Factoren die de krimp van rubberverbindingen beïnvloeden

1. Inleiding

1.1 Belang van de krimpsnelheid van rubberproducten

Een cruciale prestatiemaatstaf voor rubberproducten is hun krimppercentage. Het heeft een directe invloed op de prestaties, het uiterlijk en de maatnauwkeurigheid van de items. Een hoge mate van krimp kan resulteren in oppervlaktefouten, variaties in de productgrootte en andere problemen die de kwaliteit van het product negatief zullen beïnvloeden. Bijgevolg is een van de belangrijkste technologieën in het rubberproductieproces het beheren en maximaliseren van de krimpsnelheid van rubberproducten.

1.2 Overzicht van de belangrijkste factoren die van invloed zijn op het krimppercentage

• Rubberformule: De krimpsnelheid zal variëren afhankelijk van de soorten en hoeveelheden vulstoffen, weekmakers en grondstoffen die in het rubber worden gebruikt.
• Vormprocedure: Het krimpgedrag zal variëren afhankelijk van het gebruikte soort vormstuk, zoals spuitgieten of compressiegieten.
• Vormomstandigheden: De krimpsnelheid wordt aanzienlijk beïnvloed door de keuze van procesparameters, waaronder temperatuur, druk en houdtijd.
• Nabewerking: De uiteindelijke krimpsnelheid zal ook worden beïnvloed door latere processtappen zoals ontvormen, afkoelen en warmtebehandeling.

2. De invloed van formulefactoren op de krimpsnelheid

2.1 De invloed van verschillende rubbersoorten op de krimpsnelheid

2.1.1 Natuurrubber, styreen-butadieenrubber, chloropreenrubber, enz.

Een van de belangrijkste elementen die de krimpsnelheid beïnvloeden, is het rubbertype. Het krimpgedrag van verschillende rubbersoorten varieert vanwege variaties in hun moleculaire structuren, polariteit, verknopingsdichtheden en andere eigenschappen.

• Omdat natuurlijk rubber (NR) een langere moleculaire keten en een lagere verknopingsdichtheid heeft (meestal tussen de 10 en 15 procent) krimpt het sneller.
• Styreenmonomeer wordt toegevoegd aan styreen-butadieenrubber (SBR), wat resulteert in een verhoogde moleculaire polariteit, een grotere verknopingsdichtheid en een lagere krimpsnelheid (meestal 5–10%) in vergelijking met natuurlijk rubber.
• Chloropreenrubber (CR) wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van chlooratomen, een grotere verknopingsdichtheid, een sterkere moleculaire polariteit en een lagere krimpsnelheid (vaak 3-8%).
• Anderen, waaronder nitrilrubber (NBR) en ethyleen-propyleenrubber (EPDM), hebben duidelijke krimpeigenschappen vanwege hun gevarieerde moleculaire polariteiten en structuren, die om meer onderzoek vragen.

2.2 Effect van vulstofgehalte op krimp

2.2.1 Anorganische vulstoffen versus organische vulstoffen

De krimpsnelheid van rubberproducten wordt ook aanzienlijk beïnvloed door het soort en de hoeveelheid gebruikte vulstoffen. Meestal worden ze in twee groepen verdeeld: anorganische en organische vulstoffen.

• De meest voorkomende soorten anorganische vulstoffen zijn talk, dolomietpoeder, wit roet en roet. Omdat ze stijver zijn en een hogere modulus hebben, kan dit soort vulmiddel doorgaans de mate beperken waarin de rubbermatrix krimpt.
• Omdat organische vulstoffen zoals cellulose en houtpoeder meer krimpen dan andere vulstoffen, kan het toevoegen van te veel ervan ervoor zorgen dat de totale krimp toeneemt.

2.2.2 Relatie tussen vulstofgehalte en krimp

Over het algemeen zal het rubberproduct minder krimpen naarmate er meer vulmiddel aanwezig is. Dit komt door het feit dat stijve vulstoffen kunnen voorkomen dat de rubbermatrix vervormt als gevolg van krimp.

Aan de andere kant zou een te hoog vulstofgehalte de mechanische eigenschappen en vervormbaarheid van het product aantasten. Als gevolg hiervan is het van cruciaal belang om de krimpbeheersing te optimaliseren en in evenwicht te brengen met andere prestatiebehoeften.

Het controleren van het vulstofgehalte tussen 30 en 50 procent is vaak een verstandige beslissing, omdat hierdoor de krimp met succes kan worden geminimaliseerd zonder andere prestatieparameters onnodig te beïnvloeden. Het is noodzakelijk om het type en de inhoud van de vulstof te filteren en aan te passen in overeenstemming met de specifieke behoeften van het product.

2.3 De invloed van andere additieven

2.3.1 wasverzachter, stabilisator, kleurstof, enz.

Verzachter:

Rubber kan met weekmaker uitrekken en plastischer worden, maar de krimp zal ook toenemen. Over het algemeen neemt de krimp toe met toenemende concentratie weekmakers.

Stabilisator:

Door de verknopingsdichtheid van rubber te verhogen, kunnen stabilisatoren zoals bepaalde antioxidanten en antiozonanten worden toegevoegd om de krimp te verminderen. Niettemin kan verbrossing ook het gevolg zijn van te veel toevoegen.

Additief:

Tenzij de toegevoegde hoeveelheid zeer hoog is, heeft de introductie van kleurstoffen zoals pigment en kleurstof doorgaans geen waarneembare invloed op de krimp.

Anderen:

Een kleine hoeveelheid vulkanisatiemiddel, vulkanisatieversneller, schuimmiddel, enz. kan ook enige invloed hebben op de krimp.

3. De invloed van procesfactoren op krimp

3.1 De invloed van mengomstandigheden op krimp

3.1.1 Snelheid, temperatuur, tijd, etc.

Snelheid van mengen:

Een te hoge snelheid zal de moleculaire keten van rubber breken, waardoor het molecuulgewicht afneemt en de krimp toeneemt. Het regelen tussen 30 en 60 tpm heeft vaak de voorkeur.

Mengtemperatuur:

Een te hoge temperatuur kan de thermische achteruitgang van de rubbermoleculen versnellen en verdere krimp veroorzaken. De mengtemperatuur wordt doorgaans tussen 110 en 160 graden gehouden.

Tijd besteed aan mixen:

Een te lange mengperiode kan krimp en een verdere verlaging van het molecuulgewicht veroorzaken. Te weinig tijd verhindert echter dat vulstoffen volledig dispergeren. Vaak is een controle gedurende drie tot tien minuten voldoende.

Volgorde van mengen:

Om krimp te minimaliseren en agglomeratie van vulmiddel te voorkomen, is het raadzaam eerst harde vulstoffen aan te brengen, gevolgd door zacht rubber.

3.2 Effect van vulkanisatieomstandigheden op krimp

3.2.2 Vulkanisatietemperatuur, tijd, druk, etc.

Temperatuur van vulkanisatie:

Een te hoge temperatuur kan de verknoping en thermische achteruitgang van de rubberen kettingen bespoedigen, waardoor de krimp toeneemt. Regelmatig verdient het de voorkeur om deze tussen de 150 en 180 graden te houden.

Tijd van vulkanisatie:

Een overmatige hoeveelheid tijd kan het krimpen versnellen en de verknopingsreactie bevorderen. De vulkanisatie wordt echter niet in een te korte periode volledig bereikt. Meestal binnen 10 tot 30 minuten.

Druk tijdens vulkanisatie:

Het volume van het rubber wordt door overmatige druk samengedrukt, waardoor het krimpen wordt versneld. Het handhaven van een drukbeheer tussen 5 en 15 MPa is passend.

3.3 Effect van het gietproces op de krimp

3.3.1 Spuitgieten versus extrusie

Snelle injectie- en koelprocedures bij het spuitgieten zullen meer krimp veroorzaken. Extrusiegieten krimpt minder snel en is relatief traag.

3.3.2 Koelsnelheid

De krimpsnelheid neemt toe met de afkoelsnelheid. Het beheersen van de koelsnelheid is daarom essentieel om overkoeling te voorkomen.

4. Effect van omgevingsfactoren op krimp

4.1 Effect van temperatuur op krimp

De thermische uitzettingscoëfficiënt van rubber zal stijgen met de temperatuur, waardoor de krimp toeneemt.

Moleculaire ketens van rubber zullen bij hoge temperaturen ook te maken krijgen met verknoping en thermische afbraak, wat het krimpen zal verergeren.

Ook rubbers met wisselende samenstellingen zijn temperatuurgevoelig. Bepaalde rubbersoorten zijn gevoeliger voor temperatuurschommelingen.

Om krimp tot een minimum te beperken, moeten hoge temperatuurinstellingen waar mogelijk worden vermeden bij het gebruik en de opslag van rubberproducten. Voor belangrijke componenten kunnen passieve of actieve temperatuurbeheertechnieken worden gebruikt.

4.2 Effect van vochtigheid op krimp

Over het algemeen heeft vochtigheid weinig invloed op de krimp van rubber. Aan de andere kant zal vochtopname ervoor zorgen dat sommige rubberartikelen die absorberende vulstoffen bevatten, uitzetten, waardoor het totale volume toeneemt en de krimp afneemt.

Rubber absorbeert gemakkelijk vocht en wordt zacht in omgevingen met een hoge luchtvochtigheid, wat kan leiden tot onstabiele productformaten. Te lang drogen kan ook een impact hebben op de krimp en resulteren in verbrossing van het rubber.

Het is dus belangrijk om de juiste vochtigheidsgraad te behouden, doorgaans tussen 40 en 70 procent relatieve vochtigheid, bij het gebruiken en opslaan van rubberproducten. Indien nodig kunnen vochtwerende maatregelen worden toegepast.

5. Uitgebreide optimalisatie en controle

5.1 Optimalisatie van formuleringsfactoren

1. Kies rubbergrondstoffen die weinig krimpen, zoals siliconen- of nitrilrubber.
2. Om het krimpen te verminderen, moet u op redelijke wijze verschillende vulstoffen, zoals talk, wit roet en roet, kiezen en combineren.
3. Voeg bepaalde krimpremmende stoffen toe, zoals polyethyleen, polypropyleen met een laag molecuulgewicht, enz.
4. Verbeter het verknopingssysteem door nuttige chemicaliën toe te voegen, het zwavelgehalte te wijzigen, enz.

5.2 Optimalisatie van procesparameters

• Regel het tempo, de timing en de temperatuur van het mengen om overdegradatie te voorkomen.
• Om het niveau van verknoping te regelen, past u de vulkanisatietemperatuur, tijd en drukparameters aan.
• Bepaal een geschikte vormtechniek, zoals extrusie of spuitgieten, en regel de afkoelsnelheid.
• Real-time monitoring en aanpassing van procesparameters moet plaatsvinden in combinatie met online detectie en andere technieken.

5.3 Controle van omgevingsomstandigheden

1. Blijf uit de buurt van warme omgevingen en neem, indien nodig, passende maatregelen voor temperatuurbeheersing.
2. Er moet een bescheiden vochtigheidsgraad worden aangehouden om overdrogen of vochtopname te voorkomen.
3. Voor belangrijke onderdelen kunnen aanvullende maatregelen zoals vochtbestendigheid en warmte-isolatie worden toegepast.