Ультразвуковой контроль процесса вулканизации

Производство резино-технических изделий (РТИ), в частности, литьем под давлением требует вполне определенной продолжительности нагревания перерабатываемой каучуковой смеси для ее вулканизации. В то же время ее свойства могут изменяться от одного цикла литья к другому, что может сопровождаться появлением различий в показателях качества РТИ и неоправданным увеличением продолжительности цикла. Непрерывный мониторинг процесса вулканизации позволяет снизить уровень брака и повысить производительность литьевого оборудования и рентабельность производства в целом.

Для повышения качества вулканизации сырой резиновой смеси, существует система непрерывного контроля времени вулканизации. Основной ее целью является повышение производительности оборудования за счет контроля и достижения требуемой степени вулка­низации сырых каучуковых смесей с помощью ультра­звука (УЗ). Система позволяет определять оптимальное время вулканизации каучуковых смесей в процессе каждого цикла литья под давлением. Она характеризуется двумя важными преимуществами:

- оптимальное время вулканизации можно опреде­лять в процессе непрерывного контроля непосред­ственно в литьевой форме,

- в соответствии с разработанным алгоритмом сра­зу по окончании процесса вулканизации автоматически подается соответствующий сигнал на обогреваемую форму, после чего она открывается.

Преимущества этой новой системы не ограничива­ются исключительно уменьшением продолжительности процесса изготовления изделий: ее применение способ­ствует улучшению и повышению воспроизводимости качества вырабатываемой продукции. Работа системы основана на непрерывном способе контроля про­мышленного производства литьевых РТИ.

Конструкция

Система состоит из УЗ-преобразователя результа­тов измерений, волновода, распределительного шкафа и промышленного персонального компьютера с сенсор­ным экраном. Внутри ли­тьевой формы расположен находящийся в контакте со стенками ее оформляющей полости волновод с низким акустическим сопротивлением. УЗ-преобразователь результатов измерений расположен на внешней сто­роне и соединен с волноводом.

Система снабжена программным алгоритмом, с помощью которого осуществляется определение оптимального времени вулканизации. По истечении требуемого времени выдержки форма автоматически открывается. Процесс практически не требует вмешательства оператора.

Технология ультразвуковых измерений

Преобразователь результатов измерений через вол­новод посылает со скоростью упругой волны УЗ-импульс (импульс УЗ-колебаний, создаваемых в результате об­ратного пьезоэлектрического эффекта) сквозь массу резиновой смеси; отраженный от противоположной стенки формы и возвращающийся во время паузы между импульсами сигнал (эхо-сигнал) регистрируется тем же волноводом (прямой пьезоэлектрический эффект), вы­полняющим в период паузы между импульсами функцию датчика прибора и передающим его на преобразователь, на котором упругие колебания превращаются в электри­ческие. При этом фиксируется так называемое «время полета» - время прохождения сигнала, прошедшее между моментами его подачи и регистрации датчиком.

Положительные результаты получены при тестиро­вании смесей на основе натурального каучука, бутадиенакрилонитрильного каучука, смеси натурального и бутадиенового каучуков, хлоропренового каучука и этиленпропиленового каучука с перекисными попереч­ными связями.

Определение максимального времени вулканизации

В процессе вулканизации при повышении темпе­ратуры и давления сначала наблюдается увеличение «времени полета» прохождения сигнала, после чего оно начинает снижаться. Макси­мальная степень вулканизации соответствует времени, при котором производная параметра «времени полета» по времени вулканизации достигает своего максимума. Причиной этого является увеличение плотности каучу­ковой смеси вследствие усадки, которая в свою очередь обусловлена сшиванием макромолекулярных цепей обрабатываемого. Было установлено также, что ко­эффициент теплового расширения имеет минимальное значение в момент достижения максимальной степени вулканизации. Это подтверждается характером кривой давления, которая именно в это время имеет наимень­ший угол подъема.

Из их анализа изменения параметра «времени полета»  при различных циклах вулкани­зации следует, что максимум циклов вулканизации можно объяснить более высокой температурой формы. Необходимо обеспечить более стабильную степень вулканизации от цикла к циклу, так как для каждого цикла формования устанавливается его опти­мальная продолжительность.

Результаты

Целесообразность использования си­стемы проверены путем измерения жесткости резиновых изделий. Измерения прово­дились при температуре формы 155 ^ОС и 170 ^ОС и при различной продолжительности выдержки. Жесткость образцов литьевых изделий (кгс/мм) измеряли при на­грузке 32 кгс. В результате испытаний было выявлено соответствие между временем термообработки для достижения максимальной степени вулканизации и максимальной величиной жесткости.

Таким образом, существует корреляция между этим показателем и максимальной плотностью сшивания макромолекулярных цепей.

Заключение

Время, необходимое для оптимальной вулканизации каучуковых смесей при литье под давлением, необходимо определять непрерывным способом с помощью системы УЗ-преобразования. Одновременно эта система обеспечивает автоматическое открывание формы после достижения максимального значения требуемого времени выдержки (оптимальное время вулкани­зации). Важными преимуществами этого способа контроля и управления являются умень­шение времени цикла и более стабильное качество производимой продукции.

К списку