Analisis sistem proses vulkanisasi. Metode untuk mengendalikan proses vulkanisasi

Metode utama vulkanisasi karet. Untuk melakukan proses kimia utama teknologi karet - vulkanisasi - agen vulkanisir digunakan. Kimia dari proses vulkanisasi terdiri dari pembentukan jaringan spasial, termasuk makromolekul karet linier atau bercabang dan ikatan silang. Secara teknologi, vulkanisasi terdiri dari pemrosesan kompon karet pada suhu dari normal hingga 220 ° C di bawah tekanan dan lebih jarang tanpanya.

Dalam kebanyakan kasus, vulkanisasi industri dilakukan dengan sistem vulkanisasi yang mencakup agen vulkanisir, akselerator, dan aktivator vulkanisasi dan berkontribusi pada aliran proses pembentukan jaringan spasial yang lebih efisien.

Interaksi kimia antara karet dan bahan vulkanisir ditentukan oleh aktivitas kimia karet, yaitu. tingkat ketidakjenuhan rantainya, keberadaan gugus fungsi.

Aktivitas kimia karet tak jenuh disebabkan oleh adanya ikatan rangkap pada rantai utama dan peningkatan mobilitas atom hidrogen pada gugus -metilen yang berdekatan dengan ikatan rangkap. Oleh karena itu, karet tak jenuh dapat divulkanisir dengan semua senyawa yang berinteraksi dengan ikatan rangkap dan gugus tetangganya.

Zat vulkanisir utama untuk karet tak jenuh adalah belerang, yang biasanya digunakan sebagai sistem vulkanisir bersama dengan akselerator dan aktivatornya. Selain sulfur, peroksida organik dan anorganik, resin alkilfenol-formaldehida (AFFS), senyawa diazo, dan senyawa polihaloid dapat digunakan.

Aktivitas kimia karet jenuh secara signifikan lebih rendah daripada aktivitas karet tak jenuh, oleh karena itu, untuk vulkanisasi perlu menggunakan zat yang sangat reaktif, misalnya, berbagai peroksida.

Vulkanisasi karet tak jenuh dan jenuh dapat dilakukan tidak hanya dengan adanya zat vulkanisir kimia, tetapi juga di bawah pengaruh pengaruh fisik yang memulai transformasi kimia. Ini adalah radiasi energi tinggi (vulkanisasi radiasi), radiasi ultraviolet (fotovulkanisasi), paparan suhu tinggi yang berkepanjangan (vulkanisasi termal), gelombang kejut dan beberapa sumber lainnya.

Karet yang memiliki gugus fungsi dapat divulkanisir pada gugus tersebut dengan zat pengikat silang yang berinteraksi dengan gugus fungsi.

Keteraturan utama dari proses vulkanisasi. Terlepas dari jenis karet dan sistem vulkanisasi yang digunakan, beberapa karakteristik perubahan sifat material terjadi selama proses vulkanisasi:

Plastisitas kompon karet menurun tajam, kekuatan dan elastisitas vulkanisasi muncul. Dengan demikian, kekuatan kompon karet mentah berdasarkan NC tidak melebihi 1,5 MPa, dan kekuatan bahan yang divulkanisir tidak kurang dari 25 MPa.

Aktivitas kimia karet berkurang secara signifikan: pada karet tak jenuh, jumlah ikatan rangkap berkurang, pada karet jenuh dan karet dengan gugus fungsi, jumlah pusat aktif. Hal ini meningkatkan ketahanan vulkanisasi terhadap oksidatif dan pengaruh agresif lainnya.

Meningkatkan ketahanan bahan vulkanisir terhadap aksi suhu rendah dan tinggi. Dengan demikian, NC mengeras pada 0ºС dan menjadi lengket pada +100ºС, sedangkan vulkanisir mempertahankan kekuatan dan elastisitas pada kisaran suhu dari -20 hingga +100ºС.

Sifat perubahan sifat material selama vulkanisasi ini jelas menunjukkan terjadinya proses penataan, berakhir dengan pembentukan kisi spasial tiga dimensi. Agar vulkanisasi dapat mempertahankan elastisitasnya, ikatan silang harus cukup jarang. Misalnya, dalam kasus NC, fleksibilitas termodinamika rantai dipertahankan jika satu ikatan silang terjadi per 600 atom karbon dari rantai utama.

Proses vulkanisasi juga dicirikan oleh beberapa pola umum perubahan sifat yang bergantung pada waktu vulkanisasi pada suhu konstan.

Karena sifat viskositas campuran berubah paling signifikan, viskometer rotasi geser, khususnya rheometer Monsanto, digunakan untuk mempelajari kinetika vulkanisasi. Perangkat ini memungkinkan untuk mempelajari proses vulkanisasi pada suhu 100 hingga 200ºС selama 12 - 360 menit dengan berbagai gaya geser. Perekam perangkat menulis ketergantungan torsi pada waktu vulkanisasi pada suhu konstan, mis. kurva kinetik vulkanisasi, yang memiliki bentuk-S dan beberapa bagian yang sesuai dengan tahapan proses (Gbr. 3).

Tahap pertama vulkanisasi disebut periode induksi, tahap hangus, atau tahap pra-vulkanisasi. Pada tahap ini, campuran karet harus tetap cair dan mengisi seluruh cetakan dengan baik, oleh karena itu sifat-sifatnya dicirikan oleh momen geser minimum M min (viskositas minimum) dan waktu t s di mana momen geser meningkat 2 unit dibandingkan dengan minimum .

Durasi periode induksi tergantung pada aktivitas sistem vulkanisasi. Pilihan sistem vulkanisasi dengan satu atau lain nilai t s ditentukan oleh massa produk. Selama vulkanisasi, bahan pertama-tama dipanaskan sampai suhu vulkanisasi, dan karena konduktivitas termal yang rendah dari karet, waktu pemanasan sebanding dengan massa produk. Untuk alasan ini, sistem vulkanisir yang menyediakan periode induksi yang cukup lama harus dipilih untuk produk vulkanisir massa besar, dan sebaliknya untuk produk dengan massa rendah.

Tahap kedua disebut periode vulkanisasi utama. Pada akhir periode induksi, partikel aktif terakumulasi dalam massa kompon karet, menyebabkan struktur yang cepat dan, dengan demikian, meningkatkan torsi hingga nilai maksimum tertentu M maks. Namun, penyelesaian tahap kedua bukanlah waktu untuk mencapai M max, tetapi waktu t 90 yang sesuai dengan M 90 . Momen ini ditentukan oleh rumus

M 90 \u003d 0,9 M + M menit,

di mana M – perbedaan torsi (M=M maks – M min).

Waktu t 90 adalah vulkanisasi optimum, yang nilainya tergantung pada aktivitas sistem vulkanisasi. Kemiringan kurva pada periode utama mencirikan laju vulkanisasi.

Tahap ketiga dari proses ini disebut tahap overvulkanisasi, yang dalam banyak kasus sesuai dengan bagian horizontal dengan sifat konstan pada kurva kinetik. Zona ini disebut dataran tinggi vulkanisasi. Semakin lebar dataran tinggi, semakin tahan campuran terhadap overvulkanisasi.

Lebar dataran tinggi dan arah kurva lebih lanjut terutama bergantung pada sifat kimia karet. Dalam kasus karet linier tak jenuh, seperti NK dan SKI-3, dataran tinggi tidak lebar dan kemudian terjadi deteriorasi, mis. kemiringan kurva (Gbr. 3, kurva sebuah). Proses penurunan sifat pada tahap overvulkanisasi disebut pengembalian. Alasan pembalikan adalah penghancuran tidak hanya rantai utama, tetapi juga ikatan silang yang terbentuk di bawah aksi suhu tinggi.

Dalam kasus karet jenuh dan karet tak jenuh dengan struktur bercabang (sejumlah besar ikatan rangkap di sisi 1,2-unit), sifat berubah secara signifikan di zona overvulkanisasi, dan dalam beberapa kasus bahkan meningkat (Gbr. 3, kurva b dan di), karena oksidasi termal dari ikatan rangkap dari tautan samping disertai dengan penataan tambahan.

Perilaku kompon karet pada tahap overvulkanisasi penting dalam produksi produk massal, terutama ban mobil, karena karena pembalikan, overvulkanisasi lapisan luar dapat terjadi sementara undervulkanisasi lapisan dalam. Dalam hal ini, sistem vulkanisasi diperlukan yang akan memberikan periode induksi yang lama untuk pemanasan ban yang seragam, kecepatan tinggi pada periode utama, dan dataran tinggi vulkanisasi yang luas selama tahap vulkanisasi.

3.2. Sistem Vulkanisir Sulfur untuk Karet Tak Jenuh

Sifat belerang sebagai agen vulkanisir. Proses vulkanisasi karet alam dengan belerang ditemukan pada tahun 1839 oleh C. Goodyear dan secara mandiri pada tahun 1843 oleh G. Gencock.

Untuk vulkanisasi, belerang tanah alami digunakan. Unsur belerang memiliki beberapa modifikasi kristal, dimana hanya modifikasi yang sebagian larut dalam karet. Modifikasi inilah, yang memiliki titik leleh 112,7 , dan digunakan dalam vulkanisasi. Molekul bentuk adalah siklus beranggota delapan S 8 dengan energi aktivasi rata-rata pemutusan cincin E bertindak = 247 kJ/mol.

Ini adalah energi yang agak tinggi, dan pemisahan cincin belerang hanya terjadi pada suhu 143ºС ke atas. Pada suhu di bawah 150ºС, dekomposisi heterolitik atau ionik dari cincin belerang terjadi dengan pembentukan biion belerang yang sesuai, dan pada 150ºС ke atas, dekomposisi homolitik (radikal) dari cincin S dengan pembentukan diradikal belerang:

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

t150ºС S 8 →Sֹ–S 6 –Sֹ→S 8 .

Biradikal S 8 ·· mudah dipecah menjadi fragmen yang lebih kecil: S 8 →S + S 8-х .

Biion dan biradikal belerang yang dihasilkan kemudian berinteraksi dengan makromolekul karet baik pada ikatan rangkap maupun pada lokasi atom karbon -metilen.

Cincin belerang juga dapat terurai pada suhu di bawah 143ºС jika ada partikel aktif (kation, anion, radikal bebas) dalam sistem. Aktivasi terjadi sesuai dengan skema:

S 8 + A + →A - S - S 6 - S +

S 8 + B – → B – S – S 6 –

S 8 + Rֹ → R - S - S 6 - Sֹ.

Partikel aktif tersebut ada dalam senyawa karet ketika sistem vulkanisasi dengan akselerator vulkanisasi dan penggeraknya digunakan.

Untuk mengubah karet plastik lunak menjadi karet elastis keras, sejumlah kecil belerang sudah cukup - 0,10,15% berat. Namun, dosis belerang yang sebenarnya berkisar dari 12,5 hingga 35 berat. per 100 berat karet.

Sulfur memiliki kelarutan yang terbatas dalam karet, sehingga dosis belerang tergantung pada bentuk distribusinya dalam kompon karet. Pada dosis nyata, belerang dalam bentuk tetesan cair, dari permukaan di mana molekul belerang berdifusi ke dalam massa karet.

Persiapan campuran karet dilakukan pada suhu tinggi (100-140ºС), yang meningkatkan kelarutan belerang dalam karet. Oleh karena itu, ketika campuran didinginkan, terutama dalam kasus dosis tinggi, belerang bebas mulai berdifusi ke permukaan campuran karet dengan pembentukan lapisan tipis atau lapisan belerang. Proses ini dalam teknologi disebut fading atau berkeringat. Kemekaran jarang mengurangi kelengketan bentuk awal, sehingga bentuk awal diperlakukan dengan bensin untuk menyegarkan permukaan sebelum dirakit. Ini memperburuk kondisi kerja perakit dan meningkatkan bahaya kebakaran dan ledakan produksi.

Masalah fading sangat akut dalam produksi ban kabel baja. Dalam hal ini, untuk meningkatkan kekuatan ikatan antara logam dan karet, dosis S dinaikkan menjadi 5 wt.h. Untuk menghindari memudar dalam formulasi seperti itu, modifikasi khusus harus digunakan - yang disebut belerang polimer. Ini adalah bentuk-, yang dibentuk dengan memanaskan bentuk- hingga 170ºС. Pada suhu ini, ada lonjakan tajam dalam viskositas lelehan dan sulfur polimer S n terbentuk, di mana n lebih dari 1000. Dalam praktik dunia, berbagai modifikasi sulfur polimer, yang dikenal dengan nama merek "cristex", digunakan .

Teori vulkanisasi belerang. Teori kimia dan fisika telah dikemukakan untuk menjelaskan proses vulkanisasi belerang. Pada tahun 1902, Weber mengajukan teori kimia vulkanisasi pertama, yang unsur-unsurnya bertahan hingga hari ini. Mengekstraksi produk interaksi NK dengan belerang, Weber menemukan bahwa bagian dari belerang yang dimasukkan tidak diekstraksi. Bagian ini disebutnya terikat, dan yang terpisah - bebas belerang. Jumlah jumlah belerang terikat dan bebas sama dengan jumlah total belerang yang dimasukkan ke dalam karet: S total =S bebas +S ikatan. Weber juga memperkenalkan konsep koefisien vulkanisasi sebagai rasio belerang terikat dengan jumlah karet dalam komposisi senyawa karet (A): K vulk \u003d S bond / A.

Weber berhasil mengisolasi polisulfida (C 5 H 8 S) n sebagai produk penambahan belerang intramolekul ke ikatan rangkap unit isoprena. Oleh karena itu, teori Weber tidak dapat menjelaskan peningkatan kekuatan akibat vulkanisasi.

Pada tahun 1910, Oswald mengajukan teori fisika vulkanisasi, yang menjelaskan pengaruh vulkanisasi melalui interaksi adsorpsi fisik antara karet dan belerang. Menurut teori ini, kompleks karet-sulfur terbentuk dalam campuran karet, yang berinteraksi satu sama lain juga karena gaya adsorpsi, yang mengarah pada peningkatan kekuatan material. Namun, belerang terikat adsorpsi harus benar-benar diekstraksi dari vulkanisasi, yang tidak diamati dalam kondisi nyata, dan teori kimia vulkanisasi mulai berlaku di semua studi lebih lanjut.

Bukti utama teori kimia (teori jembatan) adalah pernyataan berikut:

Hanya karet tak jenuh yang divulkanisir dengan belerang;

Sulfur berinteraksi dengan molekul karet tak jenuh untuk membentuk ikatan silang kovalen (jembatan) dari berbagai jenis, yaitu. dengan pembentukan belerang terikat, yang jumlahnya sebanding dengan ketidakjenuhan karet;

Proses vulkanisasi disertai dengan efek termal yang sebanding dengan jumlah belerang yang ditambahkan;

Vulkanisasi memiliki koefisien suhu sekitar 2, yaitu mendekati koefisien suhu reaksi kimia pada umumnya.

Peningkatan kekuatan akibat vulkanisasi belerang terjadi karena penataan sistem, sebagai akibatnya terbentuk kisi spasial tiga dimensi. Sistem vulkanisasi belerang yang ada memungkinkan untuk mensintesis secara praktis semua jenis ikatan silang, mengubah laju vulkanisasi, dan struktur akhir vulkanisasi. Oleh karena itu, belerang masih merupakan bahan pengikat silang yang paling populer untuk karet tak jenuh.

Sergei G. Tikhomirov, Olga V. Karmanova, Yurii V. Pyatakov, Alexander A. Maslov Masukkan judul artikel di sini Sergei G. Tikhomirov, Olga V. Karmanova, Yurii V. Pyatakov, Aleksandr A. Maslov dalam Buletin Bahasa Inggris VSUET /Proceedings of VSUET, 3, 06 Review article/eview article UDC 6.53 DOI: http://doi.org/0.094/30-0-06-3-93-99 Paket perangkat lunak untuk memecahkan masalah pemodelan matematika proses vulkanisasi isotermal Sergey G. Tikhomirov, Olga V. Karmanova, Yuri V. Pyatakov, Alexander A. Maslov [dilindungi email] [dilindungi email] [dilindungi email] [dilindungi email] Departemen Sistem Informasi dan Kontrol, Voronezh. negara un-t. ind. techn., Revolutsii Ave., 9, Voronezh, Rusia Departemen Kimia dan Teknologi Kimia Senyawa Organik dan Pemrosesan Polimer, Voronezh. negara un-t. ind. tech., Leninsky Ave., 4, Voronezh, Rusia Abstrak. Berdasarkan keteraturan umum vulkanisasi belerang karet diena, prinsip-prinsip pelaksanaan proses yang efisien dengan menggunakan sistem penataan multikomponen dipertimbangkan. Perlu dicatat bahwa deskripsi mekanisme kerja sistem ikatan silang yang kompleks diperumit oleh berbagai interaksi komponen dan pengaruh masing-masing komponen pada kinetika vulkanisasi, yang mengarah pada berbagai resep dan komplikasi teknologi dari proses nyata. teknologi dan mempengaruhi kualitas dan indikator teknis dan ekonomi produksi produk karet. Analisis sistem dari proses vulkanisasi isotermal dilakukan berdasarkan pendekatan teoretis yang terkenal dan mencakup integrasi berbagai metode dan teknik penelitian ke dalam satu set metode yang saling berhubungan. Selama analisis kinetika vulkanisasi, ditemukan bahwa parameter pembentukan jaringan spasial vulkanisasi bergantung pada banyak faktor, yang evaluasinya memerlukan dukungan matematis dan algoritmik khusus. Sebagai hasil dari stratifikasi objek yang dipelajari, subsistem utama diidentifikasi. Sebuah paket perangkat lunak telah dikembangkan untuk memecahkan masalah kinetik langsung dan terbalik dari proses vulkanisasi isotermal. Dukungan informasi "Vulkanisasi isotermal" dikembangkan dalam bentuk program aplikasi untuk pemodelan matematika dari proses vulkanisasi isotermal dan ditujukan untuk memecahkan masalah kinetik langsung dan terbalik. Saat memecahkan masalah pemurnian skema umum transformasi kimia, mekanisme universal digunakan, termasuk reaksi kimia samping. Produk perangkat lunak mencakup algoritma numerik untuk memecahkan sistem persamaan diferensial. Untuk memecahkan masalah kinetik terbalik, algoritma untuk meminimalkan fungsi digunakan, dengan adanya batasan pada parameter yang diinginkan. Untuk menggambarkan pengoperasian produk ini, diagram blok logis dari program ini disediakan. Contoh penyelesaian masalah kinetik terbalik dengan bantuan program diberikan. Dukungan informasi yang dikembangkan diimplementasikan dalam bahasa pemrograman C++. Untuk menentukan konsentrasi awal agen vulkanisasi yang sebenarnya, ketergantungan universal digunakan, yang memungkinkan penggunaan model dengan sifat yang berbeda dari sistem penataan multikomponen Kata kunci: vulkanisasi isotermal, pemodelan matematika, skema kinetika vulkanisasi, dukungan informasi Paket perangkat lunak untuk memecahkan masalah pemodelan matematika proses curing isotermal . Tikhomirov, Olga V. Karmanova, Yuri V. Pyatakov, Alexander A. Maslov [dilindungi email] [dilindungi email] [dilindungi email] [dilindungi email] departemen sistem informasi dan kontrol, universitas negeri Voronezh teknologi rekayasa, evolusi Av., 9 Voronezh, kimia dan teknologi kimia dari departemen pengolahan senyawa organik dan polimer, universitas negeri Voronezh teknologi teknik, Leninsky Av., 4 Voronezh, ussia Ringkasan. Berdasarkan hukum umum karet diena vulkanisasi belerang, prinsip-prinsip ikatan silang yang efektif dengan menggunakan agen multi-komponen telah didiskusikan. Perlu dicatat bahwa deskripsi mekanisme aksi sistem ikatan silang yang kompleks diperumit oleh keragaman interaksi komponen dan pengaruh masing-masing komponen pada kinetika pengawetan, yang mengarah ke berbagai komplikasi teknologi dari teknologi nyata dan mempengaruhi kualitas dan indikator teknis dan ekonomi produksi barang karet. Berdasarkan pendekatan teoretis yang diketahui, analisis sistem proses curing isotermal dilakukan. Ini termasuk integrasi berbagai teknik dan metode ke dalam satu set. Selama analisis kinetika vulkanisasi ditemukan bahwa pembentukan parameter grid spasial vulkanisasi bergantung pada banyak faktor, untuk menilai yang memerlukan dukungan matematis dan algoritme khusus. Sebagai hasil dari stratifikasi objek diidentifikasi subsistem utama berikut. Sebuah paket perangkat lunak untuk memecahkan masalah kinetik langsung dan terbalik proses penyembuhan isotermal dikembangkan. Dukungan informasi Vulkanisasi isotermal adalah satu set aplikasi pemodelan matematika dari pengawetan isotermal. Ini dimaksudkan untuk masalah kinetik langsung dan terbalik. Ketika memecahkan masalah mengklarifikasi skema umum transformasi kimia menggunakan mekanisme universal termasuk reaksi kimia sekunder. Algoritma minimisasi fungsional dengan batasan pada parameter yang tidak diketahui digunakan untuk menyelesaikan masalah kinetik terbalik. Menampilkan diagram alur program. Contoh pemecahan masalah kinetik terbalik dengan program diperkenalkan. Dataware diimplementasikan dalam bahasa pemrograman C++. Ketergantungan universal untuk menentukan konsentrasi awal bahan pengawet diterapkan. Ini memungkinkan penggunaan model dengan sifat yang berbeda dari sistem pengawetan multikomponen. keputusan yang terinformasi. Kata kunci: pengawetan isotermal, pemodelan matematika, skema kinetika pengawetan, perangkat lunak informasi Untuk kutipan Tikhomirov S.G., Karmanova O. V., Pyatakov Yu.V., Maslov A.A. Kompleks perangkat lunak untuk memecahkan masalah pemodelan matematika dari proses vulkanisasi isotermal Vestnik VGUIT. 06. 3. 93 99. doi:0.094/30-0-06-3-93-99 Untuk kutipan Tihomirov S.G., Karmanova O.V., Pyatakov Yu.V., Maslov A.A Paket perangkat lunak untuk memecahkan masalah pemodelan matematika isotermal proses pengawetan. Vestnik VSUET. 06. no 3 hal. 93 99 (dalam US). doi:0,094/30-0-06-3-93-99 93

Vestnik VGUIT/Proceedings of VSUET, 3, 06 94 Pendahuluan Sampai saat ini, keteraturan umum vulkanisasi belerang dari karet diena telah ditetapkan, berdasarkan keberadaan zat vulkanisasi elastomer nyata (DAV) dalam komposisi. Namun, prinsip-prinsip pelaksanaan proses yang efektif dengan penggunaan sistem penataan multikomponen belum cukup dipelajari. Deskripsi mekanisme aksi mereka diperumit oleh berbagai interaksi komponen dan pengaruh masing-masing pada kinetika vulkanisasi. Hal ini menyebabkan berbagai komplikasi resep dan teknologi dari teknologi nyata dan mempengaruhi kualitas dan indikator teknis dan ekonomi dari produksi produk karet. Analisis kinetika vulkanisasi menunjukkan bahwa pendekatan yang ada untuk deskripsinya didasarkan pada reaksi kimia makromolekul dengan agen vulkanisasi, dan parameter untuk pembentukan jaringan spasial vulkanisator bergantung pada banyak faktor, yang pengaruhnya hanya dapat dinilai menggunakan perangkat lunak matematika dan algoritmik khusus. Untuk meningkatkan efisiensi penelitian, mengidentifikasi penyebab yang mengarah pada produksi produk yang tidak memenuhi persyaratan peraturan, untuk memprediksi jalannya proses, perlu dibuat perangkat lunak khusus (SW). Tujuan dari pekerjaan ini adalah untuk mengembangkan paket perangkat lunak untuk memecahkan masalah kinetik langsung dan terbalik dari proses vulkanisasi isotermal. Analisis sistem proses vulkanisasi Analisis pendekatan teoretis yang diketahui untuk deskripsi vulkanisasi, serta proses lain dalam industri kimia [4] dan aspek implementasi praktisnya, dengan mempertimbangkan karakteristik masing-masing tahapan, memungkinkan untuk mengidentifikasi sifat sistem umum dan pola dasar proses dan menentukan arah penelitian untuk memperoleh informasi baru tentang optimalisasi mode vulkanisasi dan sifat produk jadi. Analisis sistem mencakup integrasi berbagai metode dan teknik penelitian (matematis, heuristik) yang dikembangkan dalam kerangka berbagai bidang ilmiah ke dalam satu set metode yang saling berhubungan. Analisis multivariat dari proses memungkinkan pengembangan keseluruhan struktur studi (gambar). Objek penelitian terstruktur dengan lemah, karena mengandung elemen kualitatif (elastomer, pengisi, kondisi proses) dan yang kurang dipelajari (sistem penataan multikomponen, gangguan yang tidak terkontrol), yang cenderung mendominasi. Komposisi struktur umum mencakup elemen-elemen yang perlu dibuktikan secara teoritis (model kinetik, proses perpindahan panas dan massa, optimalisasi mode, proses pemrosesan). Jadi, untuk mengevaluasi solusi, perlu untuk menentukan semua hubungan yang ada dan menetapkan pengaruhnya, dengan mempertimbangkan interaksi, pada perilaku seluruh sistem secara keseluruhan. Analisis struktur umum menunjukkan bahwa sifat mekanik vulkanisasi ditentukan oleh reaksi kimia makromolekul dengan agen vulkanisir, dan untuk mengevaluasi parameter jaringan spasial vulkanisir, perlu untuk mengembangkan dukungan matematis dan algoritmik khusus. Sebagai hasil dari stratifikasi objek yang diteliti, subsistem utama berikut diidentifikasi:) analisis dan penghitungan fenomena fluktuasi termal yang mempercepat jalannya reaksi kimia;) model kinetik vulkanisasi; 3) optimalisasi mode vulkanisasi, memberikan sifat mekanik yang diperlukan. Pemodelan matematis dari proses vulkanisasi isotermal Memperoleh informasi yang dapat dipercaya tentang proses pengikatan silang elastomer dengan sistem penataan yang kompleks terkait erat dengan masalah desain, optimasi dan kontrol mode vulkanisasi di industri. Diketahui bahwa salah satu cara tradisional untuk menggambarkan kinetika formal vulkanisasi adalah penggunaan fungsi yang ditentukan secara sepotong-sepotong untuk setiap tahapan proses: periode induksi, penataan, dan pembalikan. Deskripsi proses secara keseluruhan dan perhitungan konstanta kinetik saat ini dilakukan hanya untuk jenis karet dan sistem vulkanisir tertentu. Kesimpulan utama tentang kinetika proses didasarkan pada sistem model dengan analog elastomer dengan berat molekul rendah. Pada saat yang sama, tidak selalu mungkin untuk memperluas data kuantitatif yang diperoleh ke proses produksi.

Vestnik VSUET/Prosiding VSUET, 3, 06 Gambar. Skema studi proses vulkanisasi elastomer Gambar. Skema proses studi vulkanisasi elastomer Evaluasi sifat fisik dan mekanik karet industri, menurut data yang diperoleh di perusahaan, tentu saja, merupakan metode progresif dalam memecahkan masalah pemodelan proses vulkanisasi, tetapi membutuhkan pendekatan yang ketat. kesatuan internal pendekatan fisik dan kimia pada setiap tahap studi dan pengembangan algoritma dan program komputasi. Pertanyaan ini hanya dapat dijawab dengan melakukan eksperimen secara hati-hati sesuai dengan rencana yang sesuai dengan model kinetik yang diusulkan dan dengan menghitung beberapa versi alternatif model. Ini memerlukan metode independen untuk menetapkan jumlah mekanisme reaksi formal yang bertanggung jawab untuk menyusun komposisi elastomer. Metode tradisional untuk menganalisis proses dalam domain waktu tidak memungkinkan untuk secara jelas memisahkan proses dengan interaksi sinergis, yang, pada gilirannya, tidak memungkinkan mereka untuk digunakan untuk analisis karet industri. Ketika memecahkan masalah pemurnian skema umum transformasi kimia, adalah bijaksana untuk melanjutkan dari mekanisme yang maksimal dalam arti tertentu. Oleh karena itu, skema kinetik mencakup reaksi tambahan yang menggambarkan pembentukan dan penghancuran ikatan polisulfida labil (Vu lab), siklisasi intramolekul, dan reaksi lain yang mengarah pada modifikasi makromolekul, pembentukan makroradikal, dan reaksinya dengan suspensi DAW. Sistem persamaan diferensial (DE) dengan tahapan proses akan memiliki bentuk sebagai berikut: 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. () k8 C.

Vestnik VGUIT/Prosiding VSUET, 3, 06 96 Kondisi awal: 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; di mana , , , koefisien, konsentrasi awal belerang, konsentrasi awal akselerator, konsentrasi awal aktivator (seng oksida), [C (0)] konsentrasi awal makroradikal. Di sini A adalah agen vulkanisir yang sebenarnya; Dalam prekursor ikatan silang; B* bentuk aktifnya; C belerang terikat intramolekul; VuSt, VuLab stabil dan simpul labil dari mesh vulkanisasi; karet; * karet makroradikal sebagai akibat dari dekomposisi fluktuasi termal; , , dan koefisien stoikiometrik, k, k, k 8, k 9 (k 8) konstanta laju reaksi terkait dengan masing-masing tahapan proses. Masalah langsung kinetika (DKK) adalah masalah menemukan konsentrasi simpul vulkanisasi sebagai fungsi waktu. Solusi dari PZK direduksi menjadi solusi sistem DE () di bawah kondisi awal yang diberikan. Kurva kinetik dari proses vulkanisasi ditentukan oleh besarnya torsi Mt. Masalah kebalikan dari kinetika (IKK) adalah masalah mengidentifikasi konstanta laju reaksi, koefisien stoikiometrik dan variabel dalam sistem (). Solusi OZK dilakukan dengan meminimalkan fungsional: k, t 8 8 M t M M M min / max min Vu (), (3) M max, M min masing-masing nilai maksimum dan minimum koefisien. Mt, skala Deskripsi perangkat lunak Perangkat lunak "Vulkanisasi isotermal" dikembangkan sebagai satu set program terapan untuk memecahkan masalah yang berkaitan dengan pemodelan matematis dari proses vulkanisasi isotermal. Untuk menyelesaikan sistem DE, paket menyediakan metode numerik, termasuk: metode Runge-Kutta orde keempat; metode Adam. Solusi dari masalah kinetik terbalik direduksi menjadi penaksiran konstanta laju reaksi, koefisien stoikiometrik, dan variabel dalam sistem DE (). Untuk meminimalkan fungsional () dalam paket perangkat lunak, atas kebijaksanaan pengguna, metode berikut dapat digunakan: penurunan koordinat, Hook-Jeeves, Rosenbrock, Powell, Nelder-Mead, rata-rata koordinat (menggunakan elemen pencarian acak). Metode gradien (urutan pertama): penurunan paling curam, arah konjugasi (Fletcher-Reeves), metrik variabel (Davidon-Fletcher-Powell), gradien paralel (Zangwill). Gambar tersebut menunjukkan diagram blok dari perangkat lunak yang dikembangkan. Proses identifikasi konstanta laju reaksi, koefisien persamaan dan koefisien stoikiometri dilakukan dalam beberapa tahap: digitalisasi rheogram; terjemahan torsi ke dalam konsentrasi; penentuan konsentrasi awal; penentuan nilai parameter yang diperlukan dari konstanta yang menyediakan fungsi minimum (). Rheogram dapat didigitalkan secara manual atau otomatis menggunakan program GrDigit yang terintegrasi ke dalam paket. Pemrosesan data eksperimen dapat dilakukan baik untuk satu pengukuran maupun untuk satu set (hingga 6 rheogram). Konversi torsi dalam konsentrasi node mesh vulkanisasi dilakukan sebagai berikut: nilai torsi diubah menjadi satuan konvensional: arb / M M M M M (4) arus min max min kemudian unit konvensional diubah menjadi (mol / kg), dengan mengalikan M arb dengan faktor skala. Penentuan konsentrasi awal C 0 DAV dilakukan dengan rumus : A 0 0 CA S8 AC Akt C (5)

Vestnik VSUET/Prosiding VSUET, 3, 06 Gambar. Blok diagram perangkat lunak Gambar. Skema perangkat lunak struktural Persetujuan perangkat lunak yang dikembangkan Kurva reometrik yang diperoleh pada kondisi awal berikut digunakan sebagai data awal: Nilai konsentrasi belerang dalam campuran: = 0,0078 mol/kg Konsentrasi akselerator: = 0,009 mol/kg. 3. Konsentrasi aktivator: = 0,00 mol/kg. Gambar 3 menunjukkan nilai eksperimen dan perhitungan konsentrasi simpul vulkanisasi, yang diperoleh sebagai hasil penyelesaian BCC. Tabel menunjukkan nilai yang dihitung dari konstanta laju reaksi, tabel menunjukkan nilai perkiraan koefisien stoikiometrik dan parameter model. Tabel Nilai konstanta laju reaksi k5,89 0-0 Gambar 3. Perubahan konsentrasi titik kisi vulkanisasi terhadap waktu, perkiraan dan rentang pencarian konstanta, setelah itu metode optimasi dipilih 97-4, 97

Buletin VSUET/Prosiding VSUET, 3, 06 Kesimpulan Atas dasar analisis sistematis pendekatan teoritis untuk deskripsi vulkanisasi, diagram blok umum studi proses ini telah diperbaiki. Model matematis dari proses vulkanisasi dilengkapi dengan kondisi awal, yang didefinisikan sebagai fungsi dari konsentrasi awal komponen kelompok vulkanisasi. Untuk memecahkan masalah kinetik terbalik, kriteria tambahan untuk kualitas model diusulkan. Sebuah produk perangkat lunak telah dikembangkan untuk melakukan penelitian ilmiah dalam studi proses vulkanisasi senyawa karet menggunakan sistem penataan multikomponen. Pos pemeriksaan memiliki struktur blok-modular, yang memungkinkan perluasannya tanpa kehilangan fungsionalitas. Arah modernisasinya adalah dimasukkannya dalam komposisi deskripsi matematis mode vulkanisasi non-isotermal dengan integrasi lebih lanjut ke dalam sirkuit APCS sebagai sistem informasi dan kontrol ahli untuk mengeluarkan rekomendasi untuk mengelola proses vulkanisasi dan membuat keputusan. Pekerjaan itu didukung secara finansial oleh tugas negara 04/ (nomor NIR 304) dengan topik "Sintesis sistem kontrol kualitas multifungsi untuk industri makanan dan kimia" SASTRA Tikhomirov S.G., Bityukov V.K., Podkopaeva S.V., Khromykh E. TAPI. dan pemodelan matematika lainnya dari objek kontrol dalam industri kimia. Voronezh: VSUIT, 0.96 hal. Khaustov I.A. Kontrol sintesis polimer dalam metode batch berdasarkan pasokan fraksional komponen reaksi // Buletin TSTU. 04. 4 (0) S. 787 79. 3 Khaustov I.A. Kontrol proses degradasi polimer dalam larutan berdasarkan pembebanan fraksional dari inisiator Vestnik VGUIT. 04. 4. P. 86 9. 4 V. K. Bityukov, I. A. Khaustov, dan A. A. Khvostov, Russ. et al Analisis sistem proses degradasi termal-oksidatif polimer dalam larutan sebagai objek kontrol Vestnik VGUIT. 04.3(6). P. 6 66. 5 Karmanova O.V. Basa fisika dan kimia dan komponen pengaktif vulkanisasi polidiena: diss. teknologi dr. Ilmu. Voronezh, 0. 6 Molchanov V.I., Karmanova O.V., Tikhomirov S.G. Pemodelan kinetika vulkanisasi polidiena Vestnik VGUIT. 03. P. 4 45. 7 Hardis., Jessop J.L.P., Peters F.E., Kessler M.. Karakterisasi kinetika penyembuhan dan pemantauan resin epoksi menggunakan DSC, spektroskopi aman, dan DEA // Komposit. 03. Bagian A. V. 49. P. 00 08. 8 Javadi M., Moghiman M., eza Erfanian M., Hosseini N. Investigasi Numerik Proses Curing di eaction Injection Moulding ubber untuk Peningkatan Kualitas // Bahan Teknik Utama. 0. V. 46 463. P. 06. EFEENCES Tikhomirov S.G., ityukov V.K. Podkopaeva S.V., Khromykh E.A. dkk. Mathematicheskoe modelirovanie ob ektov upravleniya v khimicheskoi promyshlennosti Voronezh, VSUET, 0. 96 p. (dalam bahasa Rusia). Khaustov I.A. Manajemen proses batch sintesis polimer berdasarkan aliran fraksional dari komponen reaksi. Vestnik TGTU 04, no. 4(0), hal. 787 79. (dalam bahasa Rusia). 3 Khaustov I.A. Proses kontrol degradasi polimer dalam larutan berdasarkan pembebanan fraksional inisiator. Vestnik VGUIT 04, tidak. 4, hal. 86 9 (dalam bahasa Rusia). 4 ityukov V.K., Khaustov I.A., Khvostov A.A. Analisis sistem degradasi termooksidatif polimer dalam larutan sebagai objek kontrol. Vestnik VGUIT 04, tidak. 3 (6), hal. 6 66. (dalam bahasa Rusia). 5 Karmanova O.V. Fiziko-khimicheskie osnovy i aktiviruyushchie komponenty vulknizatsii polidienov Voronezh, 0. (dalam bahasa ussian). 6 Molchanov V.I., Karmanova O.V., Tikhomirov S.G. Pemodelan kinetika vulkanisasi polidiena. Vestnik VGUIT 03, no., hal. 4 45. (dalam bahasa Rusia). 7 Hardis., Jessop J.L.P., Peters F.E., Kessler M.. Karakterisasi kinetika penyembuhan dan pemantauan resin epoksi menggunakan DSC, spektroskopi aman, dan DEA. Komposit, 03, bagian A, vol. 49, hal. 00 08. 8 Javadi M., Moghiman M., eza Erfanian M., Hosseini N. Investigasi Numerik Proses Curing pada Eaction Injection Moulding ubber untuk Peningkatan Kualitas. bahan rekayasa kunci. 0, vol. 46463, hal. 06.98

Buletin VSUET/Prosiding VSUET, 3, 06 INFORMASI TENTANG PENULIS Sergey T. Tikhomirov Profesor, Departemen Sistem Informasi dan Kontrol, Universitas Negeri Voronezh Teknologi Teknik, Revolution Ave., 9, Voronezh, 394036, Rusia, [dilindungi email] Olga V. Karmanova Kepala Departemen, Profesor, Departemen Kimia dan Teknologi Kimia dari Senyawa Organik dan Pemrosesan Polimer, Universitas Negeri Voronezh Teknologi Teknik, Leninsky Prospect, 4, Voronezh, 394000, Rusia, [dilindungi email] Yury V. Pyatakov Associate Professor, Departemen Sistem Informasi dan Kontrol, Universitas Negeri Voronezh Teknologi Teknik, Revolution Ave., 9, Voronezh, 394036, Rusia, [dilindungi email] Alexander A. Maslov Mahasiswa Pascasarjana, Departemen Sistem Informasi dan Kontrol, Universitas Negeri Voronezh Teknologi Teknik, 9 Revolution Avenue, Voronezh, 394036, Rusia, [dilindungi email] INFORMASI TENTANG PENULIS Sergei G. Tikhomirov profesor, departemen sistem informasi dan kontrol, universitas negeri Voronezh teknologi rekayasa, evolusi Av., 9 Voronezh, ussia, [dilindungi email] Olga V. Karmanova profesor, kepala departemen, departemen kimia dan teknologi kimia pemrosesan senyawa organik dan polimer, universitas teknologi teknik negeri Voronezh, Leninsky Av., 4 Voronezh, ussia, [dilindungi email] Yurii V. Pyatakov profesor, departemen sistem informasi dan kontrol, universitas teknologi teknik negeri Voronezh, evolusi Av., 9 Voronezh, ussia, [dilindungi email] Aleksandr A. Maslov mahasiswa pascasarjana, departemen sistem informasi dan kontrol, universitas teknologi teknik negeri Voronezh, evolusi Av., 9 Voronezh, ussia, [dilindungi email] KRITERIA KEKUASAAN Sergei T. Tikhomirov mengusulkan metodologi untuk melakukan percobaan dan mengorganisir tes produksi Alexander A. Maslov meninjau literatur tentang masalah yang diteliti, melakukan percobaan, melakukan perhitungan Olga V. Karmanova konsultasi selama studi Yuri V. Pyatakov menulis naskah, mengoreksinya sebelum diserahkan ke editor dan bertanggung jawab atas plagiarisme KONFLIK KEPENTINGAN Penulis menyatakan tidak ada konflik kepentingan. CONTIUTION Sergei G. Tikhomirov mengusulkan skema percobaan dan mengorganisir uji coba produksi Aleksandr A. Maslov meninjau literatur tentang penyelidikan masalah, melakukan percobaan, melakukan perhitungan Olga V. Karmanova konsultasi selama studi Yurii V. Pyatakov menulis naskah, perbaiki sebelum diajukan dalam penyuntingan dan bertanggung jawab atas plagiarisme KONFLIK KEPENTINGAN Penulis menyatakan tidak ada konflik kepentingan. DITERIMA 7.07.06 DITERIMA 7.7.06 DITERIMA 08.06.06 DITERIMA 8..06 99

Secara teknologi, proses vulkanisasi adalah transformasi karet “mentah” menjadi karet. Sebagai reaksi kimia, ini melibatkan integrasi makromolekul karet linier, yang dengan mudah kehilangan stabilitas ketika terkena pengaruh eksternal, ke dalam jaringan vulkanisasi tunggal. Itu dibuat dalam ruang tiga dimensi karena ikatan kimia silang.

Struktur "tautan silang" semacam itu memberikan karakteristik kekuatan tambahan pada karet. Kekerasan dan elastisitasnya, tahan beku dan panas meningkat dengan penurunan kelarutan dalam zat organik dan pembengkakan.

Jala yang dihasilkan memiliki struktur yang kompleks. Ini tidak hanya mencakup simpul yang menghubungkan pasangan makromolekul, tetapi juga simpul yang menyatukan beberapa molekul pada saat yang sama, serta ikatan kimia silang, yang seolah-olah merupakan "jembatan" antara fragmen linier.

Pembentukan mereka terjadi di bawah aksi agen khusus, molekul yang sebagian bertindak sebagai bahan bangunan, bereaksi secara kimia satu sama lain dan makromolekul karet pada suhu tinggi.

Properti Bahan

Sifat kinerja dari karet vulkanisir yang dihasilkan dan produk yang dibuat darinya sangat bergantung pada jenis reagen yang digunakan. Karakteristik tersebut termasuk ketahanan terhadap paparan lingkungan agresif, laju deformasi selama kompresi atau peningkatan suhu, dan ketahanan terhadap reaksi termal-oksidasi.

Ikatan yang dihasilkan secara ireversibel membatasi mobilitas molekul di bawah aksi mekanis, sambil mempertahankan elastisitas material yang tinggi dengan kemampuan deformasi plastis. Struktur dan jumlah ikatan ini ditentukan oleh metode vulkanisasi karet dan bahan kimia yang digunakan untuk itu.

Prosesnya tidak monoton, dan indikator individu dari campuran vulkanisir dalam perubahannya mencapai minimum dan maksimum pada waktu yang berbeda. Rasio yang paling cocok dari karakteristik fisik dan mekanik dari elastomer yang dihasilkan disebut optimum.

Komposisi yang dapat divulkanisir, selain karet dan bahan kimia, mencakup sejumlah zat tambahan yang berkontribusi pada produksi karet dengan sifat kinerja yang diinginkan. Menurut tujuannya, mereka dibagi menjadi akselerator (aktivator), pengisi, pelembut (plasticizer) dan antioksidan (antioksidan). Akselerator (paling sering adalah seng oksida) memfasilitasi interaksi kimia semua bahan kompon karet, membantu mengurangi konsumsi bahan baku, waktu pemrosesan, dan meningkatkan sifat vulkanisir.

Pengisi seperti kapur, kaolin, karbon hitam meningkatkan kekuatan mekanik, ketahanan aus, ketahanan abrasi dan karakteristik fisik lainnya dari elastomer. Mengisi kembali volume bahan baku, dengan demikian mengurangi konsumsi karet dan menurunkan biaya produk yang dihasilkan. Pelembut ditambahkan untuk meningkatkan kemampuan proses pemrosesan senyawa karet, mengurangi viskositasnya dan meningkatkan volume pengisi.

Juga, plasticizer mampu meningkatkan daya tahan dinamis elastomer, ketahanan terhadap abrasi. Antioksidan yang menstabilkan proses dimasukkan ke dalam komposisi campuran untuk mencegah "penuaan" karet. Berbagai kombinasi zat ini digunakan dalam pengembangan formulasi karet mentah khusus untuk memprediksi dan memperbaiki proses vulkanisasi.

Jenis vulkanisasi:

Karet yang paling umum digunakan (butadiena-stirena, butadiena dan alam) divulkanisir dalam kombinasi dengan belerang dengan memanaskan campuran hingga 140-160°C. Proses ini disebut vulkanisasi belerang. Atom belerang terlibat dalam pembentukan ikatan silang antarmolekul. Saat menambahkan hingga 5% belerang ke dalam campuran dengan karet, vulkanisasi lunak dihasilkan, yang digunakan untuk pembuatan tabung otomotif, ban, tabung karet, bola, dll.

Ketika lebih dari 30% belerang ditambahkan, diperoleh ebonit yang agak keras dan elastis rendah. Sebagai akselerator dalam proses ini, thiuram, captax, dll digunakan, yang kelengkapannya dipastikan dengan penambahan aktivator yang terdiri dari oksida logam, biasanya seng.

Vulkanisasi radiasi juga dimungkinkan. Ini dilakukan dengan cara radiasi pengion, menggunakan aliran elektron yang dipancarkan oleh kobalt radioaktif. Proses bebas belerang ini menghasilkan elastomer dengan ketahanan kimia dan termal tertentu. Untuk produksi karet khusus, peroksida organik, resin sintetis dan senyawa lain ditambahkan di bawah parameter proses yang sama seperti dalam kasus penambahan belerang.

Pada skala industri, komposisi yang dapat divulkanisir, ditempatkan dalam cetakan, dipanaskan pada tekanan tinggi. Untuk melakukan ini, cetakan ditempatkan di antara pelat pemanas dari pers hidrolik. Dalam pembuatan produk non-cetakan, campuran dituangkan ke dalam autoklaf, boiler atau vulkanisir individu. Pemanasan karet untuk vulkanisasi pada peralatan ini dilakukan dengan menggunakan udara, uap, air panas atau arus listrik frekuensi tinggi.

Selama bertahun-tahun, perusahaan teknik otomotif dan pertanian telah menjadi konsumen terbesar produk karet. Tingkat kejenuhan produk mereka dengan produk karet merupakan indikator keandalan dan kenyamanan yang tinggi. Selain itu, bagian yang terbuat dari elastomer sering digunakan dalam produksi instalasi pipa, alas kaki, alat tulis, dan produk anak-anak.

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

1 Mahasiswa pascasarjana, 2 Doktor Ilmu Teknik, Profesor, Kepala Departemen Sistem Informasi Teknologi Kimia, Universitas Teknologi Moskow

PROSES PENCAMPURAN DAN PENYUSUNAN SISTEM ELASTOMER SEBAGAI OBYEK KONTROL DALAM SISTEM KIMIA-TEKNOLOGI

anotasi

Dalam artikel tersebut, dari sudut pandang analisis sistem, kemungkinan menggabungkan proses pencampuran dan penataan menjadi satu sistem kimia-teknologi untuk memperoleh produk dari elastomer dipertimbangkan.

Kata kunci: pencampuran, penataan, sistem, analisis sistem, manajemen, kontrol, sistem kimia-teknologi.

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

1 Mahasiswa pascasarjana, 2 PhD di bidang Teknik, Profesor, Kepala departemen sistem informasi dalam teknologi kimia, Universitas Negeri Moskow

PROSES PENCAMPURAN DAN PENYUSUNAN SEBAGAI OBYEK KONTROL PADA SISTEM TEKNIK KIMIA

Abstrak

Artikel tersebut menjelaskan kemungkinan menggabungkan berdasarkan analisis sistem proses pencampuran dan vulkanisasi dalam sistem rekayasa kimia terpadu dari produk elastomer yang diperoleh.

kata kunci: pencampuran, penataan, sistem, analisis sistem, arah, kontrol, sistem rekayasa kimia.

pengantar

Perkembangan industri kimia tidak mungkin tanpa penciptaan teknologi baru, peningkatan output, pengenalan teknologi baru, penggunaan bahan baku dan semua jenis energi secara ekonomis, dan penciptaan industri rendah limbah.

Proses industri berlangsung dalam sistem kimia-teknologi (CTS) yang kompleks, yang merupakan seperangkat perangkat dan mesin yang digabungkan menjadi satu kompleks produksi untuk produksi produk.

Produksi modern produk dari elastomer (memperoleh bahan komposit elastomer (ECM), atau karet) ditandai dengan adanya sejumlah besar tahapan dan operasi teknologi, yaitu: persiapan karet dan bahan, penimbangan bahan padat dan curah, pencampuran karet dengan bahan-bahan, mencetak campuran karet mentah - produk setengah jadi, dan, pada kenyataannya, proses penataan spasial (vulkanisasi) campuran karet - kosong untuk mendapatkan produk jadi dengan serangkaian sifat yang ditentukan.

Semua proses untuk produksi produk dari elastomer saling berhubungan erat, oleh karena itu, kepatuhan yang tepat dari semua parameter teknologi yang ditetapkan diperlukan untuk mendapatkan produk dengan kualitas yang tepat. Memperoleh produk yang dikondisikan difasilitasi oleh penggunaan berbagai metode untuk memantau kuantitas teknologi utama dalam produksi di laboratorium pabrik pusat (CPL).

Kompleksitas dan sifat multi-tahap dari proses memperoleh produk dari elastomer dan kebutuhan untuk mengontrol indikator teknologi utama menyiratkan mempertimbangkan proses memperoleh produk dari elastomer sebagai sistem kimia-teknologi kompleks yang mencakup semua tahapan dan operasi teknologi, elemen analisis tahapan utama proses, manajemen dan kontrolnya.

Karakteristik umum dari proses pencampuran dan penataan

Penerimaan produk jadi (produk dengan serangkaian sifat tertentu) didahului oleh dua proses teknologi utama dari sistem produksi produk dari elastomer, yaitu: proses pencampuran dan, pada kenyataannya, vulkanisasi campuran karet mentah. Memantau kepatuhan dengan parameter teknologi dari proses ini adalah prosedur wajib yang memastikan penerimaan produk dengan kualitas yang sesuai, intensifikasi produksi, dan pencegahan pernikahan.

Pada tahap awal, ada karet - dasar polimer, dan berbagai bahan. Setelah menimbang karet dan bahan, proses pencampuran dimulai. Proses pencampuran adalah penggilingan bahan, dan direduksi menjadi distribusi yang lebih seragam dalam karet dan dispersi yang lebih baik.

Proses pencampuran dilakukan pada roller atau dalam rubber mixer. Akibatnya, kami mendapatkan produk setengah jadi - senyawa karet mentah - produk antara, yang kemudian mengalami vulkanisasi (penataan). Pada tahap campuran karet mentah, keseragaman pencampuran dikontrol, komposisi campuran diperiksa, dan kemampuan vulkanisasinya dievaluasi.

Keseragaman pencampuran diperiksa dengan indikator plastisitas kompon karet. Sampel diambil dari bagian yang berbeda dari campuran karet, dan indeks plastisitas campuran ditentukan; untuk sampel yang berbeda, harus kira-kira sama. Plastisitas campuran P harus, dalam batas kesalahan, sesuai dengan resep yang ditentukan dalam paspor untuk senyawa karet tertentu.

Kemampuan vulkanisasi campuran diperiksa pada vibrorheometers dari berbagai konfigurasi. Rheometer dalam hal ini adalah objek pemodelan fisik dari proses penataan sistem elastomer.

Sebagai hasil dari vulkanisasi, produk jadi diperoleh (karet, bahan komposit elastomer. Dengan demikian, karet adalah sistem multikomponen yang kompleks (Gbr. 1).

Beras. 1 - Komposisi bahan elastomer

Proses penataan adalah proses kimia untuk mengubah campuran karet plastik mentah menjadi karet elastis karena pembentukan jaringan spasial ikatan kimia, serta proses teknologi untuk mendapatkan artikel, karet, bahan komposit elastomer dengan memperbaiki bentuk yang diperlukan. untuk memastikan fungsi yang diperlukan dari produk.

Membangun model sistem kimia-teknologi
produksi produk dari elastomer

Setiap produksi kimia adalah urutan tiga operasi utama: persiapan bahan baku, transformasi kimia yang sebenarnya, isolasi produk target. Urutan operasi ini diwujudkan dalam satu sistem kimia-teknologi (CTS) yang kompleks. Perusahaan kimia modern terdiri dari sejumlah besar subsistem yang saling berhubungan, di antaranya ada hubungan subordinasi dalam bentuk struktur hierarkis dengan tiga langkah utama (Gbr. 2). Produksi elastomer tidak terkecuali, dan hasilnya adalah produk jadi dengan sifat yang diinginkan.

Beras. 2 - Subsistem dari sistem kimia-teknologi untuk produksi produk dari elastomer

Dasar untuk membangun sistem seperti itu, serta sistem proses produksi kimia-teknologi, adalah pendekatan sistematis. Sudut pandang sistematis pada proses khas yang terpisah dari teknologi kimia memungkinkan pengembangan strategi berbasis ilmiah untuk analisis proses yang komprehensif dan, atas dasar ini, membangun program terperinci untuk sintesis deskripsi matematisnya untuk implementasi lebih lanjut dari program kontrol .

Skema ini adalah contoh sistem kimia-teknologi dengan koneksi serial elemen. Menurut klasifikasi yang diterima, tingkat terkecil adalah proses yang khas.

Dalam hal produksi elastomer, tahapan produksi yang terpisah dianggap sebagai proses seperti itu: proses penimbangan bahan, pemotongan karet, pencampuran pada rol atau dalam pencampur karet, penataan ruang dalam peralatan vulkanisasi.

Level selanjutnya diwakili oleh workshop. Untuk produksi elastomer, dapat direpresentasikan sebagai terdiri dari subsistem untuk memasok dan menyiapkan bahan baku, blok untuk mencampur dan memperoleh produk setengah jadi, serta blok akhir untuk penataan dan mendeteksi cacat.

Tugas produksi utama untuk memastikan tingkat kualitas yang diperlukan dari produk akhir, intensifikasi proses teknologi, analisis dan kontrol proses pencampuran dan penataan, pencegahan pernikahan, dilakukan tepat pada tingkat ini.

Pemilihan parameter utama untuk kontrol dan pengelolaan proses teknologi pencampuran dan penataan

Dalam proses produksi produk dari elastomer, parameter yang dikontrol adalah: suhu Tc selama pencampuran dan vulkanisasi Tb, tekanan P selama pengepresan, waktu pemrosesan campuran pada roller, serta waktu vulkanisasi (optimum) opt..

Suhu produk setengah jadi pada rol diukur dengan termokopel jarum atau termokopel dengan instrumen yang dapat merekam sendiri. Ada juga sensor suhu. Biasanya dikontrol dengan mengubah aliran air pendingin untuk rol dengan menyesuaikan katup. Dalam produksi, regulator aliran air pendingin digunakan.

Tekanan dikontrol dengan menggunakan pompa oli dengan sensor tekanan dan regulator yang sesuai terpasang.

Penetapan parameter untuk pembuatan campuran dilakukan oleh roller sesuai dengan diagram kontrol, yang berisi nilai yang diperlukan dari parameter proses.

Kontrol kualitas produk setengah jadi (campuran mentah) dilakukan oleh spesialis laboratorium pabrik pusat (CPL) pabrikan sesuai dengan paspor campuran. Pada saat yang sama, elemen utama untuk memantau kualitas pencampuran dan mengevaluasi kemampuan vulkanisasi campuran karet adalah data vibrorheometry, serta analisis kurva rheometrik, yang merupakan representasi grafis dari proses, dan dianggap sebagai elemen kontrol dan penyesuaian proses penataan sistem elastomer.

Prosedur untuk mengevaluasi karakteristik vulkanisasi dilakukan oleh teknolog sesuai dengan paspor campuran dan database uji reometri karet dan karet.

Kontrol untuk mendapatkan produk yang dikondisikan - tahap akhir - dilakukan oleh spesialis departemen untuk kontrol kualitas teknis produk jadi sesuai dengan data pengujian pada sifat teknis produk.

Saat mengontrol kualitas kompon karet dari satu komposisi tertentu, ada rentang nilai tertentu dari indikator properti, tergantung pada produk yang diperoleh dengan properti yang diperlukan.

Temuan:

Penggunaan pendekatan sistematis dalam analisis proses produksi produk dari elastomer memungkinkan untuk melacak sepenuhnya parameter yang bertanggung jawab atas kualitas proses penataan.
Tugas utama untuk memastikan indikator yang diperlukan dari proses teknologi ditetapkan dan diselesaikan di tingkat bengkel.

literatur

Teori sistem dan analisis sistem dalam manajemen organisasi: TZZ Handbook: Proc. tunjangan / Ed. V.N. Volkova dan A.A. Emelyanov. - M.: Keuangan dan statistik, 2006. - 848 hal.: sakit. ISBN 5-279-02933-5
Kholodnov V.A., Hartmann K., Chepikova V.N., Andreeva V.P. Analisis sistem dan pengambilan keputusan. Teknologi komputer untuk memodelkan sistem teknologi kimia dengan daur ulang material dan termal. [Teks]: buku teks./ V.A. Kholodnov, K.Hartmann. St. Petersburg: SPbGTI (TU), 2006.-160 hal.
Agayants I.M., Kuznetsov A.S., Ovsyannikov N.Ya. Modifikasi sumbu koordinat dalam interpretasi kuantitatif kurva reometrik - M.: Teknologi kimia halus 2015. V.10 No. 2, p64-70.
Novakov I.A., Wolfson S.I., Novopolseva O.M., Krakshin M.A. Sifat reologi dan vulkanisasi komposisi elastomer. - M.: ICC "Akademkniga", 2008. - 332 hal.
Kuznetsov A.S., Kornyushko V.F., Agayants I.M. \Rheogram sebagai alat kontrol proses untuk penataan sistem elastomer \ M:. NXT-2015 hal.143.
Kashkinova Yu.V. Interpretasi kuantitatif dari kurva kinetik dari proses vulkanisasi dalam sistem pengorganisasian tempat kerja seorang teknolog - pekerja karet: Abstrak tesis. dis. ... cand. teknologi Ilmu. - Moskow, 2005. - 24 hal.
Chernyshov V.N. Teori sistem dan analisis sistem: buku teks. tunjangan / V.N. Chernyshov, A.V. Chernyshov. - Tambov: Rumah Penerbitan Tambov. negara teknologi un-ta., 2008. - 96 hal.

Referensi

Teoriya sistem i sistemnyj analiz v upravlenii organizaciyami: TZZ Spravochnik: Ucheb. posobie / Pod merah. V.N. Volkovoj dan A.A. Emel'yanova. - M.: Finansy i statistika, 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 bahan sistem'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 No.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 instrumen upravleniya tekhnologicheskim processom strukturirovaniya ehlastomernyh sistem \ M:. NHT-2015 s.143.
Kashkinova YU.V. Kolichestvennaya interpretaciya kineticheskih krivyh processa vulkanizacii v sistem organisasi rabochego mesta tekhnologa – rezinshchika: avtoref. dis. ... cand. teknologi sains. - Moskow, 2005. - 24 detik.
Chernyshov V.N. Teoriya sistem i sistemnyj analiz: ucheb. posobie / V.N. Chernyshov, A.V. Chernyshov. – Tambov: Izd-vo Tamb. pergi. teknologi un-ta., 2008. - 96 s.

Interaksi kimia antara karet dan bahan vulkanisir ditentukan oleh aktivitas kimia karet, yaitu. tingkat ketidakjenuhan rantainya, keberadaan gugus fungsi.

Aktivitas kimia karet tak jenuh disebabkan oleh adanya ikatan rangkap pada rantai utama dan peningkatan mobilitas atom hidrogen pada gugus a-metilen yang berdekatan dengan ikatan rangkap. Oleh karena itu, karet tak jenuh dapat divulkanisir dengan semua senyawa yang berinteraksi dengan ikatan rangkap dan gugus tetangganya.

Karet yang memiliki gugus fungsi dapat divulkanisir pada gugus tersebut dengan zat pengikat silang yang berinteraksi dengan gugus fungsi.

Keteraturan utama dari proses vulkanisasi. Terlepas dari jenis karet dan sistem vulkanisasi yang digunakan, beberapa karakteristik perubahan sifat material terjadi selama proses vulkanisasi:

· Secara dramatis mengurangi plastisitas campuran karet, ada kekuatan dan elastisitas vulkanisat. Dengan demikian, kekuatan kompon karet mentah berdasarkan NC tidak melebihi 1,5 MPa, dan kekuatan bahan yang divulkanisir tidak kurang dari 25 MPa.

· Aktivitas kimia karet berkurang secara signifikan: pada karet tak jenuh, jumlah ikatan rangkap berkurang, pada karet jenuh dan karet dengan gugus fungsi, jumlah pusat aktif. Hal ini meningkatkan ketahanan vulkanisasi terhadap oksidatif dan pengaruh agresif lainnya.

· Ketahanan bahan vulkanisir terhadap aksi suhu rendah dan tinggi meningkat. Jadi, NC mengeras pada 0ºС dan menjadi lengket pada +100ºС, sedangkan vulkanisat mempertahankan kekuatan dan elastisitas pada kisaran suhu dari -20 hingga +100ºС.

Proses vulkanisasi juga dicirikan oleh beberapa pola umum perubahan sifat yang bergantung pada waktu vulkanisasi pada suhu konstan.

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

di mana DM adalah perbedaan torsi (DM=M maks - M min).

Waktu t 90 adalah vulkanisasi optimum, yang nilainya tergantung pada aktivitas sistem vulkanisasi. Kemiringan kurva pada periode utama mencirikan laju vulkanisasi.

Portal untuk siswa. Latihan mandiri

Properti Bahan

Jenis vulkanisasi:

ARTIKEL TERKAIT