橡膠加工中，橡膠模具結垢問題

【橡膠技術網 - 技術文章】

橡膠加工工業中，模具結垢問題是一個常見的現象。硫化過程中模具壁面上形成一層沉積物，并在隨后的生產循環中逐漸積累。先前的文獻論述過引起模具結垢的各種因素的影響。現在發現：對于在聚合體橡膠混合物中所包含的各種硫化物(和氧化鋅)來說，硫化鋅是硫化過程中引起結垢的最煩人的反應副產物。沒有一種半 - 永久的脫模劑或永久性的(金屬)覆蓋層可以避免這種沉積。結論是 ：結垢最初是由附著在模具上的硫化鋅(無機的沉積物)引起的，并形成一個灰色的沉積層。作為溫度的函數，混合物中低分子量的成份附著在硫化鋅的微晶體上，并引起第二階段的沉積(有機沉積)。在一定時間內形成氧化產物，并引起碳的沉積。

　　通過了解模具結垢的原因和模具的金屬表面硫化鋅微晶體形成的內在機制，有可能產生一種對目前的加工處理過程適用的辦法，來降低硫化鋅的形成，從而防止模具結垢。通過對結垢原因的研究，減少這種現象是很有可能的。 有兩種可能的解決辦法來防止或減少污垢的形成 : 改變混合物的成份或改進模子的表面。 改變混合物成份減少模垢 由于氧化鋅或硫化合而引起的模垢必須減少或被消除。大多數的沉積物與高含量的硫化物和氧化鋅有關，而這些成份又通常要在輪胎橡膠產品中應用。按體積計，輪胎是全球橡膠產品中最大的一種(達到 75% )。因此，大多數的實驗是用常用于輪胎生產中的 NR/BR 化合物和 SBR 化合物的混合料來進行的。在通過改變混合物成份減少模垢方面，考察了硫化鋅的影響、短期的硫化實驗、和化合物成份的影響。 ◆ 硫化鋅的確定 本研究從考察硫化鋅的形成開始，這是產生最初的污垢的根源。硫化實驗顯示有硫化鋅在金屬表面形成。通過放大 1000 倍的顯微鏡檢測內插件的沉積物，確定可見的最初微晶體，然后用 RMA 方法( Rontgen micro analysis )分析，如圖 1 所示。 RMA 元素分析檢測到有鋅和硫的存在。根據檢測到的硫和鋅的比例得出結論 ：微晶主要是由不可溶解的硫化鋅組成的(圖 2 )。為了確定的硫化鋅的存在，用一種物理的分析方法( AP-TPR )分析硫化后混合物中 H2S 的含量(間接方法)。一個模壓硫化實驗用來確定在有鐵存在的情況下硫化鋅的形成過程，該實驗是在密閉管道中在 200 ℃和無氧的條件下進行的，試管中含有異三十烷、氧化鋅、硫和高表面積的元素鐵。在該實驗中，借助 RMA 同樣檢測到硫化鋅。正如期待的一樣，兩個實驗都得出有硫化鋅形成的結果。然而，沒有證據表明，硫化鋅是在混合物和模子的界面上形成的，或者 ZnS 是在硫化過程中作為鋅和硫的反應副產物而形成的。 為了確定橡膠混合物中硫化鋅的含量，應用了另外一種方法。模壓的橡膠在低溫下磨碎，制成小顆粒，再用丙酮提取，并用鹽酸和乙酸的混合物處理，金屬硫化物就分解了。產生的硫化氫用醋酸鎘緩沖溶液吸收，用碘量法測定所形成的硫化鎘。此外，將被萃取的橡膠在微波爐中在硫酸和硝酸中水解。水解液用 ICP-ES 進行元素掃描。 從這些結果可以得出結論：硫化鋅是作為氧化鋅和硫的反應產物而形成的。在硫化生產中，這個反應產物對橡膠產品和模具表面之間硫化鋅微晶體的形成是存在的和有用的。