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

22804. Київська Русь періоду розквіту. Володимир Великий. Ярослав Мудрий 34.5 KB
  Володимир Великий. Ставши Великим князем київським Володимир багато зробив аби зміцнити державу встановити лад і порядок. За часів Володимира в загальних рисах завершилося формування держави. Видатний політик і адміністратор Володимир здійснив серію реформ.
22805. Зовнішня політика Київської Русі та ГВК 25 KB
  Зовнішня політика Київської Русі та ГВК Починаючи із заснування Київської Русі вона досить активно займалася зовнішньою політикою у різних напрямках: політичному економічному релігійному та культурному. перервало зв'язки північносхідних земель Русі з Європою. Для Київської Русі була характерна договірна торгівля значне місце посідав звичайний обмін товар на товар .Отже і в період існування Київської Русі і під час розвитку ГалицькоВолинського князівства зовнішня політика проводилася досить активно і різнобічно.
22806. Причини та наслідки занепаду ГВК 24 KB
  останнього правителя ГалицькоВолинської держави Юрія II була успадкована князями литовської династії Гедиміновичів. Так припинила своє існування ГалицькоВолинська держава. Роль ГалицькоВолинського князівства надзвичайно велика. ГалицькоВолинське князівство відкрило широкий шлях західноєвропейським культурним впливам на Україну зберігаючи при цьому кращі традиції української національної культури.
22807. Хмельниччина 125 KB
  Це час коли ряд блискучих перемог зрушив все українське суспільство мобілізував широку підтримку для Хмельницького і перетворив суто козацьке повстання на загальноукраїнський антипольський рух. 1648 Хмельницький на чолі невеликого загону реєстрових і запорізьких козаків напав на польську залогу на острові Базавлук на Дніпрі і знищив її. Це звільнило Запорізьку Січ від польського контролю притягнуло запорожців на бік Хмельницького обраного гетьманом. Не сподіваючись поважніших труднощів польські полководці Великий гетьман М.
22808. Руїна. Становище України в другій половині XVII ст. 24.5 KB
  Серед козацьких ватажків виникли гострі розходження щодо того чи лишатися Україні під Москвою чи ж шукати покровителів серед інших сусідніх держав. Чи стане Україна унікальним суспільством вільних козаківземлеробів як цього хотіли селяни й рядове козацтво чи ж козацька старшина просто займе місце шляхти відтак повернувши розхитаний суспільний устрій знаті що відповідало б типовим для доби моделям Серед українців ще десятиліттями по смерті Хмельницького точилися запеклі суперечки навколо цих питань.
22809. Наступ царату на автономію України. Остаточна ліквідація гетьманського правління 28.5 KB
  Наступ царату на автономію України.Політику Петра І щодо України продовжували самодержавні імператори Росії з більшою чи меншою жорстокістю і фанатичною впертістю.Певні позитивні зміни в політиці щодо України були можливими після того як російський престол перейшов до дочки Петра І Єлизавети.Розумовський добився того що зносинами Росії з Україною займалися не в Сенаті а в колегії закордонних справ під владу гетьмана було повернуто Київ і Запорожжя з України виведено російські військові підрозділи.
22810. Три поділи Речі Посполитої 70.5 KB
  Австрія та Пруссія перелякавшись що Росія зможе поступово прибрати до рук усю Річ Посполиту вирішили поділити її між собою. За таких обставин пропозиція прусського короля Фрідріха II у 1771 році про поділ польських земель знайшла сприятливий грунт. І 5 червня 1772 повноважні представники Прусії Австрії та Росії підписали в Петербурзі договір про поділ польських земель за яким відбирали на свою користь так звані санітарні смуги тобто території по периметру Речі Посполитої.
22811. Руська трійця 33.5 KB
  Руська трійця У першій половині XIX ст. Тут на початку 30х років виникло напівлегальне демократичнопросвітницьке та літературне угруповання Руська трійця засновники М. Головацький яке виступило на захист української мови термін руська для галичан означав українська. Особливістю виникнення та діяльності громадськокультурного об'єднання Руська трійця було те що воно будучи яскравим самобутнім представником культурницького етапу українського національного руху одночасно зберігало певні риси етапу фольклорноетнографічного і...
22812. Кири́ло-Мефо́діївське бра́тство 54 KB
  Історія створення Ініціаторами створення братства виступили Василь Білозерський Микола Гулак Микола Костомаров Пантелеймон Куліш Опанас Маркевич. Знаком братства став перстень з написом Св. Крім організаторів до братства незабаром увійшли: Георгій Андрузький Олександр Навроцький Дмитро Пильчиков Іван Посяда Микола Савич Олександр Тулуб. У квітні 1846 року до братства вступив Тарас Шевченко.