1. Introducció
1.1 Importància de la taxa de contracció dels productes de cautxú
Una mètrica de rendiment crucial per als productes de cautxú és la seva taxa de contracció. Té un impacte directe en el rendiment, l'aspecte i la correcció dimensional dels elements. Una alta taxa de contracció pot provocar defectes superficials, variacions de la mida del producte i altres problemes que afectaran negativament la qualitat del producte. En conseqüència, una de les tecnologies més importants en el procés de fabricació de cautxú és gestionar i maximitzar la taxa de contracció dels productes de cautxú.
1.2 Visió general dels principals factors que afecten la taxa de contracció
- Fórmula del cautxú: la taxa de contracció variarà segons els tipus i quantitats de farcits, plastificants i matèries primeres utilitzades en el cautxú.
- Procediment d'emmotllament: els comportaments de contracció variaran segons el tipus d'emmotllament utilitzat, com ara l'emmotllament per injecció o per compressió.
- Condicions d'emmotllament: la taxa de contracció es veu significativament afectada per l'elecció dels paràmetres del procés, com ara la temperatura, la pressió i el temps de retenció.
- Postprocessament: la taxa de contracció final també es veurà afectada pels passos posteriors del procés, com el desemmotllament, el refredament i el tractament tèrmic.
2. La influència dels factors de la fórmula en la taxa de contracció
2.1 La influència de diferents tipus de cautxú en la taxa de contracció
2.1.1 Cautxú natural, cautxú d'estirè-butadiè, cautxú de cloropré, etc.
Un dels elements clau que influeix en la taxa de contracció és el tipus de cautxú. Els comportaments de contracció de diversos tipus de cautxú varien a causa de les variacions en les seves estructures moleculars, polaritat, densitats de reticulació i altres propietats.
- Com que el cautxú natural (NR) té una cadena molecular més llarga i una densitat de reticulació més baixa, normalment entre un 10 i un 15 per cent, es redueix més ràpidament.
- El monòmer d'estirè s'afegeix al cautxú d'estirè-butadiè (SBR), el que resulta en una polaritat molecular més gran, una densitat de reticulació més gran i una taxa de contracció disminuïda (normalment del 5 al 10%) en comparació amb el cautxú natural.
- El cautxú de cloropré (CR) es caracteritza per la presència d'àtoms de clor, una major densitat de reticulació, una polaritat molecular més forta i una menor taxa de contracció (sovint 3-8%).
- Altres, inclòs el cautxú de nitril (NBR) i el cautxú d'etilè-propilè (EPDM), tenen propietats de contracció diferents a causa de les seves polaritats i estructures moleculars variades, que requereixen més investigació.
2.2 Efecte del contingut de farciment sobre la contracció
2.2.1 Farciments inorgànics vs. farcits orgànics
La taxa de contracció del producte de cautxú també està influenciada significativament pel tipus i la quantitat de farcits utilitzats. Normalment, es divideixen en dos grups: farciments inorgànics i orgànics.
- Els tipus més comuns de farciments inorgànics inclouen el talc, la pols de dolomita, el negre de carboni blanc i el negre de carboni. Com que són més rígids i tenen un mòdul més elevat, aquest tipus de farciment normalment pot restringir la quantitat que la matriu de cautxú es contrau.
- Com que els farcits orgànics com la cel·lulosa i la pols de fusta es redueixen més que altres farcits, afegir-ne massa pot provocar que la contracció total augmenti.
2.2.2 Relació entre el contingut de farciment i la contracció
En termes generals, el producte de cautxú s'encongrà menys com més farciment hi hagi. Això es deu al fet que els farcits rígids poden evitar que la matriu de cautxú es deformi a causa de la contracció.
D'altra banda, un contingut excessiu de farciment degradaria les qualitats mecàniques i la conformabilitat del producte. Com a resultat, és fonamental optimitzar i equilibrar el control de la contracció amb altres necessitats de rendiment.
Controlar el contingut de farciment entre un 30 i un 50 per cent sovint és una decisió sàvia, ja que pot minimitzar amb èxit la contracció sense influir indegudament en altres paràmetres de rendiment. Cal filtrar i modificar el tipus de farciment i el contingut d'acord amb les necessitats particulars del producte.
2.3 La influència d'altres additius
2.3.1 suavitzant, estabilitzant, colorant, etc.
Suavitzant:
El cautxú es pot allargar i esdevenir més plàstic amb plastificant, però la contracció també augmentarà. En general, la contracció augmenta amb l'augment de la concentració de plastificant.
Estabilitzador:
En augmentar la densitat de reticulació del cautxú, es poden afegir estabilitzadors com determinats antioxidants i antiozonants per disminuir la contracció. No obstant això, la fragilitat també pot resultar d'un sobreaddició.
Additiu:
A menys que la quantitat d'addició sigui molt alta, la introducció de colorants com el pigment i el colorant normalment no té cap influència perceptible en la contracció.
Altres:
Una petita quantitat d'agent vulcanitzant, accelerador de vulcanització, agent d'escuma, etc., també pot tenir algun impacte en la contracció.
3. La influència dels factors del procés en la contracció
3.1 La influència de les condicions de mescla en la contracció
3.1.1 Velocitat, temperatura, temps, etc.
Velocitat de mescla:
Una velocitat massa ràpida trencarà la cadena molecular del cautxú, reduint el pes molecular i augmentant la contracció. Sovint és preferible controlar-lo entre 30 i 60 rpm.
Temperatura de mescla:
Qualsevol temperatura massa alta pot accelerar el deteriorament tèrmic de les molècules de cautxú i provocar una major contracció. La temperatura de mescla normalment es manté entre 110 i 160 graus.
Temps dedicat a barrejar:
Un període de mescla excessivament llarg pot provocar una contracció i una reducció addicional del pes molecular. No obstant això, massa poc temps evita que els farcits es dispersin completament. Controlar-lo durant tres o deu minuts sovint és adequat.
Ordre de mescla:
Per minimitzar la contracció i evitar l'aglomeració del farcit, s'aconsella aplicar primer farcits durs, seguits de cautxú tou.
3.2 Efecte de les condicions de vulcanització sobre la contracció
3.2.2 Temperatura, temps, pressió de vulcanització, etc.
Temperatura de vulcanització:
Una temperatura excessivament alta pot accelerar la reticulació i el deteriorament tèrmic de les cadenes de goma, la qual cosa augmentarà la contracció. És preferible mantenir-lo regularment entre 150 i 180 graus.
Temps de vulcanització:
Una quantitat excessiva de temps pot accelerar la reducció i afavorir la reacció de reticulació. Tanmateix, la vulcanització no s'aconsegueix completament en un període massa curt. Normalment entre 10 i 30 minuts.
Pressió durant la vulcanització:
El volum del cautxú es comprimirà per una pressió excessiva, la qual cosa accelerarà la contracció. És adequat mantenir la gestió de la pressió entre 5 i 15 MPa.
3.3 Efecte del procés d'emmotllament sobre la contracció
3.3.1 Emmotllament per injecció vs extrusió
Els procediments ràpids d'injecció i refrigeració en l'emmotllament per injecció provocaran més contracció. L'emmotllament per extrusió es redueix menys ràpidament i és relativament lent.
3.3.2 Velocitat de refrigeració
La velocitat de contracció augmenta amb la velocitat de refredament. Per tant, controlar la velocitat de refrigeració és essencial per evitar el sobrerefrigerament.
4. Efecte dels factors ambientals en la contracció
4.1 Efecte de la temperatura sobre la contracció
El coeficient d'expansió tèrmica del cautxú augmentarà amb la temperatura, accelerant la taxa de contracció.
Les cadenes moleculars de cautxú també experimentaran reticulació i ruptura tèrmica a altes temperatures, cosa que agreujarà la contracció.
Els cautxús amb diferents composicions també són sensibles a la temperatura. Alguns tipus de cautxú són més susceptibles a les variacions de temperatura.
Per tal de minimitzar la contracció, s'han d'evitar els paràmetres d'alta temperatura sempre que sigui possible per utilitzar i emmagatzemar productes de cautxú. Es poden utilitzar tècniques de gestió de la temperatura passiva o activa per a components importants.
4.2 Efecte de la humitat sobre la contracció
En termes generals, la humitat té poc impacte en la contracció del cautxú. D'altra banda, l'absorció d'humitat farà que alguns articles de cautxú que contenen farcits absorbents s'expandeixin, augmentant el volum total i disminuint la contracció.
El cautxú absorbeix fàcilment la humitat i s'estova en ambients d'alta humitat, cosa que pot provocar mides de producte inestables. L'assecat excessiu també pot tenir un impacte en la contracció i provocar la fragilitat del cautxú.
Per tant, és important mantenir l'ambient d'humitat adequat, normalment entre el 40 i el 70 per cent d'humitat relativa, quan s'utilitzen i emmagatzemen productes de cautxú. Quan sigui necessari, es poden utilitzar mesures a prova d'humitat.
5. Optimització i control integrals
5.1 Optimització dels factors de formulació
- Trieu matèries primeres de cautxú amb poca contracció, com la silicona o el cautxú de nitril.
- Per reduir la contracció, decidiu i combineu diferents farcits, com ara talc, negre de carboni blanc i negre de carboni, de manera raonable.
- Afegiu determinades substàncies que controlen la contracció, com ara polietilè, polipropilè de baix pes molecular, etc.
- Millorar el sistema de reticulació afegint productes químics útils, modificant el contingut de sofre, etc.
5.2 Optimització dels paràmetres del procés
- Regula el ritme, el temps i la temperatura de la mescla per evitar una degradació excessiva.
- Per regular el nivell de reticulació, ajusteu els paràmetres de temperatura, temps i pressió de vulcanització.
- Decidiu una tècnica d'emmotllament adequada, com per extrusió o injecció, i reguleu la velocitat de refrigeració.
- El seguiment i l'ajust dels paràmetres del procés en temps real s'han de fer juntament amb la detecció en línia i altres tècniques.
5.3 Control de les condicions ambientals
- Allunyeu-vos dels ambients calents i, si cal, preneu les mesures de control de la temperatura adequades.
- S'ha de mantenir un rang d'humitat modest per evitar l'assecat excessiu o l'absorció d'humitat.
- Es poden utilitzar mesures auxiliars com la resistència a la humitat i l'aïllament tèrmic per a components importants.