Новый подход к моделированию для прогнозирования эволюции процесса изготовления пробки

Aug 12, 2023

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 8002 (2022) Цитировать эту статью

921 Доступов

3 цитаты

Подробности о метриках

Для прогнозирования развития процесса вулканизации пробково-резиновых плит был разработан численный подход, сочетающий модели теплопроводности и кинетики теплопередачи. С помощью одномерной модели предсказано изменение температуры и степени отверждения на разных стадиях вулканизации композита пробка-каучук. Кроме того, из-за деградации, подтвержденной соединением, к проблеме была добавлена ​​существующая модель реверсии. По данным реометра определены параметры отверждения и реверсии. Экспериментальные данные использовались для определения термических свойств соединения, принимая постоянную величину или в зависимости от степени его отверждения и температуры. Результаты, полученные путем моделирования, показали хорошее соответствие экспериментальным результатам даже в предположении постоянных тепловых свойств. Применение предложенной методологии дает информацию об оптимальных параметрах процесса для плиты каждой толщины без ущерба для однородности и характеристик конечного продукта, что может быть ценным инструментом на этапах разработки и изготовления пробково-резиновых композитов.

Пробково-резиновые композиты представляют собой эластомерные материалы, состоящие из резиновой матрицы, наполненной пробковыми гранулами. Наличие пробки способствует улучшению восстановления и уменьшению бокового потока благодаря низкому коэффициенту Пуассона, когда композит подвергается сжимающим нагрузкам. Также он обеспечивает химическую стабильность резиновой смеси. В зависимости от типа резины эти композиты обладают хорошей устойчивостью к жидкости, что делает их пригодными для таких применений, как прокладки, используемые, например, в автомобильной или энергетической промышленности. Другие области применения композитов пробка-резина включают вибро- или акустическую изоляцию в виде прокладок. Производство пробково-резиновых композиционных материалов аналогично производству других резиновых смесей1,2. В рецептуру резиновой смеси пробковые гранулы добавляются на этапах смешивания вместе с другим сырьем, таким как вулканизирующий агент, активаторы вулканизации, армирующие наполнители, технологические добавки, антидеграданты и другие. После прохождения через двухвалковую мельницу для получения однородной смеси и сляба постоянной толщины материал помещается в металлическую форму и вулканизируется в прессе для компрессионного формования.

Процесс вулканизации является результатом сочетания двух явлений: теплопередачи и реакции отверждения3. Этот этап считается решающим шагом на пути к достижению оптимальных конечных характеристик резинового изделия. Во время вулканизации образуются поперечные связи между полимерными цепями, как правило, с выделением энергии, изменяющей свойства материала4. Физико-механические свойства резиновых изделий во многом связаны с параметрами вулканизации, как сообщают другие авторы5,6.

Для контроля развития реакций отверждения можно применять различные методы, включая дифференциальную сканирующую калориметрию (ДСК), реометр с осциллирующим диском (ОДР), динамический механический анализ (ДМА), реометр с подвижной матрицей (МДР) и даже диэлектрический анализ (ДЭА)7. С точки зрения реологии модуль сдвига резиновой смеси увеличивается по мере образования новых поперечных связей. Тест MDR предоставляет информацию об изменении степени отверждения образца тонкого диска при воздействии изотермического процесса посредством непрерывного измерения крутящего момента одного из штампов8. Реология резиновой смеси также может дать информацию об оптимальных параметрах отверждения, таких как температура и время вулканизации, поскольку они являются влиятельными переменными в процессе вулканизации.

Однако достижение ожидаемых характеристик резиновых изделий может оказаться сложной задачей из-за их геометрии, характеристик состава и других аспектов производственного процесса. Применение подходов моделирования в качестве инструмента оптимизации вулканизации резины изучалось несколькими авторами. Как правило, в этих работах представлена ​​методология, сочетающая лечение с проблемой отопления, включая подходы, основанные на моделях9,10,11 и на основе данных12,13.