Analiza de sistem a procesului de vulcanizare. Metoda de control al procesului de vulcanizare

Principalele metode de vulcanizare a cauciucurilor. Pentru realizarea procesului chimic principal al tehnologiei cauciucului - vulcanizare - se folosesc agenți de vulcanizare. Chimia procesului de vulcanizare constă în formarea unei rețele spațiale, incluzând macromolecule de cauciuc liniare sau ramificate și legături încrucișate. Din punct de vedere tehnologic, vulcanizarea constă în prelucrarea compusului de cauciuc la temperaturi de la normal la 220 ° C sub presiune și mai rar fără acesta.

În cele mai multe cazuri, vulcanizarea industrială se realizează cu sisteme de vulcanizare care includ un agent de vulcanizare, acceleratori și activatori de vulcanizare și contribuie la un flux mai eficient al proceselor de formare a rețelelor spațiale.

Interacțiunea chimică dintre cauciuc și agentul de vulcanizare este determinată de activitatea chimică a cauciucului, adică. gradul de nesaturare a lanțurilor sale, prezența grupărilor funcționale.

Activitatea chimică a cauciucurilor nesaturate se datorează prezenței legăturilor duble în lanțul principal și mobilității crescute a atomilor de hidrogen din grupările -metilen adiacente dublei legături. Prin urmare, cauciucurile nesaturate pot fi vulcanizate cu toți compușii care interacționează cu dubla legătură și cu grupările învecinate.

Principalul agent de vulcanizare pentru cauciucurile nesaturate este sulful, care este de obicei folosit ca sistem de vulcanizare împreună cu acceleratorii și activatorii acestora. Pe lângă sulf, pot fi utilizați peroxizi organici și anorganici, rășini alchilfenol-formaldehidă (AFFS), compuși diazoici și compuși polihaloizi.

Activitatea chimică a cauciucurilor saturate este semnificativ mai mică decât activitatea celor nesaturate, prin urmare, pentru vulcanizare trebuie utilizate substanțe foarte reactive, cum ar fi diverși peroxizi.

Vulcanizarea cauciucurilor nesaturate și saturate poate fi efectuată nu numai în prezența agenților de vulcanizare chimici, ci și sub influența influențelor fizice care inițiază transformări chimice. Acestea sunt radiațiile de înaltă energie (vulcanizarea cu radiații), radiațiile ultraviolete (fotovulcanizarea), expunerea prelungită la temperaturi ridicate (vulcanizarea termică), undele de șoc și alte câteva surse.

Cauciucurile având grupări funcționale pot fi vulcanizate la acele grupări cu agenți de reticulare care interacționează cu grupările funcționale.

Principalele regularități ale procesului de vulcanizare. Indiferent de tipul de cauciuc și de sistemul de vulcanizare utilizat, în timpul procesului de vulcanizare apar unele modificări caracteristice ale proprietăților materialului:

Plasticitatea compusului de cauciuc scade brusc, apare rezistența și elasticitatea vulcanizatelor. Astfel, rezistența unui compus de cauciuc brut pe bază de NC nu depășește 1,5 MPa, iar rezistența unui material vulcanizat nu este mai mică de 25 MPa.

Activitatea chimică a cauciucului este redusă semnificativ: în cauciucurile nesaturate, numărul de legături duble scade, în cauciucurile saturate și cauciucurile cu grupe funcționale, numărul de centri activi. Aceasta crește rezistența vulcanizatului la influențe oxidative și alte agresive.

Creste rezistenta materialului vulcanizat la actiunea temperaturilor scazute si ridicate. Astfel, NC se întărește la 0ºС și devine lipicios la +100ºС, în timp ce vulcanizatul își păstrează rezistența și elasticitatea în intervalul de temperatură de la -20 la +100ºС.

Acest caracter al modificării proprietăților materialului în timpul vulcanizării indică fără ambiguitate apariția proceselor de structurare, care se termină cu formarea unei grile spațiale tridimensionale. Pentru ca vulcanatul să-și păstreze elasticitatea, legăturile încrucișate trebuie să fie suficient de rare. De exemplu, în cazul NC, flexibilitatea termodinamică a lanțului este reținută dacă apare o legătură încrucișată la 600 de atomi de carbon ai lanțului principal.

Procesul de vulcanizare se caracterizează și prin unele modele generale de modificări ale proprietăților în funcție de timpul de vulcanizare la o temperatură constantă.

Deoarece proprietățile de vâscozitate ale amestecurilor se modifică cel mai semnificativ, vâscozimetrele cu rotație de forfecare, în special reometrele Monsanto, sunt folosite pentru a studia cinetica de vulcanizare. Aceste dispozitive fac posibilă studierea procesului de vulcanizare la temperaturi de la 100 la 200ºС timp de 12 - 360 de minute cu diferite forțe de forfecare. Înregistratorul dispozitivului scrie dependența cuplului de timpul de vulcanizare la o temperatură constantă, adică curba cinetică de vulcanizare, care are o formă de S și mai multe secțiuni corespunzătoare etapelor procesului (Fig. 3).

Prima etapă de vulcanizare se numește o perioadă de inducție, o etapă de ardere sau o etapă de pre-vulcanizare. În această etapă, amestecul de cauciuc trebuie să rămână fluid și să umple bine întreaga matriță, prin urmare proprietățile sale sunt caracterizate printr-un moment de forfecare minim M min (vâscozitate minimă) și un timp t s în care momentul forfecare crește cu 2 unități față de cel minim. .

Durata perioadei de inducție depinde de activitatea sistemului de vulcanizare. Alegerea unui sistem de vulcanizare cu una sau alta valoare de t s este determinată de masa produsului. În timpul vulcanizării, materialul este mai întâi încălzit la temperatura de vulcanizare și, datorită conductivității termice scăzute a cauciucului, timpul de încălzire este proporțional cu masa produsului. Din acest motiv, sistemele de vulcanizare care asigură o perioadă de inducție suficient de lungă trebuie selectate pentru vulcanizarea produselor cu masă mare și invers pentru produsele cu masă mică.

A doua etapă se numește perioada principală de vulcanizare. La sfârșitul perioadei de inducție, particulele active se acumulează în masa compusului de cauciuc, determinând o structurare rapidă și, în consecință, o creștere a cuplului până la o anumită valoare maximă M max. Totuși, finalizarea celei de-a doua etape nu este timpul pentru a ajunge la M max, ci timpul t 90 corespunzător lui M 90 . Acest moment este determinat de formula

M 90 \u003d 0,9 M + M min,

unde M – diferența de cuplu (M=M max – M min).

Timpul t 90 este vulcanizarea optimă, a cărei valoare depinde de activitatea sistemului de vulcanizare. Panta curbei în perioada principală caracterizează rata de vulcanizare.

A treia etapă a procesului se numește etapa de supravulcanizare, care în majoritatea cazurilor corespunde unei secțiuni orizontale cu proprietăți constante pe curba cinetică. Această zonă se numește platou de vulcanizare. Cu cât platoul este mai larg, cu atât amestecul este mai rezistent la supravulcanizare.

Lățimea platoului și cursul ulterior al curbei depind în principal de natura chimică a cauciucului. În cazul cauciucurilor liniare nesaturate, precum NK și SKI-3, platoul nu este larg și atunci apare deteriorarea, adică. panta curbei (Fig. 3, curba A). Procesul de deteriorare a proprietăților în stadiul de supravulcanizare se numește revenire. Motivul inversării este distrugerea nu numai a lanțurilor principale, ci și a legăturilor încrucișate formate sub acțiunea temperaturii ridicate.

În cazul cauciucurilor saturate și a cauciucurilor nesaturate cu o structură ramificată (o cantitate semnificativă de legături duble în unitățile laterale de 1,2), proprietățile se schimbă nesemnificativ în zona de supravulcanizare și, în unele cazuri, chiar se îmbunătățesc (Fig. 3, curbe bși în), deoarece oxidarea termică a dublelor legături ale legăturilor laterale este însoțită de structurare suplimentară.

Comportamentul compușilor de cauciuc în stadiul de supravulcanizare este important în producția de produse masive, în special anvelopele de automobile, deoarece, din cauza reversiunii, poate apărea supravulcanizarea straturilor exterioare în timp ce subvulcanizarea celor interioare. În acest caz, sunt necesare sisteme de vulcanizare care să asigure o perioadă lungă de inducție pentru încălzirea uniformă a anvelopei, o viteză mare în perioada principală și un platou larg de vulcanizare în timpul etapei de revulcanizare.

3.2. Sisteme de vulcanizare a sulfului pentru cauciucuri nesaturate

Proprietățile sulfului ca agent de vulcanizare. Procesul de vulcanizare a cauciucului natural cu sulf a fost descoperit în 1839 de C. Goodyear și independent în 1843 de G. Gencock.

Pentru vulcanizare se folosește sulf natural măcinat. Sulful elementar are mai multe modificări cristaline, dintre care doar modificarea α este parțial solubilă în cauciuc. Este această modificare, care are un punct de topire de 112,7 ºС și este utilizată în vulcanizare. Moleculele formei  sunt un ciclu cu opt membri S 8 cu o energie medie de activare a rupturii inelului E act = 247 kJ/mol.

Aceasta este o energie destul de mare, iar scindarea inelului de sulf are loc numai la o temperatură de 143ºС și peste. La temperaturi sub 150ºС, are loc descompunerea heterolitică sau ionică a inelului de sulf cu formarea biionului de sulf corespunzător, iar la 150ºС și mai sus, descompunerea homolitică (radicală) a inelului S cu formarea de diradicali de sulf:

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

t150ºС S 8 →Sֹ–S 6 –Sֹ→S 8 ֹֹ.

Biradicalele S 8 ·· se despart cu ușurință în fragmente mai mici: S 8 ֹֹ→S х ֹֹ + S 8-х ֹֹ.

Biionii și biradicalii de sulf rezultați interacționează apoi cu macromoleculele de cauciuc fie la legătura dublă, fie la locul atomului de carbon α-metilen.

Inelul de sulf se poate descompune și la temperaturi sub 143ºС dacă există particule active (cationi, anioni, radicali liberi) în sistem. Activarea are loc conform schemei:

S 8 + A + → A - S - S 6 - S +

S 8 + B – → B – S – S 6 –

S 8 + Rֹ → R - S - S 6 - Sֹ.

Astfel de particule active sunt prezente în compusul de cauciuc atunci când sunt utilizate sisteme de vulcanizare cu acceleratori de vulcanizare și activatori ai acestora.

Pentru a transforma cauciucul din plastic moale în cauciuc dur elastic, o cantitate mică de sulf este suficientă - 0,10,15% în greutate. Cu toate acestea, dozele reale de sulf variază de la 12,5 la 35 în greutate. la 100 ht. cauciuc.

Sulful are o solubilitate limitată în cauciuc, astfel încât doza de sulf depinde de forma în care este distribuit în compusul de cauciuc. La doze reale, sulful este sub formă de picături topite, de pe suprafața cărora moleculele de sulf difuzează în masa de cauciuc.

Prepararea amestecului de cauciuc se efectuează la o temperatură ridicată (100-140ºС), ceea ce crește solubilitatea sulfului în cauciuc. Prin urmare, atunci când amestecul este răcit, în special în cazul dozărilor sale mari, sulful liber începe să difuzeze pe suprafața amestecului de cauciuc cu formarea unei pelicule subțiri sau a unui strat de sulf. Acest proces în tehnologie se numește decolorare sau transpirație. Eflorescența reduce rareori gradul de aderență al preformelor, astfel încât preformele sunt tratate cu benzină pentru a împrospăta suprafața înainte de asamblare. Acest lucru înrăutățește condițiile de lucru ale montatorilor și crește riscul de incendiu și explozie al producției.

Problema decolorării este deosebit de acută în producția de anvelope din cablu de oțel. În acest caz, pentru a crește rezistența legăturii dintre metal și cauciuc, doza de S este crescută la 5 greutate. Pentru a evita decolorarea în astfel de formulări, ar trebui utilizată o modificare specială - așa-numitul sulf polimeric. Aceasta este forma , care se formează prin încălzirea formei  la 170ºС. La această temperatură, are loc o creștere bruscă a vâscozității topiturii și se formează sulf polimeric S n, unde n este peste 1000. În practica mondială, sunt utilizate diferite modificări ale sulfului polimeric, cunoscut sub numele de marcă „cristex”.

Teorii ale vulcanizării sulfului. Au fost prezentate teorii chimice și fizice pentru a explica procesul de vulcanizare a sulfului. În 1902, Weber a prezentat prima teorie chimică a vulcanizării, ale cărei elemente au supraviețuit până în zilele noastre. Extragând produsul interacțiunii NK cu sulful, Weber a descoperit că o parte din sulful introdus nu este extrasă. Această parte a fost numită de el legată, iar cea separată - sulf liber. Suma cantității de sulf legat și liber a fost egală cu cantitatea totală de sulf introdusă în cauciuc: S total =S liber +S legătură. Weber a introdus, de asemenea, conceptul de coeficient de vulcanizare ca raport dintre sulful legat și cantitatea de cauciuc din compoziția compusului de cauciuc (A): K vulk \u003d S bond / A.

Weber a reușit să izoleze polisulfura (C 5 H 8 S) n ca produs al adaosului intramolecular de sulf la legăturile duble ale unităților de izopren. Prin urmare, teoria lui Weber nu a putut explica creșterea rezistenței ca urmare a vulcanizării.

În 1910, Oswald a prezentat o teorie fizică a vulcanizării, care a explicat efectul vulcanizării prin interacțiunea de adsorbție fizică dintre cauciuc și sulf. Conform acestei teorii, în amestecul de cauciuc se formează complecși cauciuc-sulf, care interacționează între ele și datorită forțelor de adsorbție, ceea ce duce la creșterea rezistenței materialului. Cu toate acestea, sulful legat de adsorbție ar trebui să fie complet extras din vulcanizat, ceea ce nu a fost observat în condiții reale, iar teoria chimică a vulcanizării a început să prevaleze în toate studiile ulterioare.

Principalele dovezi ale teoriei chimice (teoria podului) sunt următoarele afirmații:

Numai cauciucurile nesaturate sunt vulcanizate cu sulf;

Sulful interacționează cu moleculele de cauciuc nesaturate pentru a forma legături încrucișate covalente (punți) de diferite tipuri, de ex. cu formarea de sulf legat, a cărui cantitate este proporțională cu nesaturarea cauciucului;

Procesul de vulcanizare este insotit de un efect termic proportional cu cantitatea de sulf adaugat;

Vulcanizarea are un coeficient de temperatură de aproximativ 2, adică apropiat de coeficientul de temperatură al unei reacții chimice în general.

Creșterea rezistenței ca urmare a vulcanizării sulfului are loc datorită structurării sistemului, în urma căreia se formează o grilă spațială tridimensională. Sistemele existente de vulcanizare cu sulf fac posibilă sintetizarea direcțională a practic orice tip de reticulare, modificarea ratei de vulcanizare și a structurii finale a vulcanizatului. Prin urmare, sulful este încă cel mai popular agent de reticulare pentru cauciucurile nesaturate.

Serghei G. Tikhomirov, Olga V. Karmanova, Yurii V. Pyatakov, Alexander A. Maslov Introduceți aici titlul articolului Serghei G. Tikhomirov, Olga V. Karmanova, Yurii V. Pyatakov, Aleksandr A. Maslov în Buletinul englez al 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 Pachet software pentru rezolvarea problemelor procesului de modelare matematică a vulcanizării izoterme Sergey G. Tikhomirov, Olga V. Karmanova, Yuri V. Pyatakov, Alexander A. Maslov [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] Departamentul de Sisteme Informaționale și de Control, Voronezh. stat un-t. ing. techn., Revolutsii Ave., 9, Voronezh, Rusia Departamentul de chimie și tehnologie chimică a compușilor organici și procesării polimerilor, Voronezh. stat un-t. ing. tech., Leninsky Ave., 4, Voronezh, Rusia Rezumat. Pe baza regularităților generale ale vulcanizării cu sulf a cauciucurilor diene, sunt luate în considerare principiile implementării eficiente a procesului folosind sisteme de structurare multicomponentă. Se remarcă faptul că descrierea mecanismului de acțiune al sistemelor complexe de reticulare este complicată de varietatea interacțiunilor componentelor și de influența fiecăreia dintre ele asupra cineticii de vulcanizare, ceea ce duce la diverse rețete și complicații tehnologice ale realului. tehnologie și afectează calitatea și indicatorii tehnici și economici ai producției de produse din cauciuc. Analiza de sistem a procesului de vulcanizare izotermă a fost realizată pe baza unor abordări teoretice binecunoscute și a inclus integrarea diferitelor metode și tehnici de cercetare într-un singur set de metode interconectate. În cursul analizei cineticii vulcanizării, s-a constatat că parametrii formării unei rețele spațiale de vulcanizate depind de mulți factori, a căror evaluare necesită un suport matematic și algoritmic special. Ca urmare a stratificării obiectului studiat, au fost identificate principalele subsisteme. A fost dezvoltat un pachet software pentru rezolvarea problemelor cinetice directe și inverse ale procesului de vulcanizare izotermă. Suportul informativ „Vulcanizarea izotermă” a fost dezvoltat sub formă de programe de aplicație pentru modelarea matematică a procesului de vulcanizare izotermă și are ca scop rezolvarea problemelor cinetice directe și inverse. La rezolvarea problemei rafinării schemei generale a transformărilor chimice, a fost utilizat un mecanism universal, inclusiv reacții chimice secundare. Produsul software include algoritmi numerici pentru rezolvarea unui sistem de ecuații diferențiale. Pentru rezolvarea problemei cinetice inverse se folosesc algoritmi de minimizare a functionalului, in prezenta restrictiilor asupra parametrilor doriti. Pentru a descrie funcționarea acestui produs, este furnizată o diagramă bloc logică a programului. Este dat un exemplu de rezolvare a problemei cinetice inverse cu ajutorul unui program. Suportul informatic dezvoltat este implementat în limbajul de programare C++. Pentru determinarea concentrației inițiale a agentului de vulcanizare propriu-zis s-a folosit o dependență universală, care permite utilizarea unui model cu proprietăți diferite ale sistemelor de structurare multicomponente Cuvinte cheie: vulcanizare izotermă, modelare matematică, schema cinetică a vulcanizării, suport informațional Pachetul software pentru rezolvarea problemelor de vulcanizare. modelarea matematică a procesului de întărire izotermă . Tikhomirov, Olga V. Karmanova, Yuri V. Pyatakov, Alexander A. Maslov [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] Departamentul de sisteme de informare și control, Universitatea de Stat de Tehnologii de Inginerie Voronezh, Av. evoluție, 9 Voronezh, Departamentul de chimie și tehnologia chimică a compușilor organici și a polimerilor din Voronezh, Universitatea de Stat de Tehnologii de Inginerie Voronezh, Av. Leninsky, 4 Voronezh, ussia Rezumat. Pe baza legilor generale ale cauciucurilor diene cu vulcanizare cu sulf au fost discutate principiile reticularii eficiente folosind agenți multicomponenti. Se observă că descrierea mecanismului de acțiune al sistemelor complexe de reticulare sunt complicate de diversitatea interacțiunilor componentelor și de influența fiecăreia dintre ele asupra cineticii de întărire, ducând la o varietate de complicații tehnologice ale tehnologiei reale și afectează calitatea și indicatorii tehnici și economici ai producției de produse din cauciuc. Pe baza abordărilor teoretice cunoscute sa realizat analiza de sistem a procesului de întărire izotermă. Acesta a inclus integrarea diferitelor tehnici și metode într-un singur set de. În timpul analizei cineticii vulcanizării s-a constatat că formarea parametrilor rețelei spațiale vulcanizate depind de mulți factori, pentru a se aprecia care necesită un suport matematic și algoritmic special. Ca urmare a stratificării obiectului au fost identificate următoarele subsisteme majore. A fost dezvoltat un pachet software pentru rezolvarea problemelor cinetice directe și inverse a procesului de întărire izotermă. Suport informațional Vulcanizarea izotermă este un set de aplicații de modelare matematică a întăririi izoterme. Este destinat problemelor cinetice directe și inverse. La rezolvarea problemei clarificării schemei generale a transformărilor chimice utilizate mecanism universal, inclusiv reacții chimice secundare. Pentru rezolvarea problemei cinetice inverse a fost utilizat algoritmul de minimizare funcțională cu constrângeri asupra parametrilor necunoscuți. Afișează o diagramă a programului. A fost introdus un exemplu de rezolvare a problemei cinetice inverse cu programul. Dataware a fost implementat în limbajul de programare C++. S-a aplicat dependența universală pentru determinarea concentrației inițiale a agentului de întărire. Acesta permite utilizarea unui model cu proprietăți diferite ale sistemelor de întărire multicomponente. decizii informate. Cuvinte cheie: întărire izotermă, modelare matematică, schema cineticii de întărire, software informațional Pentru citare Tikhomirov S.G., Karmanova O. V., Pyatakov Yu.V., Maslov A.A. Complex software pentru rezolvarea problemelor de modelare matematică a procesului de vulcanizare izotermă.Vestnik VGUIT. 06. 3. С 93 99. doi:0.094/30-0-06-3-93-99 Pentru citare Tihomirov S.G., Karmanova O.V., Pyatakov Yu.V., Maslov A.A Pachetul software pentru rezolvarea problemelor de modelare matematică a izotermei proces de întărire. Vestnik VSUET. 06. nr 3 p. 93 99 (în us.). doi:0.094/30-0-06-3-93-99 93

Vestnik VGUIT/Proceedings of VSUET, 3, 06 94 Introducere Până în prezent, s-au stabilit regularitățile generale ale vulcanizării cu sulf a cauciucurilor diene, pe baza existenței agenților de vulcanizare a elastomerului reali (DAV) în compoziții. Cu toate acestea, principiile implementării eficiente a procesului cu utilizarea sistemelor de structurare multicomponentă nu au fost suficient studiate. Descrierea mecanismului de acțiune a acestora este complicată de varietatea interacțiunilor componentelor și de influența fiecăruia dintre ele asupra cineticii de vulcanizare. Acest lucru duce la diverse prescripții și complicații tehnologice ale tehnologiei reale și afectează calitatea și indicatorii tehnici și economici ai producției de produse din cauciuc. O analiză a cineticii vulcanizării a arătat că abordările existente ale descrierii acesteia se bazează pe reacțiile chimice ale macromoleculelor cu agenți de vulcanizare, iar parametrii pentru formarea unei rețele spațiale de vulcanizatoare depind de mulți factori, a căror influență poate doar să fie evaluat folosind un software special matematic și algoritmic. Pentru a îmbunătăți eficiența studiului, pentru a identifica cauzele care duc la producerea de produse care nu îndeplinesc cerințele de reglementare, pentru a prezice cursul procesului, este necesar să se creeze un software special (SW). Scopul acestei lucrări este de a dezvolta un pachet software pentru rezolvarea problemelor cinetice directe și inverse ale procesului de vulcanizare izotermă. Analiza de sistem a procesului de vulcanizare O analiză a abordărilor teoretice cunoscute pentru descrierea vulcanizării, precum și a altor procese din industria chimică [4] și aspectele implementării lor practice, ținând cont de caracteristicile etapelor individuale, a făcut posibilă identifica proprietățile comune ale sistemului și modelele de bază ale proceselor și determina direcția cercetării pentru obținerea de noi informații privind optimizarea modurilor de vulcanizare și proprietățile produselor finite. Analiza sistemului include integrarea diferitelor metode și tehnici de cercetare (matematice, euristice) dezvoltate în cadrul diferitelor domenii științifice într-un singur set de metode interconectate. Analiza multivariată a procesului a permis dezvoltarea structurii de ansamblu a studiului (figura). Obiectul de studiu este slab structurat, întrucât conține atât elemente calitative (elastomeri, umpluturi, condiții de proces) cât și puțin studiate (sisteme de structurare multicomponentă, perturbații necontrolate), care tind să domine. Compoziția structurii generale include elemente care trebuie fundamentate teoretic (model cinetic, procese de transfer de căldură și masă, optimizarea modurilor, procese de prelucrare). Astfel, pentru a evalua soluțiile, este necesar să se determine toate relațiile existente și să se stabilească influența acestora, ținând cont de interacțiuni, asupra comportamentului întregului sistem în ansamblu. O analiză a structurii generale a arătat că proprietățile mecanice ale vulcanizatelor sunt determinate de reacțiile chimice ale macromoleculelor cu agenți de vulcanizare, iar pentru a evalua parametrii rețelei spațiale de vulcanizate, este necesar să se dezvolte un suport matematic și algoritmic special. Ca urmare a stratificării obiectului studiat, au fost identificate următoarele subsisteme principale:) analiza și contabilizarea fenomenelor de fluctuație termică care accelerează cursul reacțiilor chimice;) modelul cinetic de vulcanizare; 3) optimizarea modurilor de vulcanizare, oferind proprietățile mecanice necesare. Modelarea matematică a procesului de vulcanizare izotermă Obținerea de informații fiabile despre procesele de reticulare a elastomerilor prin sisteme de structurare complexe este strâns legată de problemele de proiectare, optimizare și control al modurilor de vulcanizare în industrie. Se știe că una dintre modalitățile tradiționale de descriere a cineticii formale a vulcanizării este utilizarea de funcții definite în bucăți pentru etapele individuale ale procesului: perioada de inducție, structurare și inversare. Descrierea procesului în ansamblu și calculul constantelor cinetice se fac în prezent doar pentru anumite tipuri de cauciucuri și sisteme de vulcanizare. Principalele concluzii despre cinetica procesului se bazează pe sisteme model cu analogi cu greutate moleculară mică ai elastomerilor. În același timp, nu este întotdeauna posibilă extinderea datelor cantitative obținute la procesele de producție.

Vestnik VSUET/Proceedings of VSUET, 3, 06 Figura. Schema studiului procesului de vulcanizare a elastomerilor Figura. Schema studiului procesului de vulcanizare a elastomerilor Evaluarea proprietăților fizice și mecanice ale cauciucurilor industriale, conform datelor obținute la întreprindere, este, desigur, o metodă progresivă în rezolvarea problemei modelării procesului de vulcanizare, dar necesită o strictă unitate internă a abordării fizico-chimice în fiecare etapă a studiului și dezvoltării algoritmilor și programelor de calcul. La această întrebare se poate răspunde doar executând cu atenție experimente conform unui plan corespunzător modelului cinetic propus și prin calcularea mai multor versiuni alternative ale modelului. Acest lucru necesită o metodă independentă pentru a stabili numărul de mecanisme de reacție formale responsabile de structurarea compoziției elastomerului. Metodele tradiționale de analiză a proceselor din domeniul timp nu fac posibilă separarea clară a proceselor cu interacțiune sinergică, ceea ce, la rândul său, nu permite utilizarea acestora pentru analiza cauciucurilor industriale. Când se rezolvă problema rafinării schemei generale a transformărilor chimice, este oportun să se procedeze de la un mecanism maxim într-un anumit sens. Prin urmare, schema cinetică include reacții suplimentare care descriu formarea și distrugerea legăturilor polisulfurice labile (laborator Vu), ciclizarea intramoleculară și alte reacții care conduc la modificarea macromoleculelor, formarea unui macroradical și reacția acestuia cu suspensiile DAW. Sistemul de ecuații diferențiale (DE) pe etape ale procesului va avea următoarea formă: 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 Condiții inițiale: 0 0 CA S8 AC Akt C ; C00; C00; * VuSt C00; C00; VuLab C C 0 C 0, * C 0 0; CO 4,95; unde ς, θ, η, coeficienți, concentrația inițială de sulf, concentrația inițială de accelerator, θ concentrația inițială de activator (oxid de zinc), [C (0)] η concentrația inițială de macroradicali. Aici A este agentul de vulcanizare real; în precursorul de reticulare; B* forma sa activă; C sulf legat intramolecular; VuSt, VuLab noduri stabile și labile ale plasei de vulcanizare; cauciuc; * macroradical cauciuc ca urmare a descompunerii prin fluctuație termică; coeficienții stoichiometrici α, β, γ și δ, k, k, k 8, k 9 (k 8) constantele vitezei de reacție legate de etapele respective ale procesului. Problema directă a cineticii (DKK) este problema găsirii concentrației nodurilor de vulcanizare în funcție de timp. Soluția PZK este redusă la soluția sistemului DE () în condiții inițiale date. Curba cinetică a procesului de vulcanizare este determinată de mărimea cuplului Mt. Problema inversă a cineticii (IKK) este problema identificării constantelor vitezei de reacție, a coeficienților stoichiometrici și a variabilelor din sistem (). Rezolvarea OZK se realizează prin minimizarea funcționale: k, t 8 8 M t M M M С min / max min Vu (), (3) M max, M min, respectiv valorile maxime și minime ale coeficientului. Mt, scara Descrierea software-ului Software-ul „Vulcanizare izotermă” a fost dezvoltat ca un set de programe aplicate pentru rezolvarea problemelor legate de modelarea matematică a procesului de vulcanizare izotermă. Pentru rezolvarea sistemului DE, pachetul oferă metode numerice, printre care: metoda Runge-Kutta de ordinul al patrulea; metoda Adams. Soluția problemei cinetice inverse se reduce la estimarea constantelor vitezei de reacție, a coeficienților stoichiometrici și a variabilelor în sistemul DE (). Pentru a minimiza funcționalitatea () din pachetul software, la discreția utilizatorului, pot fi utilizate următoarele metode: coborâre în coordonate, Hook-Jeeves, Rosenbrock, Powell, Nelder-Mead, medierea coordonatelor (folosind elemente de căutare aleatoare). Metode de gradient (ordinul întâi): cea mai abruptă coborâre, direcții conjugate (Fletcher-Reeves), metrici variabile (Davidon-Fletcher-Powell), gradienți paraleli (Zangwill). Figura prezintă o diagramă bloc a software-ului dezvoltat. Procesul de identificare a constantelor vitezei de reacție, a coeficienților de ecuații și a coeficienților stoichiometrici se realizează în mai multe etape: digitizarea reogramelor; traducerea cuplurilor în concentrații; determinarea concentrațiilor inițiale; determinarea valorilor parametrilor solicitați ai constantelor care asigură minimul funcțional (). Reogramele pot fi digitizate manual sau automat folosind programul GrDigit integrat în pachet. Prelucrarea datelor experimentale poate fi efectuată atât pentru o măsurătoare, cât și pentru un set (până la 6 reograme). Conversia cuplurilor în concentrația nodurilor rețelei de vulcanizare se realizează după cum urmează: valorile cuplurilor sunt convertite în unități convenționale: arb / M M M M M (4) curent min max min apoi unitățile convenționale sunt convertite în (mol) / kg), prin înmulțirea M arb cu factorul de scară. Determinarea concentrațiilor inițiale C 0 DAV se efectuează după formula: A 0 0 CA S8 AC Akt C (5)

Vestnik VSUET/Proceedings of VSUET, 3, 06 Figura. Schema bloc a software-ului Figura. Schema software structurală Aprobarea software-ului dezvoltat Curbele reometrice obținute în următoarele condiții inițiale au fost utilizate ca date inițiale: Valoarea concentrației de sulf în amestec: = 0,0078 mol/kg.Concentrația acceleratorului: = 0,009 mol/kg. 3. Concentrația activatorului: θ = 0,00 mol/kg. Figura 3 prezintă valorile experimentale și calculate ale concentrației de noduri de vulcanizare, obținute ca urmare a rezolvării BCC. Tabelul prezintă valorile calculate ale constantelor vitezei de reacție, tabelul arată valorile estimate ale coeficienților stoichiometrici și parametrii modelului. Tabel Valoarea constantelor vitezei de reacție k5,89 0-0 Figura 3. Modificări ale concentrațiilor punctelor din grila de vulcanizare în timp.aproximarea și intervalul de căutare a constantelor, după care se selectează metoda de optimizare 97-4, 97.

Buletinul VSUET/Proceedings of VSUET, 3, 06 Concluzie Pe baza unei analize sistematice a abordărilor teoretice ale descrierii vulcanizării, schema bloc generală a studiului acestui proces a fost îmbunătățită. Modelul matematic al procesului de vulcanizare este completat cu condiții inițiale, care sunt definite ca funcții ale concentrațiilor inițiale ale componentelor grupului de vulcanizare. Pentru rezolvarea problemei cinetice inverse se propun criterii suplimentare de calitate a modelului. A fost dezvoltat un produs software pentru efectuarea de cercetări științifice în studiul proceselor de vulcanizare a compușilor de cauciuc folosind sisteme de structurare multicomponentă. Punctul de control are o structură bloc-modulară, care permite extinderea acestuia fără pierderea funcționalității. Direcțiile de modernizare a acestuia sunt includerea în alcătuirea descrierii matematice a modului de vulcanizare neizotermă cu integrarea ulterioară în circuitul APCS ca sistem expert de informare și control pentru emiterea de recomandări pentru gestionarea procesului de vulcanizare și luarea deciziilor. Lucrarea a fost susținută financiar de sarcina de stat 04/ (număr NIR 304) pe tema „Sinteza sistemelor multifuncționale de control al calității pentru industria alimentară și chimică” LITERATURA Tikhomirov S.G., Bityukov V.K., Podkopaeva S.V., Khromykh E. BUT. și alte Modelare matematică a obiectelor de control în industria chimică. Voronej: VSUIT, 0. 96 p. Khaustov I.A. Controlul sintezei polimerilor într-o metodă discontinuă bazată pe aprovizionarea fracționată a componentelor de reacție // Buletinul TSTU. 04. 4 (0) S. 787 79. 3 Khaustov I.A. Controlul procesului de degradare a polimerului în soluție pe baza încărcării fracționate a inițiatorului.Vestnik VGUIT. 04. 4. P. 86 9. 4 V. K. Bityukov, I. A. Khaustov și A. A. Khvostov, Russ. et al. Analiza de sistem a procesului de degradare termo-oxidativă a polimerilor în soluţie ca obiect de control.Vestnik VGUIT. 04.3(6). P. 6 66. 5 Karmanova O.V. Baze fizico-chimice și componente activatoare ale vulcanizării polidienelor: diss. Dr. tech. Științe. Voronej, 0. 6 Molchanov V.I., Karmanova O.V., Tikhomirov S.G. Modelarea cineticii vulcanizării polidienelor.Vestnik VGUIT. 03. P. 4 45. 7 Hardis., Jessop J.L.P., Peters F.E., Kessler M.. Caracterizarea cineticii de vindecare și monitorizarea unei rășini epoxidice folosind DSC, spectroscopie aman și DEA // Compozit. 03. Part 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 Tihomirov S.G., ityukov V.K. Podkopaeva S.V., Khromykh E.A. et al. Mathematicheskoe modelirovanie ob ektov upravleniya v khimicheskoi promyshlennosti Voronezh, VSUET, 0. 96 p. (in rusa). Khaustov I.A. Managementul procesului discontinuu de sinteză a polimerilor bazat pe fluxul fracționat al componentelor de reacție. Vestnik TGTU 04, nr. 4(0), pp. 787 79. (în us.). 3 Khaustov I.A. Controlul procesului de degradare a polimerilor în soluție pe baza încărcării fracționate a inițiatorului. Vestnik VGUIT 04, nr. 4, pp. 86 9 (în limba rusă). 4 ityukov V.K., Khaustov I.A., Hvostov A.A. Analiza de sistem a degradării termooxidative a polimerilor în soluție ca obiect de control. Vestnik VGUIT 04, nr. 3 (6), pp. 6 66. (în limba rusă). 5 Karmanova O.V. Fiziko-khimicheskie osnovy i aktiviruyushchie komponenty vulknizatsii polidienov Voronezh, 0. (în usian). 6 Molchanov V.I., Karmanova O.V., Tikhomirov S.G. Modelarea cineticii polidienelor de vulcanizare. Vestnik VGUIT 03, nr., pp. 4 45. (în rusă). 7 Hardis., Jessop J.L.P., Peters F.E., Kessler M.. Caracterizarea cineticii de vindecare și monitorizarea unei rășini epoxidice folosind DSC, spectroscopie aman și DEA. Compozit, 03, partea A, vol. 49, pp. 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. materiale de inginerie cheie. 0, vol. 46463, pp. 06.98

Buletinul VSUET/Proceedings of VSUET, 3, 06 INFORMAȚII DESPRE AUTORI Sergey T. Tikhomirov Profesor, Departamentul de Sisteme Informaționale și de Control, Universitatea de Stat de Tehnologii de Inginerie Voronezh, Revolution Ave., 9, Voronezh, 394036, Rusia, [email protected] Olga V. Karmanova Șef de departament, profesor, Departamentul de chimie și tehnologie chimică a compușilor organici și a prelucrării polimerilor, Universitatea de Stat de Tehnologii de Inginerie Voronezh, Leninsky Prospect, 4, Voronezh, 394000, Rusia, [email protected] Yury V. Pyatakov Profesor asociat, Departamentul de Sisteme Informaționale și de Control, Universitatea de Stat de Tehnologii de Inginerie Voronezh, Revolution Ave., 9, Voronezh, 394036, Rusia, [email protected] Alexander A. Maslov Student postuniversitar, Departamentul de Sisteme Informaționale și de Control, Universitatea de Stat de Tehnologii de Inginerie Voronezh, 9 Revolution Avenue, Voronezh, 394036, Rusia, [email protected] INFORMAȚII DESPRE AUTORI Serghei G. Tikhomirov profesor, departamentul de sisteme de informare și control, Universitatea de stat Voronezh de tehnologii de inginerie, evoluție Av., 9 Voronezh, ussia, [email protected] Olga V. Karmanova profesor, șef al departamentului, departamentul de chimie și tehnologie chimică a compușilor organici și a prelucrării polimerilor, Universitatea de Stat de Tehnologii de Inginerie Voronezh, Av. Leninsky, 4 Voronezh, usia, [email protected] Yurii V. Pyatakov profesor asociat, departamentul de sisteme de informare și control, Universitatea de stat de tehnologii de inginerie Voronezh, evoluție Av., 9 Voronezh, usia, [email protected] Aleksandr A. Maslov student absolvent, departamentul de sisteme de informare și control, Universitatea de stat Voronezh de tehnologii de inginerie, evoluție Av., 9 Voronezh, usia, [email protected] CRITERIU DE AUTOR Serghei T. Tikhomirov a propus metodologia de desfășurare a experimentului și a organizat testele de producție Alexander A. Maslov a revizuit literatura de specialitate cu privire la problema studiată, a efectuat experimentul, a efectuat calculele Olga V. Karmanova Consultarea în timpul studiului Yuri V. Pyatakov a scris manuscrisul, l-a corectat înainte de a-l trimite editorilor și este responsabil pentru plagiat. CONFLICTE DE INTERES Autorii nu declară conflicte de interese. CONTINUARE Serghei G. Tikhomirov a propus o schemă a experimentului și a organizat teste de producție Aleksandr A. Maslov revizuirea literaturii de specialitate privind investigarea unei probleme, a efectuat un experiment, a efectuat calcule Olga V. Karmanova Consultarea în timpul studiului Yurii V. Pyatakov a scris manuscris, corectați-l înainte de a depune în editare și este responsabil pentru plagiat CONFLICT DE INTERES Autorii nu declară conflict de interese. ACCEPTAT 7.07.06 PRIMIT 7.7.06 ACCEPTAT 08.06.06 ACCEPTAT 8..06 99

Din punct de vedere tehnologic, procesul de vulcanizare este transformarea cauciucului „brut” în cauciuc. Ca reacție chimică, presupune integrarea macromoleculelor liniare de cauciuc, care își pierd ușor stabilitatea atunci când sunt expuse la influențe externe, într-o singură rețea de vulcanizare. Este creat în spațiul tridimensional datorită legăturilor chimice încrucișate.

Un astfel de tip de structură „reticulat” oferă cauciucului caracteristici suplimentare de rezistență. Duritatea și elasticitatea, rezistența la îngheț și la căldură se îmbunătățesc cu scăderea solubilității în substanțe organice și umflarea.

Plasa rezultată are o structură complexă. Include nu numai noduri care conectează perechi de macromolecule, ci și cele care unesc mai multe molecule în același timp, precum și legături chimice încrucișate, care sunt, parcă, „punți” între fragmente liniare.

Formarea lor are loc sub acțiunea agenților speciali, ale căror molecule acționează parțial ca material de construcție, reacționând chimic între ele și macromoleculele de cauciuc la temperatură ridicată.

Proprietățile materialelor

Proprietățile de performanță ale cauciucului vulcanizat rezultat și ale produselor realizate din acesta depind în mare măsură de tipul de reactiv utilizat. Aceste caracteristici includ rezistența la expunerea la medii agresive, rata de deformare în timpul compresiei sau creșterii temperaturii și rezistența la reacții termic-oxidative.

Legăturile rezultate limitează ireversibil mobilitatea moleculelor sub acțiune mecanică, menținând în același timp elasticitatea ridicată a materialului cu capacitatea de deformare plastică. Structura și numărul acestor legături sunt determinate de metoda de vulcanizare a cauciucului și de agenții chimici utilizați pentru aceasta.

Procesul nu este monoton, iar indicatorii individuali ai amestecului vulcanizat în schimbarea lor ating minimum și maxim în momente diferite. Raportul cel mai potrivit dintre caracteristicile fizice și mecanice ale elastomerului rezultat se numește optim.

Compoziția vulcanizabilă, pe lângă cauciuc și agenți chimici, include o serie de substanțe suplimentare care contribuie la producerea cauciucului cu proprietățile de performanță dorite. După scopul lor, ele sunt împărțite în acceleratori (activatori), umpluturi, dedurizați (plastifianți) și antioxidanți (antioxidanți). Acceleratoarele (cel mai adesea este oxid de zinc) facilitează interacțiunea chimică a tuturor ingredientelor compusului de cauciuc, ajută la reducerea consumului de materii prime, timpul de prelucrare a acestuia și îmbunătățește proprietățile vulcanizatoarelor.

Materialele de umplutură precum creta, caolinul, negrul de fum cresc rezistența mecanică, rezistența la uzură, rezistența la abraziune și alte caracteristici fizice ale elastomerului. Reumplerea volumului de materie primă, reduc astfel consumul de cauciuc și scad costul produsului rezultat. Se adaugă dedurizatori pentru a îmbunătăți procesabilitatea prelucrării compușilor de cauciuc, pentru a reduce vâscozitatea acestora și pentru a crește volumul materialelor de umplutură.

De asemenea, plastifianții sunt capabili să crească rezistența dinamică a elastomerilor, rezistența la abraziune. Antioxidanții care stabilizează procesul sunt introduși în compoziția amestecului pentru a preveni „îmbătrânirea” cauciucului. Diverse combinații ale acestor substanțe sunt utilizate în dezvoltarea formulărilor speciale de cauciuc brut pentru a prezice și corecta procesul de vulcanizare.

Tipuri de vulcanizare

Cauciucurile cele mai des utilizate (butadienă-stiren, butadienă și naturală) sunt vulcanizate în combinație cu sulf prin încălzirea amestecului la 140-160°C. Acest proces se numește vulcanizare cu sulf. Atomii de sulf sunt implicați în formarea legăturilor încrucișate intermoleculare. Când se adaugă până la 5% sulf într-un amestec cu cauciuc, se produce un vulcanizat moale, care este utilizat pentru fabricarea tuburilor de automobile, anvelopelor, tuburilor de cauciuc, bile etc.

Când se adaugă mai mult de 30% sulf, se obține o ebonită destul de dură, cu elasticitate redusă. Ca acceleratori în acest proces, se folosesc tioram, captax etc., a căror completitudine este asigurată prin adăugarea de activatori constând din oxizi metalici, de obicei zinc.

Vulcanizarea prin radiații este, de asemenea, posibilă. Se realizează prin radiații ionizante, folosind fluxuri de electroni emise de cobaltul radioactiv. Acest proces fără sulf are ca rezultat elastomeri cu rezistență chimică și termică deosebită. Pentru producerea cauciucurilor speciale, se adaugă peroxizi organici, rășini sintetice și alți compuși sub aceiași parametri de proces ca și în cazul adăugării de sulf.

La scară industrială, compoziția vulcanizabilă, plasată într-o matriță, este încălzită la presiune ridicată. Pentru a face acest lucru, matrițele sunt plasate între plăcile încălzite ale presei hidraulice. La fabricarea produselor neformate, amestecul este turnat în autoclave, cazane sau vulcanizatoare individuale. Încălzirea cauciucului pentru vulcanizare în acest echipament se realizează folosind aer, abur, apă încălzită sau curent electric de înaltă frecvență.

Cei mai mari consumatori de produse din cauciuc de mulți ani rămân întreprinderile de automobile și de inginerie agricolă. Gradul de saturație al produselor lor cu produse din cauciuc este un indicator al fiabilității și confortului ridicat. În plus, piesele din elastomeri sunt adesea folosite în producția de instalații sanitare, încălțăminte, papetărie și produse pentru copii.

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

1 student postuniversitar, 2 doctor în științe tehnice, profesor, șef al Departamentului de Sisteme Informaționale în Tehnologia Chimică, Universitatea Tehnologică din Moscova

PROCESE DE AMESTARE ȘI STRUCTURARE A SISTEMELOR ELASTOMERE CA OBIECTE DE CONTROL ÎNTR-UN SISTEM CHIMICO-TEHNOLOGIC

adnotare

În articol, din punct de vedere al analizei de sistem, se ia în considerare posibilitatea combinării proceselor de amestecare și structurare într-un singur sistem chimico-tehnologic pentru obținerea produselor din elastomeri.

Cuvinte cheie: amestecare, structurare, sistem, analiză de sistem, management, control, sistem chimico-tehnologic.

Kuznețov A. S. 1 , Kornushko V. F. 2

1 student postuniversitar, 2 doctorat în inginerie, profesor, șef al departamentului de sisteme informaționale în tehnologie chimică, Universitatea de Stat din Moscova

PROCESE DE AMESTARE ȘI STRUCTURARE CA OBIECTE DE CONTROL ÎN SISTEMUL DE INGINERIE CHIMICĂ

Abstract

Articolul descrie posibilitatea combinării pe baza analizei de sistem a proceselor de amestecare și vulcanizare în sistemul unificat de inginerie chimică de obținere a produselor elastomerice.

Cuvinte cheie: amestecare, structurare, sistem, analiză de sistem, direcție, control, sistem de inginerie chimică.

Introducere

Dezvoltarea industriei chimice este imposibilă fără crearea de noi tehnologii, creșterea producției, introducerea de noi tehnologii, utilizarea economică a materiilor prime și a tuturor tipurilor de energie și crearea de industrii cu deșeuri reduse.

Procesele industriale au loc în sisteme chimico-tehnologice complexe (CTS), care sunt un set de dispozitive și mașini combinate într-un singur complex de producție pentru producerea de produse.

Producția modernă de produse din elastomeri (obținerea unui material compozit elastomer (ECM), sau cauciuc) se caracterizează prin prezența unui număr mare de etape și operații tehnologice și anume: prepararea cauciucului și a ingredientelor, cântărirea materialelor solide și în vrac, amestecarea cauciucului cu ingrediente, turnarea unui amestec de cauciuc brut - semifabricat și, de fapt, procesul de structurare spațială (vulcanizare) a amestecului de cauciuc - semifabricate pentru obținerea unui produs finit cu un set de proprietăți specificate.

Toate procesele de producere a produselor din elastomeri sunt strâns interconectate, prin urmare, respectarea exactă a tuturor parametrilor tehnologici stabiliți este necesară pentru a obține produse de calitate corespunzătoare. Obținerea produselor condiționate este facilitată de utilizarea diverselor metode de monitorizare a principalelor cantități tehnologice aflate în producție în laboratoarele centrale ale fabricii (CPL).

Complexitatea și natura în mai multe etape a procesului de obținere a produselor din elastomeri și necesitatea controlului principalilor indicatori tehnologici implică considerarea procesului de obținere a produselor din elastomeri ca un sistem chimico-tehnologic complex care cuprinde toate etapele și operațiunile tehnologice, elemente de analiza principalelor etape ale procesului, managementul si controlul acestora.

Caracteristici generale ale proceselor de amestecare si structurare

Recepția produselor finite (produse cu un set de proprietăți specificate) este precedată de două procese tehnologice principale ale sistemului de producere a produselor din elastomeri și anume: procesul de amestecare și, de fapt, vulcanizarea amestecului de cauciuc brut. Monitorizarea respectării parametrilor tehnologici ai acestor procese este o procedură obligatorie care asigură primirea produselor de o calitate corespunzătoare, intensificarea producției și prevenirea căsătoriei.

În stadiul inițial, există cauciuc - o bază polimerică și diverse ingrediente. După cântărirea cauciucului și a ingredientelor, începe procesul de amestecare. Procesul de amestecare este măcinarea ingredientelor și se reduce la o distribuție mai uniformă a acestora în cauciuc și o dispersie mai bună.

Procesul de amestecare se realizează pe role sau într-un mixer de cauciuc. Ca rezultat, obținem un semifabricat - un compus de cauciuc brut - un produs intermediar, care este supus ulterior vulcanizării (structurare). În stadiul amestecului de cauciuc brut se controlează uniformitatea amestecării, se verifică compoziția amestecului și se evaluează capacitatea sa de vulcanizare.

Uniformitatea amestecării este verificată de indicatorul de plasticitate a compusului de cauciuc. Probele sunt prelevate din diferite părți ale amestecului de cauciuc și se determină indicele de plasticitate al amestecului; pentru probe diferite, ar trebui să fie aproximativ același. Plasticitatea amestecului P trebuie să coincidă, în limitele erorii, cu rețeta specificată în pașaport pentru un anumit compus de cauciuc.

Capacitatea de vulcanizare a amestecului este verificată pe vibroreometre de diferite configurații. Reometrul în acest caz este un obiect de modelare fizică a procesului de structurare a sistemelor elastomerice.

Ca urmare a vulcanizării, se obține un produs finit (cauciuc, un material compozit elastomeric. Astfel, cauciucul este un sistem complex multicomponent (Fig. 1.)

Orez. 1 - Compoziția materialului elastomeric

Procesul de structurare este un proces chimic de transformare a unui amestec de cauciuc plastic brut în cauciuc elastic datorită formării unei rețele spațiale de legături chimice, precum și un proces tehnologic de obținere a unui articol, cauciuc, material compozit elastomeric prin fixarea formei necesare. pentru a asigura funcționarea cerută a produsului.

Construirea unui model de sistem chimico-tehnologic
producerea de produse din elastomeri

Orice producție chimică este o succesiune de trei operațiuni principale: pregătirea materiilor prime, transformarea chimică propriu-zisă, izolarea produselor țintă. Această secvență de operații este întruchipată într-un singur sistem chimico-tehnologic complex (CTS). O întreprindere chimică modernă este formată dintr-un număr mare de subsisteme interconectate, între care există relații de subordonare sub forma unei structuri ierarhice cu trei etape principale (Fig. 2). Producția de elastomeri nu face excepție, iar rezultatul este un produs finit cu proprietățile dorite.

Orez. 2 - Subsisteme ale sistemului chimico-tehnologic de producere a produselor din elastomeri

Baza construirii unui astfel de sistem, precum și a oricărui sistem chimic-tehnologic al proceselor de producție, este o abordare sistematică. Un punct de vedere sistematic asupra unui proces tipic separat de inginerie chimică permite dezvoltarea unei strategii bazate științific pentru o analiză cuprinzătoare a procesului și, pe această bază, construirea unui program detaliat pentru sinteza descrierii sale matematice pentru implementarea ulterioară a programelor de control. .

Această schemă este un exemplu de sistem chimico-tehnologic cu o conexiune serială a elementelor. Conform clasificării acceptate, cel mai mic nivel este un proces tipic.

În cazul producerii elastomerilor se consideră ca astfel de procese etape separate de producție: procesul de cântărire a ingredientelor, tăierea cauciucului, amestecarea pe role sau într-un amestecător de cauciuc, structurarea spațială într-un aparat de vulcanizare.

Următorul nivel este reprezentat de atelier. Pentru producerea de elastomeri, acesta poate fi reprezentat ca fiind format din subsisteme de aprovizionare si preparare a materiilor prime, un bloc de amestecare si obtinere a unui semifabricat, precum si un bloc final de structurare si depistare a defectelor.

Principalele sarcini de producție pentru asigurarea nivelului de calitate cerut al produsului final, intensificarea proceselor tehnologice, analiza și controlul proceselor de amestecare și structurare, prevenirea căsătoriei, se desfășoară tocmai la acest nivel.

Selectarea parametrilor principali pentru controlul si managementul proceselor tehnologice de amestecare si structurare

În procesele de producere a produselor din elastomeri, parametrii controlați sunt: temperatura Tc în timpul amestecării și vulcanizării Tb, presiunea P în timpul presarii, timpul τ de prelucrare a amestecului pe role, precum și timpul de vulcanizare (optim) τopt..

Temperatura semifabricatului pe role se măsoară printr-un termocuplu cu ac sau un termocuplu cu instrumente de auto-înregistrare. Există și senzori de temperatură. Este de obicei controlat prin modificarea debitului de apă de răcire pentru role prin reglarea supapei. În producție, se folosesc regulatoare de debit de apă de răcire.

Presiunea este controlată prin utilizarea unei pompe de ulei cu un senzor de presiune și un regulator corespunzător instalat.

Stabilirea parametrilor pentru fabricarea amestecului se realizează de către rolă conform diagramelor de control, care conțin valorile necesare ale parametrilor procesului.

Controlul calității semifabricatului (amestec brut) se efectuează de către specialiștii laboratorului central al fabricii (CPL) al producătorului conform pașaportului amestecului. În același timp, elementul principal de monitorizare a calității amestecării și evaluarea capacității de vulcanizare a amestecului de cauciuc sunt datele vibroreometrice, precum și analiza curbei reometrice, care este o reprezentare grafică a procesului, și este considerată ca fiind un element de control şi reglare a procesului de structurare a sistemelor elastomerice.

Procedura de evaluare a caracteristicilor de vulcanizare se efectuează de către tehnolog în conformitate cu pașaportul amestecului și bazele de date de teste reometrice ale cauciucurilor și cauciucurilor.

Controlul obținerii unui produs condiționat - etapa finală - este efectuat de specialiști ai departamentului pentru controlul tehnic al calității produselor finite conform datelor de testare a proprietăților tehnice ale produsului.

Când se controlează calitatea unui compus de cauciuc cu o compoziție specifică, există o anumită gamă de valori ale indicatorilor de proprietate, sub rezerva cărora se obțin produse cu proprietățile necesare.

Constatari:

Utilizarea unei abordări sistematice în analiza proceselor de producție a produselor din elastomeri face posibilă urmărirea cât mai completă a parametrilor responsabili de calitatea procesului de structurare.
Principalele sarcini de asigurare a indicatorilor necesari ai proceselor tehnologice sunt stabilite și rezolvate la nivel de atelier.

Literatură

Teoria sistemelor și analiza sistemelor în managementul organizațiilor: Manual TZZ: Proc. indemnizație / Ed. V.N. Volkova și A.A. Emelyanov. - M.: Finanţe şi statistică, 2006. - 848 p.: ill. ISBN 5-279-02933-5
Kholodnov V.A., Hartmann K., Chepikova V.N., Andreeva V.P. Analiza sistemului și luarea deciziilor. Tehnologii informatice pentru modelarea sistemelor chimico-tehnologice cu reciclari materiale si termice. [Text]: manual./ V.A. Kholodnov, K. Hartmann. Sankt Petersburg: SPbGTI (TU), 2006.-160 p.
Agayants I.M., Kuznetsov A.S., Ovsyannikov N.Ya. Modificarea axelor de coordonate în interpretarea cantitativă a curbelor reometrice - M .: Tehnologii chimice fine 2015. V.10 Nr. 2, p64-70.
Novakov I.A., Wolfson S.I., Novopoltseva O.M., Krakshin M.A. Proprietățile reologice și de vulcanizare ale compozițiilor elastomerice. - M.: ICC „Akademkniga”, 2008. - 332 p.
Kuznetsov A.S., Kornyushko V.F., Agayants I.M. \Reograma ca instrument de control al procesului pentru structurarea sistemelor elastomerice \ M:. NXT-2015 p.143.
Kashkinova Yu.V. Interpretarea cantitativă a curbelor cinetice ale procesului de vulcanizare în sistemul de organizare a locului de muncă al unui tehnolog - lucrător cauciuc: Rezumat al tezei. dis. … cand. tehnologie. Științe. - Moscova, 2005. - 24 p.
Chernyshov V.N. Teoria sistemelor și analiza sistemelor: manual. indemnizatie / V.N. Cernîșov, A.V. Cernîșov. - Tambov: Editura Tambov. stat tehnologie. un-ta., 2008. - 96 p.

Referințe

Teoriya sistem i sistemnyj analiz v upravlenii organizaciyami: TZZ Spravochnik: Ucheb. posobie / Pod red. V.N. Volkovoj și 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 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 nr. 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 instrument upravleniya tekhnologicheskim procesom strukturirovaniya ehlastomernyh sistem \ M:. NHT-2015 s.143.
Kashkinova YU.V. Kolichestvennaya interpretaciya kineticheskih krivyh procesa vulkanizacii v sisteme organizacii rabochego mesta tekhnologa – rezinshchika: avtoref. dis. ...cad. tehnologie ştiinţă. - Moscova, 2005. - 24 s.
Chernyshov V.N. Teoriya sistem i sistemnyj analiz: ucheb. posobie / V.N. Cernîșov, A.V. Cernîșov. – Tambov: Izd-vo Tamb. gos. tehnologie un-ta., 2008. - 96 s.

Activitatea chimică a cauciucurilor nesaturate se datorează prezenței legăturilor duble în lanțul principal și mobilității crescute a atomilor de hidrogen din grupările a-metilenului adiacente dublei legături. Prin urmare, cauciucurile nesaturate pot fi vulcanizate cu toți compușii care interacționează cu dubla legătură și cu grupările învecinate.

Cauciucurile având grupări funcționale pot fi vulcanizate la acele grupări cu agenți de reticulare care interacționează cu grupările funcționale.

· Scade dramatic plasticitatea amestecului de cauciuc, exista rezistenta si elasticitatea vulcanizatelor. Astfel, rezistența unui compus de cauciuc brut pe bază de NC nu depășește 1,5 MPa, iar rezistența unui material vulcanizat nu este mai mică de 25 MPa.

· Activitatea chimică a cauciucului este semnificativ redusă: la cauciucurile nesaturate, numărul de legături duble scade, la cauciucurile saturate și cauciucurile cu grupe funcționale, numărul de centri activi. Aceasta crește rezistența vulcanizatului la influențe oxidative și alte agresive.

· Creste rezistenta materialului vulcanizat la actiunea temperaturilor joase si ridicate. Astfel, NC se întărește la 0ºС și devine lipicios la +100ºС, în timp ce vulcanizatul își păstrează rezistența și elasticitatea în intervalul de temperatură de la -20 la +100ºС.

Procesul de vulcanizare se caracterizează și prin unele modele generale de modificări ale proprietăților în funcție de timpul de vulcanizare la o temperatură constantă.

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

unde DM este diferența de cuplu (DM=M max - M min).

Timpul t 90 este vulcanizarea optimă, a cărei valoare depinde de activitatea sistemului de vulcanizare. Panta curbei în perioada principală caracterizează rata de vulcanizare.

Portal pentru student. Autoinstruire

Proprietățile materialelor

Tipuri de vulcanizare

ARTICOLE SIMILARE