Решење проблема скалирања гуменог калупа

У индустрији прераде гуме, скалирање калупа је уобичајена појава. Током процеса очвршћавања, на зиду калупа се формира слој седимента који се постепено акумулира у наредном производном циклусу. У досадашњој литератури се говорило о утицају различитих фактора који изазивају скалирање калупа. Сада је утврђено да је за различите сулфиде (и цинк оксид) садржане у мешавини полимерне гуме, цинк сулфид најнеугоднији нуспроизвод реакције који узрокује стварање каменца током процеса очвршћавања. Ниједан полутрајни агенс за одвајање или трајни (метални) премаз не може избећи ову врсту таложења. Закључак је да је каменац у почетку узрокован цинк сулфидом (неорганским наслагама) причвршћеним за калуп и формира сиви слој наслага. У зависности од температуре, компоненте мале молекулске тежине у смеши се везују за микрокристале цинк сулфида и изазивају другу фазу таложења (органско таложење). Производи оксидације се формирају у одређеном временском периоду и узрокују таложење угљеника.
Разумевањем узрока љуштења калупа и унутрашњег механизма формирања микрокристала цинк сулфида на металној површини калупа, могуће је произвести методу погодну за тренутни процес обраде како би се смањило стварање цинк сулфида и спречило стварање каменца у калупу. . Врло је могуће умањити ову појаву проучавањем узрока скалирања.
Постоје два могућа решења за спречавање или смањење стварања прљавштине: промена састава смеше или побољшање површине калупа.
Промените састав смеше да бисте смањили каменац
Каменац који је узрокован цинк оксидом или вулканизацијом мора бити смањен или елиминисан. Већина наслага је повезана са високим садржајем сулфида и цинк оксида, који се обично користе у производима од гуме. По запремини, гума је највећи гумени производ на свету (до 75 одсто). Због тога се већина експеримената изводи са мешавином НР/БР једињења и СБР смеше која се обично користи у производњи гума. Са аспекта смањења каменца калупа променом састава смеше, испитиван је утицај цинк сулфида, краткотрајни експеримент вулканизације и утицај састава смеше.
◆ Одређивање цинк сулфида
Ова студија почиње истраживањем формирања цинк сулфида, који је извор првобитне прљавштине. Експеримент вулканизације је показао да се на површини метала формирао цинк сулфид. Откријте наслаге уметка са 1000-микроскопом са увећањем да бисте одредили видљиви почетни микрокристали, а затим га анализирајте РМА методом (Рентгенова микроанализа), као што је приказано на слици 1. Анализа РМА елемента је открила присуство цинк и сумпор. Према детектованом односу сумпора и цинка, закључује се да су микрокристали углавном састављени од нерастворљивог цинк сулфида (слика 2). Да би се утврдило постојање цинк сулфида, метода физичке анализе (АП-ТПР) се користи за анализу садржаја Х2С у смеши након вулканизације (индиректна метода). Експеримент вулканизације калупа се користи за одређивање процеса формирања цинк сулфида у присуству гвожђа. Експеримент се изводи у затвореном цевоводу на 200 степени и без кисеоника. Епрувета садржи изотриаконтан, цинк оксид, сумпор и гвожђе велике површине. У овом експерименту, РМА је такође детектовао цинк сулфид. Као што се и очекивало, оба експеримента су показала формирање цинк сулфида. Међутим, нема доказа да се цинк сулфид формира на граници између смеше и калупа, или да се ЗнС формира као нуспроизвод реакције цинка и сумпора током процеса очвршћавања.
Да би се одредио садржај цинк сулфида у гуменој смеши примењена је друга метода. Обликована гума се меље на ниској температури и прави ситне честице, које се екстрахују ацетоном и третирају мешавином хлороводоничне киселине и сирћетне киселине. Метални сулфид се разлаже. Настали водоник сулфид се апсорбује пуферским раствором кадмијум ацетата, а формирани кадмијум сулфид се одређује јодометријом. Поред тога, екстрахована гума се хидролизује у сумпорној и азотној киселини у микроталасној пећници. Хидролизат је скениран помоћу ИЦП-ЕС.
Из ових резултата може се закључити да цинк сулфид настаје као продукт реакције цинк оксида и сумпора. У производњи вулканизације, овај производ реакције је доступан и користан за формирање микрокристала цинк сулфида између гумених производа и површина калупа.
Најприхватљивија претпоставка је да цинк сулфид настаје као продукт реакције цинк оксида и сумпора. Ова уобичајена хемијска реакција је описана у различитим приручницима за гуме. Поједностављени механизам реакције је:
2РХ плус Ск плус ЗнО плус (катализатор) РС (к-1) - Р плус ЗнС плус Х2О
Већина мешавина за гуме садржи 5 делова цинк оксида и око 2 дела сумпора на 100 делова. За смешу за гуме може се израчунати да формула на бази 100 делова гуме (око 175 делова укупно) садржи 2,8 процената (тежина) цинк оксида и 1,1 процената (тежина) сумпора. Из формуле реакције може се израчунати да ће се за сваки грам цинк оксида створити око 0,6 грама цинк сулфида. Очигледно се може произвести значајна количина цинк сулфида. У ствари, само цинк сулфид у горњем слоју гуме је микрокристални цинк сулфид (могуће узрокован металном површином). Пре него што се калуп мора очистити, може се извести око 500 пута калупљења.
◆ Експериментишите
Познато је да уметак (мали метални лим) који се користи као површина калупа може, у принципу, лако анализирати да ли садржи микрокристале цинк сулфида РМА методом, али ово је веома скуп тест. Због тога је развијен једноставан метод испитивања за одређивање почетних (видљивих) микрокристала на уметку. Уз помоћ оптичког микроскопа са увећањем од 500, могу се видети појединачни микрокристали од 0,5 до 1 микрона. Да би се произвели микрокристали, експерименти вулканизације су спроведени са различитим смешама, различитим температурама и различитим временима. Две смеше су одабране и приказане у табели 1, укључујући смешу на бази с-СБР газећег слоја и међусмешу на бази НР/БР смеше. Обе смеше се користе као основно једињење за различите експерименте вулканизације.
Да би се спровео експеримент вулканизације, производи се једноставан калуп за пресовање, који је погодан за до 8 уметака. Овај калуп за пресовање је произведен за краткорочни експеримент до 20 циклуса. Визуелно прегледајте уметак након сваких 5 узастопних циклуса. На овај начин се могу детектовати различити параметри, као што су параметри мешавине различитих адитива, или параметри који се односе на уметке, као што су избор метала, храпавост или премаз. Прелиминарни експерименти су спроведени на две основне мешавине гума. Смеша пнеуматика је вулканизована на 160 степени 20 минута и на 200 степени 2 минута (подаци су израчунати из криве реометра). Резултати су показали да нема разлике у броју микрокристала цинк сулфида пронађених визуелним прегледом. Да би се време компримовало, сви даљи експерименти су изведени на 200 степени. После 20 експеримената вулканизације за кратко време, даљи експерименти се изводе уз помоћ бризгања, до 500 вулканизација.
◆ Утицај састава смеше
▲ Избор цинка
Експерименти су спроведени на саставу смеше. Као што је показано, цинк сулфид се формира као производ реакције цинк оксида (или компоненте која садржи цинк) и сумпора. Није лако уклонити сумпор или цинк сулфид из формуле. Зато што су ове две компоненте неопходне у формули гуме. Природни сумпор може побољшати механичку чврстоћу и везивање, док цинк оксид може активирати систем очвршћавања.
Експеримент реометра показује да се без промене максималног обртног момента реометра ниво цинк оксида може смањити са 5 делова на 3 дела (на сваких 100 делова гуме), што се може скоро смањити за фактор 2 пута. Међутим, чак и са смањењем овог нивоа, депозит цинк сулфида и даље нема очигледне промене (Табела 2). Слично томе, не постоји очигледна разлика између употребе цинк оксида (РС) и замене цинк оксида мањом величином честица.
Међутим, коришћењем 0.25 делова нано-цинк оксида уместо цинк оксида са величином честица од 40 нм (максимална вредност истог реометра), ниво цинк оксида се може смањити за 20 пута, и разлика у седименту је очигледна. У краткотрајном експерименту вулканизације са нано-цинк оксидом, број пута је коришћена матрица до 20 циклуса и није било таложења цинк сулфида.