Vulkanointiprosessin järjestelmäanalyysi. Menetelmä vulkanointiprosessin ohjaamiseksi

Tärkeimmät kumien vulkanointimenetelmät. Kumitekniikan pääkemiallisen prosessin - vulkanoinnin - suorittamiseen käytetään vulkanointiaineita. Vulkanointiprosessin kemia koostuu avaruudellisen verkoston muodostamisesta, joka sisältää lineaarisia tai haarautuneita kumimakromolekyylejä ja ristisidoksia. Teknologisesti vulkanointi koostuu kumiyhdisteen prosessoinnista normaalista 220 °C:seen paineen alaisena ja harvemmin ilman sitä.

Useimmissa tapauksissa teollinen vulkanointi suoritetaan vulkanointijärjestelmillä, jotka sisältävät vulkanointiainetta, kiihdyttimiä ja vulkanointiaktivaattoreita ja jotka edistävät avaruusverkoston muodostumisprosessien tehokkaampaa kulkua.

Kumin ja vulkanointiaineen välinen kemiallinen vuorovaikutus määräytyy kumin kemiallisen aktiivisuuden, ts. sen ketjujen tyydyttymättömyysaste, funktionaalisten ryhmien läsnäolo.

Tyydyttymättömien kumien kemiallinen aktiivisuus johtuu kaksoissidosten läsnäolosta pääketjussa ja vetyatomien lisääntyneestä liikkuvuudesta kaksoissidoksen vieressä olevissa -metyleeniryhmissä. Siksi tyydyttymättömät kumit voidaan vulkanoida kaikilla yhdisteillä, jotka ovat vuorovaikutuksessa kaksoissidoksen ja sen naapuriryhmien kanssa.

Tyydyttymättömien kumien päävulkanointiaine on rikki, jota käytetään yleensä vulkanointijärjestelmänä yhdessä kiihdyttimien ja niiden aktivaattoreiden kanssa. Rikin lisäksi voidaan käyttää orgaanisia ja epäorgaanisia peroksideja, a(AFFS), diatsoyhdisteitä ja polyhaloidiyhdisteitä.

Tyydyttyneiden kumien kemiallinen aktiivisuus on huomattavasti pienempi kuin tyydyttymättömien, joten vulkanoinnissa on käytettävä erittäin reaktiivisia aineita, kuten erilaisia peroksideja.

Tyydyttymättömien ja tyydyttyneiden kumien vulkanointi voidaan suorittaa paitsi kemiallisten vulkanointiaineiden läsnä ollessa, myös fysikaalisten vaikutusten vaikutuksesta, jotka käynnistävät kemiallisia muutoksia. Näitä ovat korkeaenerginen säteily (säteilyvulkanointi), ultraviolettisäteily (fotovulkanointi), pitkäaikainen altistuminen korkeille lämpötiloille (lämpövulkanointi), shokkiaallot ja jotkut muut lähteet.

Kumit, joissa on funktionaalisia ryhmiä, voidaan vulkanoida noista ryhmistä silloitusaineilla, jotka ovat vuorovaikutuksessa funktionaalisten ryhmien kanssa.

Vulkanointiprosessin pääsäännöt. Riippumatta kumin tyypistä ja käytetystä vulkanointijärjestelmästä, materiaalin ominaisuuksissa tapahtuu joitain tunnusomaisia muutoksia vulkanointiprosessin aikana:

Kumiseoksen plastisuus laskee jyrkästi, vulkanisaattien lujuus ja elastisuus näkyvät. Näin ollen NC-pohjaisen raakakumiseoksen lujuus ei ylitä 1,5 MPa ja vulkanoidun materiaalin lujuus on vähintään 25 MPa.

Kumin kemiallinen aktiivisuus vähenee merkittävästi: tyydyttymättömissä kumeissa kaksoissidosten määrä vähenee, tyydyttyneissä kumeissa ja kumeissa, joissa on funktionaalisia ryhmiä, aktiivisten keskusten lukumäärä. Tämä lisää vulkanisaatin vastustuskykyä oksidatiivisia ja muita aggressiivisia vaikutuksia vastaan.

Lisää vulkanoidun materiaalin kestävyyttä matalissa ja korkeissa lämpötiloissa. Siten NC kovettuu 0ºC:ssa ja tulee tahmeaksi +100ºС:ssa, kun taas vulkanisaatti säilyttää lujuuden ja elastisuuden lämpötila-alueella -20 - +100ºС.

Tämä materiaalin ominaisuuksien muutoksen luonne vulkanoinnin aikana osoittaa yksiselitteisesti strukturointiprosessien esiintymisen, joka päättyy kolmiulotteisen tilaverkon muodostumiseen. Jotta vulkanisaatti säilyttää elastisuutensa, silloitusten on oltava riittävän harvinaisia. Esimerkiksi NC:n tapauksessa ketjun termodynaaminen joustavuus säilyy, jos yksi ristisidos esiintyy pääketjun 600 hiiliatomia kohden.

Vulkanointiprosessille on myös tunnusomaista jotkin yleiset ominaisuuksien muutosmallit riippuen vulkanointiajasta vakiolämpötilassa.

Koska seosten viskositeettiominaisuudet muuttuvat eniten, vulkanointikinetiikan tutkimiseen käytetään leikkauskiertoviskometrejä, erityisesti Monsanton reometrejä. Nämä laitteet mahdollistavat vulkanointiprosessin tutkimisen lämpötiloissa 100 - 200 ºС 12 - 360 minuutin ajan erilaisilla leikkausvoimilla. Laitteen tallennin kirjoittaa ulos vääntömomentin riippuvuuden vulkanointiajasta vakiolämpötilassa, ts. vulkanointikineettinen käyrä, jossa on S-muotoinen ja useita prosessin vaiheita vastaavia osia (kuva 3).

Vulkanoinnin ensimmäistä vaihetta kutsutaan induktiojaksoksi, polttovaiheeksi tai esivulkanointivaiheeksi. Tässä vaiheessa kumiseoksen tulee pysyä juoksevana ja täyttää koko muotin hyvin, joten sen ominaisuuksille on ominaista pienin leikkausmomentti M min (minimiviskositeetti) ja aika t s, jonka aikana leikkausmomentti kasvaa 2 yksikköä minimiin verrattuna. .

Induktiojakson kesto riippuu vulkanointijärjestelmän aktiivisuudesta. Vulkanointijärjestelmän valinta, jolla on jokin arvo t s, määräytyy tuotteen massan mukaan. Vulkanoinnin aikana materiaali lämmitetään ensin vulkanointilämpötilaan ja kumin alhaisen lämmönjohtavuuden vuoksi kuumennusaika on verrannollinen tuotteen massaan. Tästä syystä suurimassaisten tuotteiden vulkanointiin tulee valita vulkanointijärjestelmät, jotka tarjoavat riittävän pitkän induktiojakson ja päinvastoin pienimassaisille tuotteille.

Toista vaihetta kutsutaan päävulkanointijaksoksi. Induktiojakson lopussa aktiiviset hiukkaset kerääntyvät kumiyhdisteen massaan aiheuttaen nopean strukturoitumisen ja vastaavasti vääntömomentin kasvun tiettyyn maksimiarvoon M max. Toisen vaiheen valmistuminen ei kuitenkaan ole aika saavuttaa Mmax, vaan aika t90, joka vastaa arvoa M90. Tämä hetki määräytyy kaavan mukaan

M 90 \u003d 0,9 M + M min,

missä M – vääntömomenttiero (M=M max – M min).

Aika t 90 on optimaalinen vulkanointi, jonka arvo riippuu vulkanointijärjestelmän aktiivisuudesta. Käyrän kaltevuus pääjaksolla luonnehtii vulkanoitumisnopeutta.

Prosessin kolmatta vaihetta kutsutaan ylivulkanointivaiheeksi, joka useimmissa tapauksissa vastaa vaakasuuntaista leikkausta, jonka kineettisellä käyrällä on vakioominaisuudet. Tätä vyöhykettä kutsutaan vulkanointitasangoksi. Mitä leveämpi tasanne, sitä kestävämpi seos ylivulkanoitumiselle.

Tasangon leveys ja käyrän jatkokulku riippuvat pääasiassa kumin kemiallisesta luonteesta. Tyydyttymättömien lineaaristen kumien, kuten NK ja SKI-3, tapauksessa tasango ei ole leveä ja silloin tapahtuu huononemista, ts. käyrän kaltevuus (kuva 3, käyrä a). Ominaisuuksien huononemisprosessia ylivulkanisaatiovaiheessa kutsutaan palautus. Syynä palautumiseen ei ole vain pääketjujen, vaan myös muodostuneiden ristisidosten tuhoutuminen korkean lämpötilan vaikutuksesta.

Tyydyttyneiden ja tyydyttymättömien kumien, joissa on haarautunut rakenne (merkittävä määrä kaksoissidoksia sivulla 1,2-yksikköä), ominaisuudet muuttuvat ylivulkanointivyöhykkeellä merkityksettömästi ja joissain tapauksissa jopa paranevat (Kuva 3, käyrät b ja sisään), koska sivulinkkien kaksoissidosten lämpöhapettumiseen liittyy lisästrukturoitumista.

Kumiseosten käyttäytyminen ylivulkanointivaiheessa on tärkeää massiivisten tuotteiden, erityisesti autonrenkaiden, valmistuksessa, koska reversion vuoksi ulkokerrosten ylivulkanoitumista voi tapahtua, kun taas sisäkerrosten alivulkanoituminen. Tässä tapauksessa tarvitaan vulkanointijärjestelmiä, jotka tarjoaisivat pitkän induktiojakson renkaan tasaista kuumenemista varten, suuren nopeuden pääjaksossa ja laajan vulkanointitasannen revulkanointivaiheen aikana.

3.2. Rikkivulkanointijärjestelmät tyydyttymättömille kumeille

Rikin ominaisuudet vulkanointiaineena. Luonnonkumin vulkanointiprosessin rikillä keksi vuonna 1839 C. Goodyear ja itsenäisesti vuonna 1843 G. Gencock.

Vulkanointiin käytetään luonnollista jauhettua rikkiä. Alkuainerikillä on useita kiteisiä muunnelmia, joista vain α-modifikaatio liukenee osittain kumiin. Juuri tätä modifikaatiota, jonka sulamispiste on 112,7 ºС, käytetään vulkanoinnissa. -muotoiset molekyylit ovat kahdeksanjäseninen sykli S 8, jonka keskimääräinen renkaan murtuman aktivaatioenergia E act = 247 kJ/mol.

Tämä on melko korkea energia, ja rikkirenkaan halkeaminen tapahtuu vain lämpötilassa 143ºС ja sitä korkeammassa. Alle 150 ºС lämpötiloissa tapahtuu rikkirenkaan heterolyyttistä tai ionista hajoamista vastaavan rikkibiionin muodostuessa ja 150 ºС:ssa ja sitä korkeammissa lämpötiloissa S-renkaan homolyyttinen (radikaali) hajoaminen, jolloin muodostuu rikkidiradikaaleja:

t150ºС S 8 →S + - S 6 - S - → S 8 + -

t150ºС S 8 →Sֹ–S 6 –Sֹ→S 8 ֹֹ.

Biradikaalit S 8 ·· hajoavat helposti pienemmiksi paloiksi: S 8 ֹֹ→S х ֹֹ + S 8-х ֹֹ.

Tuloksena olevat rikin bioionit ja biradikaalit ovat sitten vuorovaikutuksessa kumimakromolekyylien kanssa joko kaksoissidoksessa tai a-metyleenihiiliatomin kohdassa.

Rikkirengas voi hajota myös alle 143ºС lämpötiloissa, jos järjestelmässä on aktiivisia hiukkasia (kationeja, anioneja, vapaita radikaaleja). Aktivointi tapahtuu kaavion mukaisesti:

S8+A+ →A-S-S6-S+

S 8 + B – → B – S – S 6 –

S8 + Rֹ → R - S - S 6 - S .

Tällaisia aktiivisia hiukkasia on kumiseoksessa, kun käytetään vulkanointijärjestelmiä, joissa on vulkanointikiihdyttimiä ja niiden aktivaattoreita.

Pehmeän muovikumin muuttamiseksi kovaksi elastiseksi kumiksi riittää pieni määrä rikkiä - 0,10,15 painoprosenttia. Todelliset rikin annokset vaihtelevat kuitenkin välillä 12,5-35 painotuntia. per 100 painotuntia kumi.

Rikin liukoisuus kumiin on rajoitettu, joten rikin annostus riippuu siitä, missä muodossa se on jakautunut kumiyhdisteeseen. Todellisilla annoksilla rikki on sulien pisaroiden muodossa, joiden pinnalta rikkimolekyylit diffundoituvat kumimassaan.

Kumiseoksen valmistus suoritetaan korotetussa lämpötilassa (100-140ºС), mikä lisää rikin liukoisuutta kumiin. Siksi, kun seos jäähdytetään, erityisesti sen korkeiden annosten tapauksessa, vapaa rikki alkaa diffundoitua kumiseoksen pinnalle muodostaen ohuen kalvon tai rikkipinnoitteen. Tätä prosessia kutsutaan tekniikassa häipymiseksi tai hikoiluksi. Kukinta harvoin vähentää aihioiden tahmeutta, joten aihiot käsitellään bensiinillä pinnan raikastamiseksi ennen kokoamista. Tämä huonontaa kokoonpanijoiden työoloja ja lisää tuotannon palo- ja räjähdysvaaraa.

Haalistumisongelma on erityisen akuutti teräsrunkorenkaiden tuotannossa. Tässä tapauksessa metallin ja kumin välisen sidoksen lujuuden lisäämiseksi S:n annostusta nostetaan 5 painotuntiin. Tällaisten formulaatioiden haalistumisen välttämiseksi tulisi käyttää erityistä modifikaatiota - niin kutsuttua polymeeristä rikkiä. Tämä on -muoto, joka muodostuu kuumentamalla -muotoa 170ºС:een. Tässä lämpötilassa sulan viskositeetissa tapahtuu jyrkkä hyppy ja muodostuu polymeeristä rikkiä Sn, jossa n on yli 1000. Maailmankäytännössä käytetään erilaisia polymeerisen rikin muunnelmia, jotka tunnetaan tuotenimellä "cristex".

Rikin vulkanoinnin teoriat. Kemiallisia ja fysikaalisia teorioita on esitetty selittämään rikin vulkanointiprosessia. Vuonna 1902 Weber esitti ensimmäisen kemiallisen vulkanoinnin teorian, jonka elementit ovat säilyneet tähän päivään asti. Uuttaessaan tuotetta NK:n ja rikin vuorovaikutuksesta Weber havaitsi, että osa lisätystä rikistä ei uutettu. Tätä osaa hän kutsui sidottuksi ja erotettua vapaaksi rikiksi. Sitoutuneen ja vapaan rikin määrän summa oli yhtä suuri kuin kumiin syötetyn rikin kokonaismäärä: S yhteensä =S vapaa +S-sidos. Weber esitteli myös vulkanointikertoimen käsitteen sitoutuneen rikin suhteena kumin määrään kumiyhdisteen koostumuksessa (A): K vulk \u003d S-sidos / A.

Weber onnistui eristämään polysulfidin (C 5 H 8 S) n tuotteena molekyylinsisäisestä rikin lisäyksestä isopreeniyksiköiden kaksoissidoksiin. Siksi Weberin teoria ei pystynyt selittämään vulkanoinnin seurauksena tapahtuvaa lujuuden kasvua.

Vuonna 1910 Oswald esitti vulkanoinnin fysikaalisen teorian, joka selitti vulkanoinnin vaikutuksen kumin ja rikin välisellä fysikaalisella adsorptiovuorovaikutuksella. Tämän teorian mukaan kumiseokseen muodostuu kumi-rikkikomplekseja, jotka ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa myös adsorptiovoimien vaikutuksesta, mikä johtaa materiaalin lujuuden kasvuun. Adsorptioon sitoutunut rikki tulisi kuitenkin uuttaa kokonaan vulkanisaatista, mitä ei havaittu todellisissa olosuhteissa, ja vulkanoinnin kemiallinen teoria alkoi vallita kaikissa jatkotutkimuksissa.

Kemiallisen teorian (siltateorian) tärkeimmät todisteet ovat seuraavat:

Vain tyydyttymättömät kumit vulkanoidaan rikillä;

Rikki vuorovaikuttaa tyydyttymättömien kumimolekyylien kanssa muodostaen erityyppisiä kovalenttisia ristisidoksia (siltoja), ts. sitoutuneen rikin muodostuminen, jonka määrä on verrannollinen kumin tyydyttymättömyyteen;

Vulkanointiprosessiin liittyy lisätyn rikin määrään verrannollinen lämpövaikutus;

Vulkanoinnin lämpötilakerroin on noin 2, ts. lähellä kemiallisen reaktion lämpötilakerrointa yleensä.

Rikin vulkanoinnin aiheuttama lujuuden kasvu johtuu järjestelmän rakenteesta, jonka seurauksena muodostuu kolmiulotteinen tilaverkko. Olemassa olevat rikkivulkanointijärjestelmät mahdollistavat käytännöllisesti katsoen minkä tahansa tyyppisen silloitteen suunnatun syntetisoinnin, vulkanointinopeuden ja vulkanisaatin lopullisen rakenteen muuttamisen. Siksi rikki on edelleen suosituin silloitusaine tyydyttymättömille kumeille.

Sergei G. Tikhomirov, Olga V. Karmanova, Juri V. Pyatakov, Alexander A. Maslov Kirjoita artikkelin otsikko tähän Sergei G. Tikhomirov, Olga V. Karmanova, Juri V. Pyatakov, Aleksandr A. Maslov VSUETin englanninkielisessä tiedotteessa /Proceedings of VSUET, 3, 06 Tarkista artikkeli/katsausartikkeli UDC 6.53 DOI: http://doi.org/0.094/30-0-06-3-93-99 Ohjelmistopaketti isotermisen vulkanoinnin matemaattisen mallintamisen ongelmien ratkaisemiseen Sergei G. Tikhomirov, Olga V. Karmanova, Juri V. Pyatakov, Aleksanteri A. Maslov [sähköposti suojattu] [sähköposti suojattu] [sähköposti suojattu] [sähköposti suojattu] Tieto- ja ohjausjärjestelmien laitos, Voronezh. osavaltio un-t. eng. techn., Revolutsii Ave., 9, Voronezh, Venäjä Orgaanisten yhdisteiden ja polymeerien käsittelyn kemian ja kemiallisen teknologian laitos, Voronezh. osavaltio un-t. eng. tech., Leninsky Ave., 4, Voronezh, Venäjä Abstract. Dieenikumien rikkivulkanoinnin yleisiin säännönmukaisuuksiin perustuen tarkastellaan tehokkaan prosessin toteutuksen periaatteita monikomponenttisia strukturointijärjestelmiä käyttäen. On huomattava, että monimutkaisten silloitusjärjestelmien toimintamekanismin kuvausta monimutkaistaa komponenttien vuorovaikutuksen moninaisuus ja niiden kunkin vaikutus vulkanoinnin kinetiikkaan, mikä johtaa todellisen tekniikan erilaisiin resepti- ja teknologisiin komplikaatioihin. ja vaikuttaa kumituotteiden tuotannon laatuun sekä teknisiin ja taloudellisiin indikaattoreihin. Isotermisen vulkanoinnin prosessin systeemianalyysi tehtiin tunnettujen teoreettisten lähestymistapojen pohjalta ja se sisälsi erilaisten tutkimusmenetelmien ja -tekniikoiden yhdistämisen yhdeksi toisiinsa yhdistetyksi menetelmäsarjaksi. Vulkanisaatiokinetiikan analyysin aikana todettiin, että vulkanisaattien spatiaalisen verkoston muodostumisen parametrit riippuvat monista tekijöistä, joiden arviointi vaatii erityistä matemaattista ja algoritmista tukea. Tutkitun kohteen kerrostuksen tuloksena tunnistettiin tärkeimmät osajärjestelmät. Isotermisen vulkanoinnin suorien ja käänteisten kineettisten ongelmien ratkaisemiseen on kehitetty ohjelmistopaketti. Tietotuki "Isoterminen vulkanointi" kehitettiin sovellusohjelmina isotermisen vulkanoinnin prosessin matemaattiseen mallintamiseen ja on tarkoitettu suorien ja käänteisten kineettisten ongelmien ratkaisemiseen. Ratkaistaessa kemiallisten muutosten yleisen kaavion jalostusongelmaa käytettiin universaalia mekanismia, mukaan lukien sivukemialliset reaktiot. Ohjelmistotuote sisältää numeerisia algoritmeja differentiaaliyhtälöjärjestelmän ratkaisemiseen. Käänteisen kineettisen ongelman ratkaisemiseksi käytetään algoritmeja funktionaalisuuden minimoimiseksi, mikäli halutuille parametreille on rajoituksia. Tämän tuotteen toiminnan kuvaamiseksi esitetään ohjelman looginen lohkokaavio. Esitetään esimerkki käänteisen kineettisen ongelman ratkaisemisesta ohjelman avulla. Kehitetty tietotuki on toteutettu C++-ohjelmointikielellä. Varsinaisen vulkanointiaineen alkupitoisuuden määrittämiseen käytettiin universaalia riippuvuutta, joka mahdollistaa monikomponenttirakennejärjestelmien eri ominaisuuksien omaavan mallin käytön Avainsanat: isoterminen vulkanointi, matemaattinen mallintaminen, vulkanointikinetiikkakaavio, tiedon tuki. Tikhomirov, Olga V. Karmanova, Juri V. Pyatakov, Aleksanteri A. Maslov [sähköposti suojattu] [sähköposti suojattu] [sähköposti suojattu] [sähköposti suojattu] tieto- ja ohjausjärjestelmien laitos, Voronezh State University of Engineering Technology, evolution Av., 9 Voronezh, ussia, orgaanisten yhdisteiden ja polymeerien kemian ja kemian teknologian osasto, Voronežin osavaltion tekniikan korkeakoulu, Leninsky Av., 4 Voronezh, ussia Yhteenveto. Dieenikumien rikkivulkanoinnin yleisten lakien perusteella käsiteltiin tehokkaan silloittamisen periaatteita käyttämällä monikomponenttisia aineita. On huomattava, että monimutkaisten silloittavien järjestelmien toimintamekanismin kuvausta vaikeuttaa komponenttien vuorovaikutusten monimuotoisuus ja niiden kunkin vaikutus kovettumiskinetiikkaan, mikä johtaa erilaisiin todellisen teknologian ja teknologisiin komplikaatioihin. vaikuttaa kumituotteiden valmistuksen laatuun sekä teknisiin ja taloudellisiin indikaattoreihin. Tunnetuilla teoreettisilla lähestymistavoilla suoritettiin isotermisen kovetusprosessin järjestelmäanalyysi. Se sisälsi erilaisten tekniikoiden ja menetelmien yhdistämisen yhdeksi kokonaisuudeksi. Vulkanisoinnin kinetiikkaa analysoitaessa havaittiin, että vulkanisoitujen spatiaalisen ruudukon parametrien muodostuminen riippuu monista tekijöistä, minkä arvioiminen vaatii erityistä matemaattista ja algoritmista tukea. Objektin kerrostumisen tuloksena tunnistettiin seuraavat tärkeimmät alajärjestelmät. Kehitettiin ohjelmistopaketti suorien ja käänteisten kineettisten ongelmien ratkaisemiseen isoterminen kovetusprosessi. Tietotuki Isoterminen vulkanointi on joukko sovelluksia isotermisen kovettumisen matemaattiseen mallinnukseen. Se on tarkoitettu suoriin ja käänteisiin kineettisiin ongelmiin. Kemiallisten muutosten yleisen kaavion selvittämisen ongelman ratkaisemisessa käytettiin universaalia mekanismia, mukaan lukien sekundaariset kemialliset reaktiot. Käänteisen kineettisen ongelman ratkaisemiseen käytettiin toiminnallista minimointialgoritmia, jossa on rajoituksia tuntemattomille parametreille. Näyttää ohjelman vuokaavion. Esitettiin esimerkki käänteisen kineettisen ongelman ratkaisemisesta ohjelman avulla. Dataware toteutettiin ohjelmointikielellä C++. Kovetusaineen alkupitoisuuden määrittämiseksi käytettiin yleistä riippuvuutta. Se mahdollistaa monikomponenttisten kovetusjärjestelmien eri ominaisuuksien omaavan mallin käytön. tietoisia päätöksiä. Avainsanat: isoterminen kovettuminen, matemaattinen mallintaminen, kovettumiskinetiikan kaavio, informaatioohjelmisto Lainaukseen Tikhomirov S.G., Karmanova O. V., Pyatakov Yu.V., Maslov A.A. Ohjelmistokompleksi isotermisen vulkanoinnin prosessin matemaattisen mallintamisen ongelmien ratkaisemiseen Vestnik VGUIT. 06. 3. С 93 99. doi:0.094/30-0-06-3-93-99 Lainaukseen Tihomirov S.G., Karmanova O.V., Pyatakov Yu.V., Maslov A.A. Ohjelmistopaketti isotermisen matemaattisen mallintamisen ongelmien ratkaisemiseen kovettumisprosessi. Vestnik VSUET. 06. nro 3 s. 93 99 (uss.). doi:0.094/30-0-06-3-93-99 93

Vestnik VGUIT/Proceedings of VSUET, 3, 06 94 Johdanto Tähän mennessä dieenikumien rikkivulkanoinnin yleiset säännönmukaisuudet on selvitetty perustuen todellisten elastomeerivulkanointiaineiden (DAV) olemassaoloon koostumuksissa. Prosessin tehokkaan toteuttamisen periaatteita monikomponenttirakennejärjestelmiä käyttämällä ei kuitenkaan ole tutkittu riittävästi. Niiden toimintamekanismin kuvausta vaikeuttaa komponenttien vuorovaikutuksen moninaisuus ja kunkin niiden vaikutus vulkanointikinetiikkaan. Tämä johtaa todellisen tekniikan erilaisiin resepti- ja teknologisiin komplikaatioihin ja vaikuttaa kumituotteiden tuotannon laatuun sekä teknisiin ja taloudellisiin indikaattoreihin. Vulkanoinnin kinetiikan analyysi on osoittanut, että nykyiset lähestymistavat sen kuvaamiseen perustuvat makromolekyylien kemiallisiin reaktioihin vulkanointiaineiden kanssa, ja parametrit vulkanointiaineiden spatiaalisen verkoston muodostumiselle riippuvat monista tekijöistä, joiden vaikutus voi arvioida vain käyttämällä erityistä matemaattista ja algoritmista ohjelmistoa. Tutkimuksen tehokkuuden parantamiseksi, sellaisten syiden tunnistamiseksi, jotka johtavat sellaisten tuotteiden tuotantoon, jotka eivät täytä säännösten vaatimuksia, prosessin kulun ennustamiseksi, on tarpeen luoda erityinen ohjelmisto (SW). Tämän työn tarkoituksena on kehittää ohjelmistopaketti isotermisen vulkanointiprosessin suorien ja käänteisten kineettisten ongelmien ratkaisemiseen. Vulkanointiprosessin järjestelmäanalyysi Analyysi tunnetuista teoreettisista lähestymistavoista vulkanoinnin ja muiden kemianteollisuuden prosessien kuvaukseen [4] ja niiden käytännön toteutusnäkökohtiin, ottaen huomioon yksittäisten vaiheiden ominaisuudet, mahdollisti tunnistaa järjestelmän yleiset ominaisuudet ja prosessien perusmallit sekä määrittää tutkimuksen suunta uuden tiedon saamiseksi vulkanointitapojen ja valmiiden tuotteiden ominaisuuksien optimoinnista. Järjestelmäanalyysi sisältää eri tieteenalojen puitteissa kehitettyjen erilaisten tutkimusmenetelmien ja tekniikoiden (matemaattiset, heuristiset) yhdistämisen yhdeksi toisiinsa liittyväksi menetelmäsarjaksi. Prosessin monimuuttuja-analyysi mahdollisti tutkimuksen kokonaisrakenteen kehittämisen (kuva). Tutkimuskohde on heikosti strukturoitu, koska se sisältää sekä kvalitatiivisia elementtejä (elastomeerit, täyteaineet, prosessiolosuhteet) että huonosti tutkittuja (monikomponenttiset strukturointijärjestelmät, hallitsemattomat häiriöt), joilla on taipumus hallita. Yleisrakenteen kokoonpano sisältää elementtejä, jotka on perusteltava teoreettisesti (kineettinen malli, lämmön- ja massasiirtoprosessit, moodien optimointi, prosessointiprosessit). Ratkaisujen arvioimiseksi on siis tarpeen määrittää kaikki olemassa olevat suhteet ja selvittää niiden vaikutus vuorovaikutussuhteet huomioon ottaen koko järjestelmän käyttäytymiseen kokonaisuutena. Yleisen rakenteen analyysi osoitti, että vulkanisaattien mekaaniset ominaisuudet määräytyvät makromolekyylien kemiallisista reaktioista vulkanointiaineiden kanssa, ja vulkanisaattien spatiaalisen verkoston parametrien arvioimiseksi on tarpeen kehittää erityinen matemaattinen ja algoritminen tuki. Tutkittavan kohteen kerrostuksen tuloksena tunnistettiin seuraavat pääosajärjestelmät: - kemiallisten reaktioiden kiihtymisen varmistavien lämpövaihteluilmiöiden analysointi ja laskenta - vulkanoinnin kineettinen malli; 3) vulkanointimuotojen optimointi, jolloin saadaan tarvittavat mekaaniset ominaisuudet. Isotermisen vulkanoinnin prosessin matemaattinen mallintaminen Luotettavan tiedon saaminen elastomeerien silloitusprosesseista monimutkaisten rakennejärjestelmien avulla liittyy läheisesti teollisuuden vulkanointimuotojen suunnittelun, optimoinnin ja ohjauksen ongelmiin. Tiedetään, että yksi perinteisistä tavoista kuvata vulkanisaation muodollista kinetiikkaa on palakohtaisesti määriteltyjen funktioiden käyttö prosessin yksittäisissä vaiheissa: induktiojakso, strukturointi ja reversio. Prosessin kuvaus kokonaisuutena ja kineettisten vakioiden laskeminen tehdään tällä hetkellä vain tietyntyyppisille kumeille ja vulkanointijärjestelmille. Tärkeimmät johtopäätökset prosessin kinetiikasta perustuvat mallijärjestelmiin, joissa on pienimolekyylipainoisia elastomeerianalogeja. Samaan aikaan saatuja määrällisiä tietoja ei aina ole mahdollista laajentaa tuotantoprosesseihin.

Vestnik VSUET/Proceedings of VSUET, 3, 06 Kuva. Kaavio elastomeerien vulkanointiprosessin tutkimuksesta Kuva. Elastomeerien vulkanoinnin tutkimusprosessin kaavio Teollisuuskumin fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien arviointi yrityksessä saatujen tietojen mukaan on tietysti edistyksellinen menetelmä vulkanointiprosessin mallintamisen ongelman ratkaisemisessa, mutta vaatii tiukkaa fyysisen ja kemiallisen lähestymistavan sisäinen yhtenäisyys laskennallisten algoritmien ja ohjelmien tutkimuksen ja kehittämisen jokaisessa vaiheessa. Tähän kysymykseen voidaan vastata vain suorittamalla huolellisesti kokeita ehdotettua kineettistä mallia vastaavan suunnitelman mukaisesti ja laskemalla mallista useita vaihtoehtoisia versioita. Tämä vaatii itsenäisen menetelmän elastomeerikoostumuksen strukturoinnista vastaavien muodollisten reaktiomekanismien lukumäärän määrittämiseksi. Perinteiset menetelmät aika-alueen prosessien analysointiin eivät mahdollista synergistisen vuorovaikutuksen prosessien selkeää erottamista toisistaan, mikä puolestaan ei salli niiden käyttöä teollisuuskumien analysointiin. Ratkaistaessa kemiallisten muunnosten yleisen kaavion jalostusongelmaa on tarkoituksenmukaista edetä mekanismista, joka on tietyssä mielessä maksimaalinen. Siksi kineettinen kaavio sisältää lisäreaktioita, jotka kuvaavat labiilien polysulfidisidosten muodostumista ja tuhoutumista (Vu lab), molekyylinsisäistä syklisaatiota ja muita reaktioita, jotka johtavat makromolekyylien muuntumiseen, makroradikaalin muodostumiseen ja sen reaktioon DAW-suspensioiden kanssa. Differentiaaliyhtälöjärjestelmä (DE) prosessin vaiheittain on seuraavanlainen: dca / dt k CA k4ca C *, dc / dt k CA kc k4ca C * k 8C *, dc * / dt k C k3 k5 k7 C * k C k C C, 6 VuLab 4 A * dcvust / dt k3 C *, dcvulab / dt k5c k6cvulab, dcc / dt k7 C *, dc * / dt k8c k 8C *, dc / dt k8 C. () 95

Vestnik VGUIT/Proceedings of VSUET, 3, 06 96 Alkuehdot: 0 0 CA S8 AC Akt C ; C 0 0; C 0 0; * VuSt C 0 0; C 0 0; VuLab C C 0 C 0, * C 0 0; C0 4,95; missä ς, θ, η, kertoimet, rikin alkupitoisuus, kiihdyttimen alkupitoisuus, θ aktivaattorin (sinkkioksidin) alkupitoisuus, [C (0)] η makroradikaalien alkupitoisuus. Tässä A on todellinen vulkanointiaine; Silloittamisen esiaste; B* sen aktiivinen muoto; C-molekyylinsisäinen sidottu rikki; VuSt, VuLab vakaat ja labiilit vulkanointiverkon solmut; kumi; * kumin makroradikaali lämmönvaihtelun hajoamisen seurauksena; α, β, γ ja δ stoikiometriset kertoimet, k, k, k 8, k 9 (k 8) reaktionopeusvakiot, jotka liittyvät prosessin vastaaviin vaiheisiin. Kinetiikan (DKK) suora ongelma on vulkanointisolmujen pitoisuuden löytäminen ajan funktiona. PZK:n liuos pelkistetään järjestelmän DE () liuokseksi tietyissä alkuolosuhteissa. Vulkanointiprosessin kineettinen käyrä määräytyy vääntömomentin Mt suuruuden mukaan. Kineetiikan käänteinen ongelma (IKK) on ongelma järjestelmän reaktionopeusvakioiden, stoikiometristen kertoimien ja muuttujien tunnistamisessa (). OZK:n ratkaisu suoritetaan minimoimalla funktionaaliset: k, t 8 8 M t M M M С min / max min Vu (), (3) M max, M min kertoimen maksimi- ja minimiarvot. Mt, mittakaava Ohjelmiston kuvaus Ohjelmisto "Isoterminen vulkanointi" kehitettiin sovellettavien ohjelmien kokonaisuudeksi isotermisen vulkanoinnin prosessin matemaattiseen mallintamiseen liittyvien ongelmien ratkaisemiseksi. DE-järjestelmän ratkaisemiseksi paketti tarjoaa numeerisia menetelmiä, mukaan lukien: neljännen asteen Runge-Kutta-menetelmä; Adamsin menetelmä. Käänteisen kineettisen ongelman ratkaisu rajoittuu reaktionopeusvakioiden, stoikiometristen kertoimien ja muuttujien arvioimiseen DE () -järjestelmässä. Ohjelmistopaketin toiminnallisen () minimoimiseksi, käyttäjän harkinnan mukaan, voidaan käyttää seuraavia menetelmiä: koordinaattilasku, Hook-Jeeves, Rosenbrock, Powell, Nelder-Mead, koordinaattien keskiarvo (satunnaisten hakuelementtien avulla). Gradienttimenetelmät (ensimmäinen kerta): jyrkin lasku, konjugaattisuunnat (Fletcher-Reeves), muuttuvat metriikka (Davidon-Fletcher-Powell), rinnakkaiset gradientit (Zangwill). Kuvassa on lohkokaavio kehitetystä ohjelmistosta. Reaktionopeusvakioiden, yhtälöiden kertoimien ja stoikiometristen kertoimien tunnistamisprosessi suoritetaan useissa vaiheissa: reogrammien digitointi; vääntömomenttien muuntaminen pitoisuuksiksi; alkupitoisuuksien määrittäminen; funktionaalisen () minimin tarjoavien vakioiden vaadittujen parametrien arvojen määrittäminen. Reogrammit voidaan digitoida manuaalisesti tai automaattisesti pakkaukseen integroidulla GrDigit-ohjelmalla. Kokeellisten tietojen käsittely voidaan suorittaa sekä yhdelle mittaukselle että sarjalle (enintään 6 reogrammia). Vääntömomenttien muuntaminen vulkanointiverkon solmupitoisuudessa suoritetaan seuraavasti: vääntömomenttien arvot muunnetaan tavanomaisiksi yksiköiksi: arb / M M M M M (4) virta min max min sitten tavanomaiset yksiköt muunnetaan (mol) / kg), kertomalla M arb mittakertoimella. Alkupitoisuudet C 0 DAV määritetään seuraavan kaavan mukaan: A 0 0 CA S8 AC Akt C (5)

Vestnik VSUET/Proceedings of VSUET, 3, 06 Kuva. Ohjelmiston lohkokaavio Kuva. Rakenteellinen ohjelmistokaavio Kehitetyn ohjelmiston aprobointi Lähtötietona käytettiin seuraavissa lähtöolosuhteissa saatuja reometrisiä käyriä: Rikkipitoisuus seoksessa: = 0,0078 mol/kg Kiihdytinpitoisuus: = 0,009 mol/kg. 3. Aktivaattorin pitoisuus: 9 = 0,00 mol/kg. Kuvassa 3 esitetään kokeelliset ja lasketut vulkanointisolmujen pitoisuuden arvot, jotka on saatu BCC:n ratkaisemisen tuloksena. Taulukossa näkyvät reaktionopeusvakioiden lasketut arvot, taulukossa stoikiometristen kertoimien ja malliparametrien arvioidut arvot. Taulukko Reaktionopeusvakioiden arvo k5,89 0-0 Kuva 3. Muutokset vulkanointiristikkopisteiden pitoisuuksissa ajassa Approksimaatio ja vakioiden hakualue, jonka jälkeen valitaan optimointimenetelmä 97-4, 97

Vestnik VGUIT/Proceedings of VSUET, 3, 06 Johtopäätös Vulkanoinnin kuvauksen teoreettisten lähestymistapojen systemaattisen analyysin perusteella tämän prosessin tutkimuksen yleistä lohkokaaviota on parannettu. Vulkanointiprosessin matemaattista mallia täydennetään alkuolosuhteilla, jotka määritellään vulkanointiryhmän komponenttien alkupitoisuuksien funktioina. Käänteisen kineettisen ongelman ratkaisemiseksi ehdotetaan lisäkriteerejä mallin laadulle. Kumiyhdisteiden vulkanointiprosessien tutkimustyötä varten monikomponenttisia rakennejärjestelmiä käyttäen on kehitetty ohjelmistotuote. Tarkistuspisteessä on lohkomoduulirakenne, joka mahdollistaa sen laajentamisen menettämättä toimivuutta. Sen modernisoinnin suunnat ovat ei-isotermisen vulkanointimoodin matemaattisen kuvauksen sisällyttäminen APCS-piiriin asiantuntijatieto- ja ohjausjärjestelmänä, joka antaa suosituksia vulkanointiprosessin hallintaan ja päätösten tekemiseen. Työtä tuettiin taloudellisesti valtion toimeksiannosta 04/ (numero NIR 304) aiheesta "Monitoimisten laadunvalvontajärjestelmien synteesi elintarvike- ja kemianteollisuudelle" KIRJALLISUUS Tikhomirov S.G., Bityukov V.K., Podkopaeva S.V., Khromykh E. BUT. ja muut kemianteollisuuden ohjausobjektien matemaattinen mallinnus. Voronezh: VSUIT, 0, 96 s. Khaustov I.A. Polymeerien synteesin ohjaus panosmenetelmällä, joka perustuu reaktiokomponenttien jakeeseen // Bulletin of TSTU. 04. 4 (0) S. 787 79. 3 Khaustov I.A. Polymeerin hajoamisprosessin ohjaus liuoksessa perustuen initiaattorin jakokuormitukseen Vestnik VGUIT. 04. 4. S. 86 9. 4 V. K. Bityukov, I. A. Khaustov ja A. A. Khvostov, Russ. et al. Järjestelmäanalyysi liuoksessa olevien polymeerien lämpöhapettavasta hajoamisesta kontrollikohteena Vestnik VGUIT. 04.3(6). P. 6 66. 5 Karmanova O.V. Polydieenivulkanoinnin fysikaaliset ja kemialliset emäkset ja aktivoivat komponentit: diss. Dr. tech. Tieteet. Voronezh, 0. 6 Molchanov V.I., Karmanova O.V., Tikhomirov S.G. Polydieenien vulkanoinnin kinetiikan mallintaminen Vestnik VGUIT. 03. P. 4 45. 7 Hardis., Jessop J.L.P., Peters F.E., Kessler M.. Epoksihartsin kovettumiskinetiikan karakterisointi ja seuranta käyttäen DSC:tä, aman-spektroskopiaa ja DEA:ta // Composite. 03. Osa A. V. 49. P. 00 08. 8 Javadi M., Moghiman M., eza Erfanian M., Hosseini N. Numerical Investigation of Curing Process in eaction Injection Molding of ubber for Quality Improvements // Key Engineering Materials. 0. V. 46 463. P. 06. EFEENCES Tikhomirov S.G., ityukov V.K. Podkopaeva S.V., Khromykh E.A. et ai. Mathematicheskoe modelirovanie ob ektov upravleniya v khimicheskoi promyshlennosti Voronezh, VSUET, 0, 96 s. (venäjäksi). Khaustov I.A. Hallintapolymeerisynteesi panosprosessi, joka perustuu reaktiokomponenttien jakovirtaukseen. Vestnik TGTU 04, no. 4(0), s. 787 79. (venäjäksi). 3 Khaustov I.A. Prosessiohjattu polymeerien hajoaminen liuoksessa perustuen initiaattorin jakokuormitukseen. Vestnik VGUIT 04, no. 4, s. 86 9 (venäjäksi). 4 ityukov V.K., Khaustov I.A., Khvostov A.A. Liuoksessa olevien polymeerien termooksidatiivisen hajoamisen järjestelmäanalyysi ohjausobjektina. Vestnik VGUIT 04, no. 3 (6), s. 6 66. (venäjäksi). 5 Karmanova O.V. Fiziko-khimicheskie osnovy i aktiviruyushchie komponenty vulknizatsii polidienov Voronezh, 0. (venäjäksi). 6 Molchanov V.I., Karmanova O.V., Tikhomirov S.G. Vulkanointipolydieenien kineetiikan mallintaminen. Vestnik VGUIT 03, nro, s. 4 45. (venäjäksi). 7 Hardis., Jessop J.L.P., Peters F.E., Kessler M.. Kovetuskinetiikan karakterisointi ja epoksihartsin seuranta käyttämällä DSC:tä, aman-spektroskopiaa ja DEA:ta. Komposiitti, 03, osa A, voi. 49, s. 00 08. 8 Javadi M., Moghiman M., eza Erfanian M., Hosseini N. Numerical Investigation of Curing Process in eaction Injection Molding of ubber for Quality Improvements. tärkeimmät tekniset materiaalit. 0, voi. 46463, s. 06.98

Bulletin of VSUET/Proceedings of VSUET, 3, 06 TIETOA TEKIJÄSTÄ Sergei T. Tikhomirov Professori, Tieto- ja ohjausjärjestelmien laitos, Voronezh State University of Engineering Technologies, Revolution Ave., 9, Voronezh, 394036, Venäjä, [sähköposti suojattu] Olga V. Karmanova Osaston johtaja, professori, orgaanisten yhdisteiden ja polymeerien käsittelyn kemian ja kemian teknologian laitos, Voronezh State University of Engineering Technologies, Leninsky Prospect, 4, Voronezh, 394000, Venäjä, [sähköposti suojattu] Juri V. Pyatakov Apulaisprofessori, Tieto- ja ohjausjärjestelmien laitos, Voronezh State University of Engineering Technologies, Revolution Ave., 9, Voronezh, 394036, Venäjä, [sähköposti suojattu] Alexander A. Maslov Jatko-opiskelija, tieto- ja ohjausjärjestelmien laitos, Voronezh State University of Engineering Technologies, 9 Revolution Avenue, Voronezh, 394036, Venäjä, [sähköposti suojattu] TIETOA AUTHOSISTA Sergei G. Tikhomirov professori, tieto- ja ohjausjärjestelmien laitos, Voronezh State University of Engineering Technology, evolution Av., 9 Voronezh, ussia, [sähköposti suojattu] Olga V. Karmanova professori, laitoksen päällikkö, orgaanisten yhdisteiden ja polymeerien käsittelyn kemian ja kemian teknologian laitos, Voronežin osavaltion teknillinen yliopisto, Leninsky Av., 4 Voronezh, ussia, [sähköposti suojattu] Juri V. Pyatakov apulaisprofessori, tieto- ja ohjausjärjestelmien laitos, Voronežin osavaltion teknillinen yliopisto, evolution Av., 9 Voronezh, ussia, [sähköposti suojattu] Aleksandr A. Maslov jatko-opiskelija, tieto- ja ohjausjärjestelmien laitos, Voronežin osavaltion tekniikan korkeakoulu, evolution Av., 9 Voronezh, ussia, [sähköposti suojattu] TEKIJÄN KRITEERI Sergei T. Tikhomirov ehdotti menetelmää kokeen suorittamiseksi ja järjesti tuotantotestit Aleksanteri A. Maslov kävi läpi tutkittavaa ongelmaa koskevan kirjallisuuden, suoritti kokeen, suoritti laskelmat Olga V. Karmanova konsultaatio tutkimuksen aikana Juri V. Pyatakov kirjoitti käsikirjoituksen, korjasi sen ennen toimittamista ja on vastuussa plagioinnista ETURISTIRIIDAT Kirjoittajat eivät ilmoittaneet eturistiriitoja. JATKO Sergei G. Tikhomirov ehdotti kokeen suunnitelmaa ja järjesti tuotantokokeet Aleksandr A. Maslov katsastaa ongelman tutkimista koskevaan kirjallisuuteen, suoritti kokeen, suoritti laskelmia Olga V. Karmanova konsultaatio tutkimuksen aikana Juri V. Pyatakov kirjoitti käsikirjoitus, korjaa se ennen muokkaukseen jättämistä ja on vastuussa plagioinnista ETURISTIRIITA Tekijät eivät vakuuta eturistiriitoja. HYVÄKSYTTY 7.07.06 SAATTU 7.7.06 HYVÄKSYTTY 08.06.06 HYVÄKSYTTY 8..06 99

Teknologisesti vulkanointiprosessi on "raaka" kumin muuttaminen kumiksi. Kemiallisena reaktiona se sisältää lineaaristen kumimakromolekyylien integroimisen yhdeksi vulkanointiverkostoksi, jotka menettävät helposti stabiiliuden joutuessaan alttiiksi ulkoisille vaikutuksille. Se syntyy kolmiulotteisessa avaruudessa ristikkäisten kemiallisten sidosten vuoksi.

Tällainen "silloittuva" rakenne antaa kumille lisälujuusominaisuuksia. Sen kovuus ja elastisuus, pakkasen- ja lämmönkestävyys paranevat, kun orgaanisten aineiden liukoisuus ja turpoaminen vähenevät.

Tuloksena olevalla verkolla on monimutkainen rakenne. Se ei sisällä vain solmuja, jotka yhdistävät makromolekyylipareja, vaan myös niitä, jotka yhdistävät useita molekyylejä samanaikaisesti, sekä ristikkäisiä kemiallisia sidoksia, jotka ovat kuin "siltoja" lineaaristen fragmenttien välillä.

Niiden muodostuminen tapahtuu erityisten aineiden vaikutuksesta, joiden molekyylit toimivat osittain rakennusmateriaalina, reagoivat kemiallisesti keskenään ja kumimakromolekyylien kanssa korkeassa lämpötilassa.

Materiaalin ominaisuudet

Tuloksena olevan vulkanoidun kumin ja siitä valmistettujen tuotteiden suorituskykyominaisuudet riippuvat suurelta osin käytetyn reagenssin tyypistä. Näitä ominaisuuksia ovat kestävyys altistumiselle aggressiivisille ympäristöille, muodonmuutosnopeus puristuksen tai lämpötilan nousun aikana ja kestävyys lämpöhapetusreaktioihin.

Tuloksena olevat sidokset rajoittavat peruuttamattomasti molekyylien liikkuvuutta mekaanisen vaikutuksen alaisena, säilyttäen samalla materiaalin korkean elastisuuden ja kyvyn plastiseen muodonmuutokseen. Näiden sidosten rakenteen ja lukumäärän määrää kumin vulkanointimenetelmä ja siihen käytetyt kemialliset aineet.

Prosessi ei ole yksitoikkoinen, ja vulkanoidun seoksen yksittäiset indikaattorit muutoksessaan saavuttavat minimi- ja maksiminsa eri aikoina. Saadun elastomeerin fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien sopivin suhde on nimeltään optimi.

Vulkanoitava koostumus sisältää kumin ja kemiallisten aineiden lisäksi useita lisäaineita, jotka edistävät kumin tuotantoa, jolla on halutut suorituskykyominaisuudet. Käyttötarkoituksensa mukaan ne jaetaan kiihdyttimiin (aktivaattoreihin), täyteaineisiin, pehmittimiin (pehmittimiin) ja antioksidantteihin (antioksidantit). Kiihdyttimet (useimmiten se on sinkkioksidia) helpottavat kumisekoituksen kaikkien aineosien kemiallista vuorovaikutusta, auttavat vähentämään raaka-aineiden kulutusta, sen käsittelyaikaa ja parantamaan vulkanointiaineiden ominaisuuksia.

Täyteaineet, kuten liitu, kaoliini, hiilimusta lisäävät elastomeerin mekaanista lujuutta, kulutuskestävyyttä, kulutuskestävyyttä ja muita fysikaalisia ominaisuuksia. Täydentämällä raaka-aineen määrää ne vähentävät siten kumin kulutusta ja alentavat tuloksena olevan tuotteen kustannuksia. Pehmentimiä lisätään parantamaan kumiyhdisteiden prosessoitavuutta, vähentämään niiden viskositeettia ja lisäämään täyteaineiden määrää.

Pehmittimet pystyvät myös lisäämään elastomeerien dynaamista kestävyyttä, kulutuskestävyyttä. Seoksen koostumukseen lisätään prosessia stabiloivia antioksidantteja estämään kumin "vanheneminen". Näiden aineiden erilaisia yhdistelmiä käytetään erityisten raakakumiformulaatioiden kehittämisessä ennustamaan ja korjaamaan vulkanointiprosessia.

Vulkanoinnin tyypit

Yleisimmin käytetyt kumit (butadieeni-styreeni, butadieeni ja luonnonkumi) vulkanoidaan yhdessä rikin kanssa kuumentamalla seos 140-160°C:een. Tätä prosessia kutsutaan rikkivulkanoinniksi. Rikkiatomit osallistuvat molekyylien välisten ristisidosten muodostumiseen. Kun seokseen lisätään 5% rikkiä kumin kanssa, syntyy pehmeä vulkanisaatti, jota käytetään autojen putkien, renkaiden, kumiputkien, pallojen jne. valmistukseen.

Kun rikkiä lisätään yli 30 %, saadaan melko kovaa, vähän elastista eboniittia. Kiihdyttiminä tässä prosessissa käytetään tiuramia, captaxia jne., joiden täydellisyys varmistetaan lisäämällä aktivaattoreita, jotka koostuvat metallioksideista, yleensä sinkistä.

Myös säteilyvulkanointi on mahdollista. Se suoritetaan ionisoivan säteilyn avulla käyttäen radioaktiivisen koboltin lähettämiä elektronivirtoja. Tämä rikitön prosessi johtaa elastomeereihin, joilla on erityinen kemiallinen ja lämmönkestävyys. Erikoiskumien valmistukseen lisätään orgaanisia peroksideja, synteettisiä hartseja ja muita yhdisteitä samoilla prosessiparametreilla kuin rikin lisäyksen tapauksessa.

Teollisessa mittakaavassa muottiin sijoitettu vulkanoituva koostumus kuumennetaan korotetussa paineessa. Tätä varten muotit asetetaan hydraulipuristimen lämmitettyjen levyjen väliin. Ei-muovattujen tuotteiden valmistuksessa seos kaadetaan autoklaaveihin, kattiloihin tai yksittäisiin vulkanointilaitteisiin. Kumin lämmitys vulkanointia varten tässä laitteessa suoritetaan käyttämällä ilmaa, höyryä, lämmitettyä vettä tai suurtaajuista sähkövirtaa.

Suurimmat kumituotteiden kuluttajat ovat useiden vuosien ajan olleet auto- ja maataloustekniikan yritykset. Niiden tuotteiden kyllästysaste kumituotteilla on korkean luotettavuuden ja mukavuuden osoitus. Lisäksi elastomeereistä valmistettuja osia käytetään usein putkiasennusten, jalkineiden, paperitavaroiden ja lasten tuotteiden valmistuksessa.

Kuznetsov A.S. 1, Kornyushko V.F. 2

1 jatko-opiskelija, 2 teknisten tieteiden tohtori, professori, kemiantekniikan tietojärjestelmien osaston johtaja, Moskovan teknillinen yliopisto

ELASTOMEERIJÄRJESTELMIEN SEKOITUS- JA RAKENNEPROSESSIT OHJAUSOBJETEINA KEMIALLIS-TEKNOLOGIASSA JÄRJESTELMÄSSÄ

huomautus

Artikkelissa tarkastellaan järjestelmäanalyysin näkökulmasta mahdollisuutta yhdistää sekoitus- ja strukturointiprosessit yhdeksi kemiallisteknologiseksi järjestelmäksi tuotteiden saamiseksi elastomeereistä.

Avainsanat: sekoitus, strukturointi, järjestelmä, järjestelmäanalyysi, hallinta, ohjaus, kemiallis-teknologinen järjestelmä.

Kuznetsov A. S. 1 , Kornushko V. F. 2

1 jatko-opiskelija, 2 tekniikan tohtori, professori, kemiantekniikan tietojärjestelmien osaston johtaja, Moskovan valtionyliopisto

SEKOITUS- JA RAKENTOINTIPROSESSIT KEMIANTEKNIIKAN JÄRJESTELMÄN OHJAUSOBJETEINA

Abstrakti

Artikkelissa kuvataan mahdollisuutta yhdistää systeemianalyysin perusteella sekoitus- ja vulkanointiprosessit elastomeerituotteiden valmistusprosessin yhtenäisessä kemiantekniikan järjestelmässä.

avainsanat: sekoitus, strukturointi, järjestelmä, järjestelmäanalyysi, suunta, ohjaus, kemiantekniikan järjestelmä.

Johdanto

Kemianteollisuuden kehitys on mahdotonta ilman uusien teknologioiden luomista, tuotannon lisäämistä, uuden teknologian käyttöönottoa, raaka-aineiden ja kaikenlaisten energiamuotojen taloudellista käyttöä sekä vähäjäteisen teollisuuden luomista.

Teolliset prosessit tapahtuvat monimutkaisissa kemiallis-teknologisissa järjestelmissä (CTS), jotka ovat laitteita ja koneita, jotka yhdistetään yhdeksi tuotantokompleksiksi tuotteiden tuotantoa varten.

Elastomeerien nykyaikaiselle tuotannolle (e(ECM) eli kumin saaminen) on ominaista useiden vaiheiden ja teknisten toimintojen läsnäolo, nimittäin: kumin ja ainesosien valmistus, kiinteiden ja irtotavaramateriaalien punnitseminen, kumin sekoitus ainesosien kanssa, raakakumiseoksen muovaus - puolivalmiste, ja itse asiassa kumiseoksen avaruudellinen strukturointi (vulkanointi) - aihiot valmiin tuotteen saamiseksi, jolla on joukko määriteltyjä ominaisuuksia.

Kaikki elastomeereistä valmistettujen tuotteiden valmistusprosessit ovat tiiviisti yhteydessä toisiinsa, joten kaikkien vahvistettujen teknisten parametrien tarkka noudattaminen on välttämätöntä oikeanlaatuisten tuotteiden saamiseksi. Käsiteltyjen tuotteiden saamista helpottaa erilaisten menetelmien käyttö tuotannon tärkeimpien teknologisten määrien seurantaan tehtaan keskuslaboratorioissa (CPL).

Monimutkaisuus ja monivaiheinen prosessi tuotteiden saamiseksi elastomeereistä sekä tarve hallita tärkeimpiä teknisiä indikaattoreita edellyttävät, että elastomeereistä valmistettujen tuotteiden valmistusprosessia pidetään monimutkaisena kemiallis-teknologisena järjestelmänä, joka sisältää kaikki teknologiset vaiheet ja toiminnot, analyysielementit prosessin päävaiheet, niiden hallinta ja valvonta.

Sekoitus- ja strukturointiprosessien yleiset ominaisuudet

Valmiiden tuotteiden (tuotteiden, joilla on tiettyjä ominaisuuksia) vastaanottamista edeltää kaksi pääasiallista teknologista prosessia elastomeereistä valmistettujen tuotteiden valmistamiseksi, nimittäin: sekoitusprosessi ja itse asiassa raakakumiseoksen vulkanointi. Näiden prosessien teknisten parametrien noudattamisen valvonta on pakollinen menettely, joka varmistaa laadukkaiden tuotteiden vastaanottamisen, tuotannon tehostamisen ja avioliiton estämisen.

Alkuvaiheessa on kumia - polymeeripohjaa ja erilaisia aineosia. Kun kumi ja ainekset on punnittu, sekoitusprosessi alkaa. Sekoitusprosessi on ainesosien jauhaminen, ja se vähennetään niiden tasaisempaan jakautumiseen kumissa ja parempaan dispergoitumiseen.

Sekoitusprosessi suoritetaan teloilla tai kumisekoittimessa. Tämän seurauksena saamme puolivalmisteen - raakakumiseoksen - välituotteen, joka myöhemmin vulkanoidaan (strukturoidaan). Raakakumiseoksen vaiheessa valvotaan sekoituksen tasaisuutta, tarkastetaan seoksen koostumus ja arvioidaan sen vulkanointikyky.

Sekoituksen tasaisuus tarkistetaan kumiyhdisteen plastisuusindikaattorilla. Kumiseoksen eri osista otetaan näytteitä ja määritetään seoksen plastisuusindeksi, eri näytteillä sen tulee olla suunnilleen sama. Seoksen P plastisuuden on virherajoissa vastattava passissa tietylle kumiyhdisteelle määritettyä reseptiä.

Seoksen vulkanointikyky tarkistetaan eri kokoonpanoilla olevilla vibroheometreillä. Reometri on tässä tapauksessa elastomeerijärjestelmien strukturointiprosessin fyysisen mallintamisen kohde.

Vulkanoinnin tuloksena saadaan lopputuote (kumi, elastomeerinen komposiittimateriaali. Siten kumi on monimutkainen monikomponenttijärjestelmä (kuva 1.)

Riisi. 1 - Elastomeerimateriaalin koostumus

Strukturointiprosessi on kemiallinen prosessi, jossa raakamuovikumiseos muunnetaan elastiseksi kumiksi muodostamalla kemiallisten sidosten avaruudellinen verkosto, sekä teknologinen prosessi tuotteen, kumin, esaamiseksi kiinnittämällä haluttu muoto, jotta varmistetaan tuotteen haluttu toiminto.

Kemiallisteknisen järjestelmän mallin rakentaminen
tuotteiden valmistus elastomeereistä

Mikä tahansa kemiallinen tuotanto on kolmen päätoimenpiteen sarja: raaka-aineiden valmistus, varsinainen kemiallinen muunnos, kohdetuotteiden eristäminen. Tämä toimintosarja sisältyy yhteen monimutkaiseen kemiallisteknologiseen järjestelmään (CTS). Nykyaikainen kemianalan yritys koostuu suuresta määrästä toisiinsa liittyviä alajärjestelmiä, joiden välillä on alisteisuussuhteet hierarkkisen rakenteen muodossa, jossa on kolme päävaihetta (kuva 2). Elastomeerien valmistus ei ole poikkeus, ja lopputulos on valmis tuote, jolla on halutut ominaisuudet.

Riisi. 2 - Kemiallis-teknologisen järjestelmän alajärjestelmät tuotteiden valmistamiseksi elastomeereistä

Tällaisen järjestelmän, samoin kuin minkä tahansa tuotantoprosessien kemiallis-teknologisen järjestelmän, rakentamisen perusta on systemaattinen lähestymistapa. Systemaattinen näkemys erillisestä kemiantekniikan tyypillisestä prosessista mahdollistaa tieteellisesti perustetun strategian kehittämisen prosessin kokonaisvaltaiselle analyysille ja sen pohjalta yksityiskohtaisen ohjelman rakentamisen sen matemaattisen kuvauksen synteesiä varten ohjausohjelmien toteuttamista varten. .

Tämä kaavio on esimerkki kemiallis-teknologisesta järjestelmästä, jossa elementit on kytketty sarjaan. Hyväksytyn luokituksen mukaan pienin taso on tyypillinen prosessi.

Elastomeerien valmistuksessa tällaisina prosesseina pidetään erillisiä tuotantovaiheita: ainesosien punnitusprosessi, kumin leikkaaminen, sekoitus teloilla tai kumisekoittimessa, spatiaalinen strukturointi vulkanointilaitteessa.

Seuraavaa tasoa edustaa työpaja. Elastomeerien tuotantoa varten se voidaan kuvata koostuvan osajärjestelmistä raaka-aineiden syöttöä ja valmistusta varten, lohkosta sekoitus- ja puolivalmisteen saamiseksi sekä lopullisesta lohkosta strukturointia ja vikojen havaitsemista varten.

Tärkeimmät tuotantotehtävät lopputuotteen vaaditun laatutason varmistamiseksi, teknisten prosessien tehostaminen, sekoitus- ja strukturointiprosessien analysointi ja valvonta, avioliiton estäminen suoritetaan juuri tällä tasolla.

Pääparametrien valinta sekoitus- ja strukturointiteknisten prosessien ohjaukseen ja hallintaan

Elastomeerituotteiden valmistusprosesseissa säädellyt parametrit ovat: lämpötila Tc sekoituksen ja vulkanoinnin aikana Tv, paine P puristuksen aikana, seoksen käsittelyaika τ teloilla sekä vulkanointiaika (optimi) τopt.

Teloilla olevan puolivalmiin tuotteen lämpötila mitataan neulatermoparilla tai termoparilla, jossa on itsetallennuslaitteet. Siellä on myös lämpötila-antureita. Sitä ohjataan yleensä muuttamalla telojen jäähdytysveden virtausta säätämällä venttiiliä. Tuotannossa käytetään jäähdytysveden virtauksen säätimiä.

Painetta ohjataan öljypumpulla, jossa on paineanturi ja sopiva säädin asennettuna.

Seoksen valmistusparametrien määrittäminen suoritetaan telalla ohjauskaavioiden mukaisesti, jotka sisältävät tarvittavat prosessiparametrien arvot.

Puolivalmisteen (raakaseoksen) laadunvalvonnan suorittavat valmistajan keskustehdaslaboratorion (CPL) asiantuntijat seoksen passin mukaisesti. Samanaikaisesti tärkein elementti sekoituksen laadun seurannassa ja kumiseoksen vulkanointikyvyn arvioinnissa ovat vibrorheometriatiedot sekä reometrisen käyrän analyysi, joka on prosessin graafinen esitys ja jota pidetään prosessin graafisena esityksenä. elementti elastomeerijärjestelmien strukturointiprosessin ohjaamiseen ja säätöön.

Tekniikka suorittaa vulkanointiominaisuuksien arviointimenettelyn seoksen passin ja kumien ja kumien reometristen testien tietokantojen mukaisesti.

Käsitellyn tuotteen saamisen valvonnan - viimeisen vaiheen - suorittavat valmiiden tuotteiden teknisen laadunvalvonnan osaston asiantuntijat tuotteen teknisten ominaisuuksien testitietojen mukaan.

Kun valvotaan tietyn koostumuksen kumiyhdisteen laatua, on olemassa tietty ominaisuusindikaattoreiden arvoalue, jonka mukaan saadaan tarvittavat ominaisuudet omaavat tuotteet.

Johtopäätökset:

Systemaattisen lähestymistavan käyttö elastomeereistä valmistettujen tuotteiden valmistusprosessien analysoinnissa mahdollistaa strukturointiprosessin laadusta vastaavien parametrien seurannan mahdollisimman täydellisesti.
Päätehtävät, joilla varmistetaan teknisten prosessien vaadittavat indikaattorit, asetetaan ja ratkaistaan työpajatasolla.

Kirjallisuus

Järjestelmien teoria ja järjestelmäanalyysi organisaatioiden johtamisessa: TZZ Handbook: Proc. korvaus / toim. V.N. Volkova ja A.A. Emelyanov. - M.: Talous ja tilastot, 2006. - 848 s.: ill. ISBN 5-279-02933-5
Kholodnov V.A., Hartmann K., Chepikova V.N., Andreeva V.P. Järjestelmäanalyysi ja päätöksenteko. Tietokonetekniikat kemiallisteknisten järjestelmien mallintamiseen materiaali- ja lämpökierrätyksellä. [Teksti]: oppikirja./ V.A. Kholodnov, K. Hartmann. Pietari: SPbGTI (TU), 2006.-160 s.
Agayants I.M., Kuznetsov A.S., Ovsyannikov N.Ya. Koordinaattiakselien muuttaminen reometristen käyrien kvantitatiivisessa tulkinnassa - M .: Hienokemialliset teknologiat 2015. V.10 nro 2, s.64-70.
Novakov I.A., Wolfson S.I., Novopoltseva O.M., Krakshin M.A. Elastomeerikoostumusten reologiset ja vulkanointiominaisuudet. - M.: ICC "Akademkniga", 2008. - 332 s.
Kuznetsov A.S., Kornyushko V.F., Agayants I.M. \Reogrammi prosessinohjaustyökaluna elastomeerijärjestelmien strukturointiin \ M:. NXT-2015 s. 143.
Kashkinova Yu.V. Vulkanointiprosessin kineettisten käyrien kvantitatiivinen tulkinta tekniikan - kumityöntekijän työpaikan organisointijärjestelmässä: Tiivistelmä opinnäytetyöstä. dis. … cand. tekniikka. Tieteet. - Moskova, 2005. - 24 s.
Chernyshov V.N. Systeemiteoria ja järjestelmäanalyysi: oppikirja. lisäys / V.N. Chernyshov, A.V. Tšernyšov. - Tambov: Tambov Publishing House. osavaltio tekniikka. un-ta., 2008. - 96 s.

Viitteet

Teoriya sistem i sistemnyj analiz v upravlenii organzaciyami: TZZ Spravochnik: Ucheb. posobie / Pod red. V.N. Volkovoj ja A.A. Emeljanova. - M.: Finanssi i tilasto, 2006. - 848 s: il. ISBN 5-279-02933-5
Holodnov V.A., Hartmann K., CHepikova V.N., Andreeva V.P.. Sistemnyj analiz i prinyatie reshenij. Komp'yuternye tekhnologii modelirovaniya himiko-tekhnologicheskih sistem s material'nymi i teplovymi reciklami. : uchebnoe posobie./ V.A. Holodnov, K. Hartmann. SPb.: SPbGTI (TU), 2006.-160 s.
Agayanc I.M., Kuznecov A.S., Ovsyannikov N.YA. Modifikaciya osej koordinat pri kolichestvennoj interpretacii reometricheskih krivyh – M.: Tonkie himicheskie tekhnologii 2015 T.10 nro 2, s64-70.
Novakov I.A., Vol'fson S.I., Novopol'ceva O.M., Krakshin M.A. Reologicheskie i vulkanizacionnye svojstva ehlastomernyh kompozicij. - M.: IKC "Akademkniga", 2008. - 332 s.
Kuznecov A.S., Kornyushko V.F., Agayanc I.M. \Reogramma kak instrumentti upravleniya tekhnologicheskim processom strukturirovaniya ehlastomernyh sistem \ M:. NHT-2015 s.143.
Kashkinova YU.V. Kolichestvennaya interpretaciya kineticheskih krivyh processa vulkanizacii v sisteme organzacii rabochego mesta tekhnologa – rezinshchika: avtoref. dis. …karkkia. teknologiaa tiede. - Moskova, 2005. - 24 s.
Chernyshov V.N. Teoriya sistem i sistemnyj analiz: ucheb. posobie / V.N. Chernyshov, A.V. Tšernyšov. – Tambov: Izd-vo Tamb. gos. teknologiaa un-ta., 2008. - 96 s.

Kumin ja vulkanointiaineen välinen kemiallinen vuorovaikutus määräytyy kumin kemiallisen aktiivisuuden, ts. sen ketjujen tyydyttymättömyysaste, funktionaalisten ryhmien läsnäolo.

Tyydyttymättömien kumien kemiallinen aktiivisuus johtuu kaksoissidosten läsnäolosta pääketjussa ja vetyatomien lisääntyneestä liikkuvuudesta kaksoissidoksen vieressä olevissa a-metyleeniryhmissä. Siksi tyydyttymättömät kumit voidaan vulkanoida kaikilla yhdisteillä, jotka ovat vuorovaikutuksessa kaksoissidoksen ja sen naapuriryhmien kanssa.

Tyydyttyneiden kumien kemiallinen aktiivisuus on huomattavasti pienempi kuin tyydyttymättömien, joten vulkanoinnissa on käytettävä erittäin reaktiivisia aineita, kuten erilaisia peroksideja.

Kumit, joissa on funktionaalisia ryhmiä, voidaan vulkanoida noista ryhmistä silloitusaineilla, jotka ovat vuorovaikutuksessa funktionaalisten ryhmien kanssa.

· Vähentää dramaattisesti kumiseoksen plastisuutta, vulkanisaattien lujuutta ja elastisuutta. Näin ollen NC-pohjaisen raakakumiseoksen lujuus ei ylitä 1,5 MPa ja vulkanoidun materiaalin lujuus on vähintään 25 MPa.

· Kumin kemiallinen aktiivisuus vähenee merkittävästi: tyydyttymättömissä kumeissa kaksoissidosten määrä vähenee, tyydyttyneissä kumeissa ja kumeissa, joissa on funktionaalisia ryhmiä, aktiivisten keskusten lukumäärä. Tämä lisää vulkanisaatin vastustuskykyä oksidatiivisia ja muita aggressiivisia vaikutuksia vastaan.

· Vulkanoidun materiaalin kestävyys matalissa ja korkeissa lämpötiloissa kasvaa. Siten NC kovettuu 0ºC:ssa ja tulee tahmeaksi +100ºС:ssa, kun taas vulkanisaatti säilyttää lujuuden ja elastisuuden lämpötila-alueella -20 - +100ºС.

Vulkanointiprosessille on myös tunnusomaista jotkin yleiset ominaisuuksien muutosmallit riippuen vulkanointiajasta vakiolämpötilassa.

M 90 \u003d 0,9 DM + M min,

jossa DM on vääntömomenttiero (DM=M max - M min).

Aika t 90 on optimaalinen vulkanointi, jonka arvo riippuu vulkanointijärjestelmän aktiivisuudesta. Käyrän kaltevuus pääjaksolla luonnehtii vulkanoitumisnopeutta.

Portaali opiskelijalle. Itseharjoittelu

Materiaalin ominaisuudet

Vulkanoinnin tyypit

AIHEESEEN LIITTYVÄT ARTIKKELIT