цель работы

Изучить процесс вулканизации, определить температурный коэффициент вулканизации по физико-механическим показателям и оптимальное время вулканизации.

 

Теоретическая часть

Вулканизация – это комплекс физико-химических процессов, протекающих в резиновой смеси, основным из которых является соединение (сшивание) макромолекул каучука редкими химическими связями различной энергии и природы в единую пространственную  вулканизационную сетку. Образующиеся сшивки ограничивают необратимое перемещение цепных молекул, т.е. уменьшают текучесть (пластическую деформацию), а достаточно большая длина макромолекул между связями позволяет сохранить способность к изменению конформаций под действием внешней нагрузки (высокоэластические свойства).

Наряду со сшиванием при вулканизации протекают окисление макромолекул, их циклизация, цис- транс-изомеризация, разветвление, внутримолекулярное присоединение фрагментов вулканизующего агента или ускорителей и др. Развитие этих процессов определяется условиями вулканизации (температурой и продолжительностью) и составом резиновой смеси. Вулканизация сопровождается изменением ММР каучука, повышением уровня ММВ за счет изменения полярности отдельных участков полимерной цепи и образованием сетки химических связей (ковалентных, ионных и координационных).

Для измерения кинетики вулканизации существуют различные химические и физические методы.

Химические методы позволяют оценить кинетику вулканизации по расходу вулканизующего агента или отдельных компонентов вулканизующей группы.

Физические методы основаны на определении физико-механических свойств образцов изготовленных в течение различных времен вулканизации. В особую группу можно выделить динамические методы, в основе которых лежит определение момента сопротивление деформирования образца при знакопеременных сдвиговых деформациях  при сравнительно малых амплитудах в широком диапазоне частот колебаний.  

  Объект исследования

 Объектом исследования являются свулканизованные пластины из резиновой смеси шифра 81, с продолжительностью вулканизации 10,20,30,40 минут при температуре 155 0С; с продолжительностью вулканизации 15,30,45,60 минут при температуре 143 0С. Рецептура резиновой смеси приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Рецепт резиновой смеси шифра 81

 

Наименование ингредиента

Содержание ингридиента,

мас.ч. на 100 мас.ч. каучука

СКМС-30АРКМ

100

Альтакс

1,5

ДФГ

0,3

Белила цинковые

5,0

Сера

2,0

Стеарин

2,0

Масло ПН-6ш

3,0

ТУ П-514

60

 

Материалы, инструмент, оборудование

Резиновые пластины с разной продолжительностью вулканизации, подкладочная пластина, мыльный раствор, краска для меток, вырубной пресс, толщиномер, миллиметровая линейка, штанцевый нож, разрывная машина (рисунок 1).

1– станина, 2 – зажимы; 3 – концевые выключатели; 4-магнитный пускатель;

5-цепь; 6,7 – педали; 8 – указатель скорости; 9 – редуктор; 10 – электродвигатель;

11 – клиноременная передача; 12 – линейка; 13 – механизм подачи бумаги;

14 – каретка; 15 – щит; 16 – циферблат; 17 – стрелка; 18 –маятник; 19 – рычаг;

20 – масляный демпфер; 21 – сменный груз; 22 – дуговая шкала

Рисунок 1 - Разрывная машина РМИ-60

Проведение испытания

Вулканизуем по 4 пластины из резиновой смеси шифра 69 при двух температурах 1430С и 1550С. Каждая из пластин вулканизуется определённое время: 10, 20, 30, 40 при 1550С и 15, 30, 45, 60 при  1430С. Затем из пластин вырубаются образцы.

Испытания проводятся при скорости 500мм/мин. Перед испытанием проверяем исправность разрывной машины, точность установки стрелки на нуль. Образец закрепляем строго по меткам, так чтобы ось образца совпадала с направлением растяжения. Приводим в движение механизм растяжения,  фиксируя нагрузки при удлинении 100%, 200%,300%, относительное удлинение и нагрузку при разрыве.

 Результаты испытаний приведены в таблицах  2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

Таблица 1 -  Результаты испытания резиновой смеси шифра 81-15-143 время вулканизации  15 минут

Показатель

Образец

Среднее

1

2

3

4

5

Размеры рабочего участка

ширина, мм

толщина, мм

площадь поперечного сечения, мм2

3,0

1,94

5,82

3,0

2,10

6,30

3,0

2,06

6,18

3,0

2,20

6,60

3,0

2,21

6,63

Нагрузка при удлинении, Н

100%

200%

300%

при разрыве

      9,8

19,6

32,3

66,6 

8,8

16,7

27,5

55,9

7,8

15,6

29,4

60,8

9,8

17,6

31,4

56,9

12,8

19,6

29,4

63,8

Условное напряжение при удлинении, МПа

100%

200%

300%

1,68

3,37

5,55

1,40

2,65

4,37

1,26

2,52

4,76

1,48

2,67

4,76

1,26

2,52

4,76

1,55

2,83

4,77

Условная прочность, МПа

11,4

8,87

9,84

8,62

9,62

9,68

Относительное удлинение при разрыве, %

670

670

670

600

700

662

Таблица 2 -  Результаты испытания резиновой смеси шифра 81-30-143 время вулканизации  30 минут

Показатель

Образец

среднее

1

2

3

4

5

Размеры рабочего участка

ширина, мм

толщина, мм

площадь поперечного сечения, мм2

3,0

2,14

6,42

3,0

2,25

6,74

3,0

2,59

7,78

3,0

2,52

7,55

3,0

2,43

7,30

Нагрузка при удлинении, Н

100%

12,8

14,7

12,8

14,7

15,7

200%

25,5

39,2

33,4

36,3

33,4

300%

53,9

60,8

60,8

58,9

61,8

при разрыве

91,2

98,1

108,9

100,1

104,9

Условное напряжение при удлинении, МПа

100%

2,20

2,33

2,07

2,23

2,37

2,24

200%

4,38

6,22

5,40

5,50

5,04

5,31

300%

9,26

9,65

9,84

8,92

9,32

9,40

Условная прочность, МПа

14,21

14,55

14,00

13,26

14,37

14,08

Относительное удлинение при разрыве, %

500

520

520

490

530

512


Таблица 3 -  Результаты испытания резиновой смеси шифра 81-45-143 время вулканизации  45 минут

Показатель

Образец

среднее

1

2

3

4

5

Размеры рабочего участка

ширина, мм

толщина, мм

площадь поперечного сечения, мм2

3,0

2,14

6,42

3,0

2,00

6,00

3,0

2,13

6,40

3,0

2,30

6,90

3,0

2,40

7,20

Нагрузка при удлинении, Н

100%

14,7

15,7

15,7

13,7

14,7

200%

34,3

38,3

37,3

35,3

37,3

300%

62,8

61,8

68,7

70,6

76,5

при разрыве

103

85,3

97,1

106,9

106,9

Условное напряжение при удлинении, МПа

100%

2,29

2,62

2,45

1,98

2,04

2,28

200%

5,34

6,38

5,83

5,11

5,18

5,57

300%

9,78

10,30

10,73

10,22

10,63

10,33

Условная прочность, МПа

16,04

14,22

15,17

15,47

14,85

15,15

Относительное удлинение при разрыве, %

480

410

460

450

440

448

Таблица 4 -  Результаты испытания резиновой смеси шифра 81-60-143  время вулканизации  

60 минут

Показатель

Образец

среднее

1

2

3

4

5

Размеры рабочего участка

ширина, мм

толщина, мм

площадь поперечного сечения, мм2

3,0

2,60

7,80

3,0

2,02

6,06

3,0

2,13

6,38

3,0

2,29

6,86

3,0

2,41

7,23

Нагрузка при удлинении, Н

100%

24,5

15,7

21,6

16,7

15,7

200%

55,9

38,3

48,1

51

54,9

300%

100,1

74,5

83,4

81,4

92,2

при разрыве

143,2

109,9

109,8

103

100,1

Условное напряжение при удлинении, МПа

100%

3,14

2,59

3,39

2,43

2,17

2,74

200%

7,17

6,32

7,54

7,43

7,59

7,21

300%

12,83

12,29

13,07

11,87

12,75

12,56

Условная прочность, МПа

18,36

18,14

17,21

15,01

13,85

16,51

Относительное удлинение при разрыве, %

430

460

410

360

340

400

Таблица 5 -  Результаты испытания резиновой смеси шифра 81-10-155 время вулканизации  

10 минут

Показатель

Образец

среднее

1

2

3

4

5

Размеры рабочего участка

ширина, мм

толщина, мм

площадь поперечного сечения, мм2

3,0

2,04

6,11

3,0

2,37

7,11

3,0

2,59

7,76

3,0

2,90

8,70

3,0

3,02

9,09

Нагрузка при удлинении, Н

100%

8,8

11,8

19,6

12,8

16,7

200%

17,6

22,6

34,3

28,4

29,4

300%

32,4

40,2

50

52,9

49,1

при разрыве

68,7

78,5

89,3

93,2

98,1

Условное напряжение при удлинении, МПа

100%

1,51

1,87

3,17

1,94

2,52

2,20

200%

3,02

3,59

5,55

4,30

4,43

4,18

300%

5,57

6,38

8,09

8,02

7,41

7,09

Условная прочность, МПа

11,80

12,46

14,45

14,12

14,80

13,53

Относительное удлинение при разрыве, %

630

580

580

600

610

600

Таблица 6 -  Результаты испытания резиновой смеси шифра 81-20-155 время вулканизации  

20 минут

Показатель

Образец

среднее

1

2

3

4

5

Размеры рабочего участка

ширина, мм

толщина, мм

площадь поперечного сечения, мм2

3,0

2,50

7,50

3,0

2,04

6,12

3,0

2,19

6,57

3,0

2,63

7,88

3,0

2,35

7,05

Нагрузка при удлинении, Н

100%

14,7

11,8

17,6

13,7

13,7

200%

39,2

31,4

42,2

35,3

39,2

300%

79,5

62,8

66,7

71,6

70,6

при разрыве

129,5

103

103,9

133,4

117,7

Условное напряжение при удлинении, МПа

100%

2,53

1,87

2,85

2,08

2,07

2,28

200%

6,74

4,98

6,83

5,35

5,91

5,96

300%

13,66

9,97

10,79

10,85

10,65

11,18

Условная прочность, МПа

22,25

16,35

16,81

20,21

17,75

18,68

Относительное удлинение при разрыве, %

550

560

500

560

540

542

Таблица 7 -  Результаты испытания резиновой смеси шифра 81-30-155 время вулканизации  

30 минут

Показатель

Образец

среднее

1

2

3

4

5

Размеры рабочего участка

ширина, мм

толщина, мм

площадь поперечного сечения, мм2

3,0

2,41

7,22

3,0

2,53

7,58

3,0

2,61

7,84

3,0

2,20

6,59

3,0

2,07

6,21

Нагрузка при удлинении, Н

100%

18,6

17,6

13,7

23,5

19,6

200%

51

49,1

53,9

45,1

39,2

300%

88,3

93,2

83,4

79,5

74,6

при разрыве

134,4

135,4

145,2

120,6

115,8

Условное напряжение при удлинении, МПа

100%

2,90

2,93

2,14

3,40

2,72

2,82

200%

7,94

8,18

8,42

6,53

5,44

7,30

300%

13,75

15,53

13,03

11,51

10,36

12,84

Условная прочность, МПа

20,93

22,57

22,69

17,45

16,08

19,95

Относительное удлинение при разрыве, %

470

420

520

470

440

464

Таблица 8 -  Результаты испытания резиновой смеси шифра 81-40-155 время вулканизации  

40 минут

Показатель

Образец

среднее

1

2

3

4

5

Размеры рабочего участка

ширина, мм

толщина, мм

площадь поперечного сечения, мм2

3,0

2,84

8,52

3,0

2,91

8,73

3,0

2,70

8,09

3,0

2,55

7,64

3,0

2,31

6,93

Нагрузка при удлинении, Н

100%

21,6

25,5

29,4

19,6

15,6

200%

62,8

63,7

73,5

53,9

47,1

300%

105,9

112,8

117,8

101

95,2

при разрыве

148,1

152,1

142,2

136,4

137,4

Условное напряжение при удлинении, МПа

100%

2,77

4,21

4,61

2,86

2,16

3,32

200%

8,05

10,51

11,52

7,86

6,51

8,89

300%

13,58

18,61

18,46

14,72

13,17

15,71

Условная прочность, МПа

18,99

25,10

22,29

19,88

19,00

21,05

Относительное удлинение при разрыве, %

390

410

400

380

400

396

Таблица 9 – Влияние температуры и времени вулканизации на физико-механические свойства резины шифра 81

t, мин

f200t, МПа

f200макс, МПа

fр, МПа

р, %

Н, усл.ед.

Температура вулканизации 143С

15

2,83

7,21

9,68

662

47

30

5,31

14,08

512

50

45

5,57

15,15

448

47

60

7,21

16,51

400

47

Температура вулканизации 155С

10

4,18

8,89

13,53

600

51

20

5,96

18,68

542

49

30

7,30

19,95

464

49

40

8,89

21,05

396

49

Оформление результатов

Условная прочность fр (в МПа):

fр= Рр /d·b0           (1)

где  – Рр нагрузка, при которой наступает разрыв, МН; d – среднее значение толщины образца до испытания, м; b0 – ширина образца до испытания, м.

Относительное удлинение при разрыве р (в %):

  (2)

где lh – расстояние между метками в момент разрыва образца, мм; l0 – расстояние между метками образца до испытания, мм.

Условное напряжение при заданном удлинении f (в МПа):

f=P/ d·b0                  (3)

Остаточная деформация образца после разрыва (относительное остаточное удлинение) в %:

      (4)

l1- длина рабочего участка разрушенного образца после “ отдыха” ,  мм; l0 – первоначальная длина рабочего участка, мм.

По экспериментальным данным строят графики  в координатах продолжительность вулканизации t – физико-механические показатели.

По полученным графикам определяют оптимальное время достижения каждого из показателей. Для учёта одновременного изменения всех этих показателей оптимальное время вулканизации t0 рассчитывают по формуле:

t0 =[4·t’(fр)+2·t’(р)+ t’(f)+ t’(H)]/8    (6)

где t’- оптимальное время вулканизации по отдельным показателям.

Температурный коэффициент вулканизации Кт рассчитывают по формуле:

Кт=(t2/t1)10/T2-T1                    (7)

где t2 и t1 – время вулканизации для достижения одинакового значения заданного показателя при температурах соответственно T2 и T1.

Графики  в координатах продолжительность вулканизации t – физико-механические показатели представлены на рисунках 2-7

Рисунок 2 – Зависимость условного напряжения при удлинении 100% от времени вулканизации

Рисунок 3 – Зависимость условного напряжения при удлинении 200% от времени вулканизации

Рисунок 4 – Зависимость условного напряжения при удлинении 300% от времени вулканизации

Рисунок 5 – Зависимость условной прочности  от времени вулканизации

Рисунок 6 – Зависимость относительного удлинения при разрыве от времени вулканизации

Рисунок 7 – Зависимость условного напряжения при удлинении 200% от времени вулканизации для нахождения температурного коэффициента

Оптимальное время вулканизации t0 в мин, рассчитанное по формуле (6):

1) при температуре вулканизации 143 С

 t0 =(4·30+2·10+30+30)/8=25

2)  при температуре вулканизации 155 С

 t0 =(4·30+2·15+20+20)/8=23

Температурный коэффициент вулканизации Кт, рассчитанный по формуле (7):

Кт=(32,8/19,8)10/(155-143)=1,52

Таблица 10 – Вулканизационные характеристики резиновой смеси шифра 81

Температура Т, С

Характеристики

t0, мин

Кт

143

25

1,52

155

23

Вывод: прочностные показатели зависят от условий испытания (скорости), а также от технологии изготовления резины и продолжительности вулканизации.

С увеличением температуры вулканизации время достижения оптимума вулканизации уменьшается. При этом значение условного напряжения и условной прочности увеличивается в результате образования большего количества поперечных сшивок. Также возрастает твердость, уменьшается относительное остаточное удлинение. С увеличением продолжительности вулканизации, уменьшается относительное удлинение при разрыве, возрастает твердость в связи с образованием пространственной вулканизационной сетки.  На графиках зависимости условного напряжения при заданном удлинении, условной прочности, остаточного удлинения от времени вулканизации наблюдается ярко выраженный максимум, что свидетельствует о наличии оптимального времени вулканизации в интервале от 10 до 30 мин.   Наличие максимумов объясняется тем, что в начальный период вулканизации увеличение числа сшивок ведет к образованию пространственной вулканизационной сетки. При этом прочностные показатели растут. При достижении определенного значения степени сшивания, эти показатели достигают максимального значения. При дальнейшей вулканизации образование избыточного количества поперечных связей ведет к затруднению ориентации макромолекул в направлении деформирования, что сказывается на прочностных показателях (они уменьшаются). Образование пространственной вулканизационной сетки ведет к уменьшению доли пластической деформации. При этом относительное остаточное удлинение уменьшается.

При температуре 143 0С оптимальное время вулканизации равно 25 минут, а при 155  0С  - 23 минуты. Температурный коэффициент реакции равен    1,52.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81716. Противопоставление героев (Обломов – Штольц, Обломов – Ольга) и его значение в идейном содержании романа И.А.Гончарова «Обломов» 34.08 KB
  В 1849 г в альманахе Литературный сборник с иллюстрациями при журнале Современник был напечатан Сон Обломова. Современник признал мастерскими и правдивыми сцены из усадебной жизни и увидел в Сне Обломова творческий шаг вперед по сравнению с Обыкновенной историей. Но степень объективной моральной ценности Обломова все же невелика. Внутреннее единство барина и опустившегося слуги Захара трагикомическое по своей сути воспринимается как фарсовый вариант морального умирания Обломова.
81717. Лирика С. А. Есенина. Основные темы, идеи, художественное мастерство. Чтение наизусть одного стихотворения 44.16 KB
  Уже первый и единственный вышедший до революции сборник поэта Радуница 1916 содержал в себе эстетически завершенную картину деревенского мира воплощенную в такой же цельной системе неповторимых есенинских образов и интонаций. Так намечается уход поэта из реального мира на поиски какойто заповедной родины нездешних полей и перелесков неразгаданной земли скрытых от его взора синим мраком куда тем не менее влечется его душа. Туда в свою вневременную звездную стихию и устремляется душа поэта. В стихотворении Там где вечно...
81718. Образ Наполеона и тема наполеонизма в произведениях отечественной классики 19 века 31.37 KB
  В связи с этим возникает вопрос о роли личности в данном историческом событии и в истории вообще. утверждает решающую роль народных масс в истории. Вопрос о роли личности в истории поднимается в начале 3 тома 1 часть 1 глава: 1. Применительно к истории личность в большей степени действует бессознательно чем сознательно.
81719. Конфликт поколений и его разрешение в романе И. Тургенева « Отцы и дети» 35.11 KB
  Либералам противопоставлен нигилист Базаров в котором читатель без труда узнавал выразителей идей и настроений революционной молодежи. Базаров выражает эти идеи и настроения в самой крайней форме. Такова логика Базарова поэтому вместе с постановлениями отжившего крепостнического строя и либеральным реформаторством он так же категорично отрицает любовь поэзию музыку красоту природы философское мышление семейные связи альтруистические чувства такие нравственные категории как долг право обязанность. Базаров выступает сознательным...
81720. Новаторство лирики В.Маяковского. Чтение наизусть и разбор одного стихотворения 33.28 KB
  Уже в Облаке в штанах проявляются основы новых принципов стиха которые сделали поэзию В. Эти принципы и в дальнейшем проявлялись в стихотворениях и поэмах В. Художественные принципы М. ЛЕФовцы выдвинули 3 новых принципа искусства: 1.
81721. Образ странствующего героя в произведениях отечественной литературы 31.91 KB
  И на пути к заветной цели к миллиону и своему винокуренному заводику Ч. Он на этом пути не успокоится пока не завоюет миллион а с ним и власть над миром мертвых душ. определяет 2 пути для России: светлый и трагический. – символ однообразного кружения сбившейся с прямого пути души русского человека.
81722. Философская лирика Ф. И. Тютчева. Чтение наизусть и разбор одного стихотворения 34.14 KB
  В поэзии Тютчева мир одухотворен очеловечен пребывает в вечном движении и развитии. Тютчев утверждает: Не то что мните вы природа: Не слепок не бездушный лик В ней есть душа в ней есть свобода В ней есть любовь в ней есть язык.
81723. Женские образы и средства их воплощения в романе М. Шолохова «Тихий Дон» 33.27 KB
  Мелеховский двор – на самом краю хутора любовь героя удивительна небывала необычна для хутора – будто видели они как прокофий вечерами когда вянут зори на руках носил жену до Татарского ажник кургана. Роман Тихий Дон это роман о мире человеческих страстей в центре которого любовь Аксиньи и Григория. Героям предстоит пройти через ужасы войны через разлуку и многие тяжкие грехи взять на себя но свою любовь они пронесут через всю жизнь потому что без их любви жизнь теряет смысл. Эта любовь трагична не только для Григория и...
81724. Тема русского бунта в произведениях отечественной литературе 32.18 KB
  Дубровский Глава 6 Пожар в Кистеневке эпизод Эпизод – начало стихийного крестьянского бунта возникшего от страстного желания крепостных Дубровских отомстить за барина и нежелания служить новому хозяину – Кирилле Троекурову которому по решению суда переходило имение Дубровских. Глава 7 появились разбойники и распространили ужас по всем окрестностям Грабительства одно другого замечательнее следовали одно за другим. Рассказывали о нем чудеса; имя Дубровского было во всех устах все были уверены что он а никто другой...