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    溫度對橡膠硫化速度的影響

    發布日期:2019-06-04 11:01:25     瀏覽次數:3993

            硫化與所有化學反應一樣,隨溫度升高而加快,并且大體也可適用范特霍夫(Van'tHoffan')定律。根據這一定律,溫度每上升8~10°C(約相當于一個表壓的蒸汽壓力),其反應速度約增加一倍——或者說反應時間約減少一半。數學上,該定律可用下列方程式表示:
            式中RG是反應速度,T是溫度。根據這一方程式,當溫度升高20℃時,反應速度約為4倍,而當溫度升高30℃時,則速度約為8倍。不過,根據這一定律設想的溫度系數2,并不完全符合客觀實際情況。
            以前,采用無機促進劑時,習慣上期望溫度系數是2.2到2.5。及至采用有機促進劑時,就發現這些溫度系數對現在的膠料過高,故非降低不可。
            二十多年前,拜耳公司實驗室的廣泛研究就已指出,對大多數促進劑來講,未填充天然膠膠料的溫度系數大約為2.0不過,當加入填充劑時,這個數字有所變化。例如,加入補強炭黑時(40份,以生膠重量為100計),就降低為1.86。硬質膠習慣上采用的溫度系數為2.50
            在這些研究的基礎上,拜耳公司設計了一種計算尺,即所謂“硫化計算尺”,并以1.86、2.17和2.50三個不同的溫度系數(用縮寫字TK表示)為尺子的三個標度。
            在許多情況下,硫化計算尺大有助于在一定硫化溫度下確定近似的正硫化時間。但是應該注意,實際上每種膠料都有它自己的硫化溫度系數。此外,根據H.奧勒(H.Auler)的計算,即使是簡單的膠料,其反應速度的溫度系數至少在80℃到180C之間一是與溫度有關的。評論這個問題的還有弗蘭克(FrankHafner)及克恩(Kern)。
            例如,假定110~120°℃之間的溫度系數是2.2,而在150~160℃的范圍內則可能是1.9。換言之,沒有一個能夠表示個溫度系統的溫度系數,除非明確其溫度適用范圍??磥頀仐墲撃芄?方程式7)會更好一些,特別是由于阿累尼烏斯( Arrhenius)早在50多年前就已經發現一個反應速度和溫度之間的關系式,它在實驗容許的范圍以內始終保持準確。這一關系式只要一個簡單的系數—活化能A(見方程式8)就夠了。式中R是氣體常數,T為絕對溫度。這一關系式與不準確的潛能公式相比并不復雜,而從圖解觀點來看,甚至相當容易運用?;罨芸捎昧蚧瘍x或振蕩式可塑計予以測定。

            弗蘭克、哈夫納及克恩等人在一次重要研究中得出結論說:當量時間(即達到規定硫化度的時間)的倒數,是硫化的個非常有用的度量。
            他們認為,阿累尼烏斯的活化能是硫化速度和溫度關系的準確度量,便于日常應用。以當量時間的對數對絕對溫度的倒數作圖并求其直線斜率,便可立即求得活化能。這個值常為24千卡/克分子左右,而與實驗方法和當量的選取無關。
            根據上述情況和類似的想法,最近克瑙爾哈賽( Knauerhase)和庫普斯凱( Kupske)在考慮到活化能時,他們建議用一種加工計算器求改變硫化條件的正確硫化時間。
            不過這個方法不是每個橡膠工作者都有條件使用,而且根據活化能作一般換算還要多花一些時間,但這個方法肯定是可行的。因此,尤其對硫化平坦很寬的膠料來說,若根據最普通的溫度系數2來進行硫化計算時,也不致出現嚴重錯誤。
            在這些條件下,蒸汽壓力每提高1大氣壓(表壓),由于溫度的上升,硫化時間大約減少一半。但當敏感膠料的溫度系數大于或小于平均值2時,則使用硫化計算尺外面或中間的標尺,可以得到滿意的精確度。
            為了采用流水線作業,總希望盡可能提高硫化溫度,以期相應地縮短硫化時間。但這種辦法受許多因素的限制,詳細情況將在各個硫化方法中加以詳述。
            譬如,限制提高硫化溫度的一個因素是硫化平坦的寬度,這對所有硫化方法都是相當重要的。硫化平坦性非常寬的膠料可以容許使用較高的硫化溫度,而平坦性窄的膠料則恰恰相反。天然膠和合成膠所允許使用的最高硫化溫度也有顯著差別。合成膠的熱穩定性比較高,使材料性能不致受到損害而容許使用的硫化溫度也比較高。
            由于硫化膠的機械性能與硫化溫度有關,因此,在特殊情況下,為了滿足一定的設計要求,硫化溫度就不應超過某一限度。
            硫化制品的斷面厚度也是限制硫化溫度的因素之一。這一問題將在大型模制品的硫化和膠輥的蒸汽硫化中詳細討論。
            當用平板硫化并且為了得到尺寸一定的制品而不得不用定的模型時,硫化溫度也不能變化,因為溫度不同,其收縮率也不一樣。
            最后,在熱空氣中硫化時,溫度的上限則取決于氧化作用。
            只在某種情況下,可以提高硫化溫度而使制品在非常短的時間內進行硫化,連續硫化法便是其中的一種。