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

26 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

67769. Исследование преобразователей “ток-частота” цифровых измерительных приборов летательных аппаратов 531.94 KB
  В таких устройствах используются датчики первичной информации в которых воспринимаемая величина вначале представляется в виде напряжения или тока затем преобразуемые в частоту или период следования импульсов. В данной работе рассматривается преобразователь выходного тока который может быть получен...
67770. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА БОЙЛЯ-МАРИОТТА 4.17 MB
  Термодинамической системой называется тело или сочетание нескольких тел, находящихся в тепловом контакте, свойства и поведение которых изучаются средствами термодинамики. Свойства любой системы и ее состояние описывается рядом физических величин, которые называются термодинамическими параметрами.
67771. ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ РАСТВОРА ОТ ЕГО КОНЦЕНТРАЦИИ И ТЕМПЕРАТУРЫ 295 KB
  Наличие у жидкости свободной поверхности приводит к существованию особой категории явлений называемых поверхностными или капиллярными. Если сфера находится в жидкости то в ней этих молекул разумеется на несколько порядков больше чем в газе над поверхностью. Если молекулы находятся в приграничном...
67774. Расчет требуемой степени очистки производственных стоков 74.37 KB
  Оценка требуемой очистки сточных вод СВ которая позволяет сделать обоснованный выбор типа и мощности очистных сооружений вариантов размещения оголовков выпуска у берега или в стрежень и их конструктивных особенностей. Участок водоема от места выпуска стоков условно делят на зоны: 1 начального разбавления...
67775. Преобразования Фурье 101.5 KB
  ДПФ определяет спектр дискретной периодичной функции x(t). ДПФ – обратимая операция отображения временных рядов в область частот. Свойства ДПФ аналогичны свойствам интегрального преобразования Фурье. ДПФ определяет линейчатый спектр периодичной дискретизации функции времени, а обратное дискретное...
67777. Изучение счетчика Гейгера-Мюллера 168.01 KB
  На рабочей точке рассчитать истинное количество частиц попавших в счетчик с учетом мертвого времени исходя из τ=104 сек. Каковы основные характеристики счетчиков числа частиц В чем отличие счетчиков Гейгера-Мюллера от других счетчиков Что называют счетной характеристикой счетчика...