Вулканизация является ключевым и завершающим процессом производства резиновых изделий, во многом определяющим их пове« дение при эксплуатации [1, 2, 3, 4]. Вулканизуемость резиновых сме­сей рассматривается в двух аспектах:

1. Способность к преждевременной вулканизации при тем-, пературах до 125 °С, характерных для процессов переработки; !

2. Кинетика вулканизации на завершающей стадии произ­водства (термообработка под давлением при 140-200 °С).

В первом случае протекание вулканизации нежелательно, по­скольку она приводит к потере текучести резиновых смесей. Поэтому при переработке важна продолжительность индукционного периода вулканизации, быстрое окончание которого и последующую заметную скорость сшивания макромолекул каучука называют преждевремен­ной вулканизацией (подвулканизацией или скорчингом). По оконча­нии индукционного периода начинается вторая стадия реакции - соб­ственно вулканизация, которая описывается с помощью так называе­мых вулкаметрических кривых, отражающих зависимость какого - либо свойства резиновой смеси от продолжительности вулканизации.

Соответственно разделению химической реакции сшивания эластомеров на два периода рассматривают две математические моде­ли поведения материала. Первая модель описывает индукционный период, для чего вводится понятие скорчинг-индекса, представляю­щего собой отношение фактической и теоретической продолжитель­ности индукционного периода при изотермической реакции и имею­щего значения в пределах от 0 до 1. В неизотермических условиях скорчинг-индекс S равен

sTJL

h,(T)

О

где t - время; t, ^-индукционный период при температуре Т.

Температурная зависимость величины индукционного периода описывается уравнением Аррениуса:

ti (Т) = t0exp(T0/t).

Когда скорчинг-индекс достигает 1, начинается собственно реакция сшивания, которая по Исаеву и Денгу описывается функцией

q Kc{T)-t„

1 + Kc(T)tn или в дифференциальной форме

1~н

dC 2 п 1 С " а ~с 'Kc(t) [кс(Г)Т-с ’

где КС(Т) = К0 exp (-Ea/Rl>; С - степень сшивания; - энергия актива­ции; К0 и Ас - константы скорости сшивания, соответственно не зави­сящая и зависящая от температуры Т; R - универсальная газовая по­стоянная; Т0 - температурная константа для индукционного периода; п - порядок реакции; to - временная постоянная индукционного периода.

Усреднение и обработка констант сшивания, перевод их в удобную форму производится по программе [5], составленной на ос­нове вулкаметрических данных, выходными параметрами являются индукционный период и степень сшивания. При этом данные об ин­дукционном периоде вводятся не менее чем для трех температур и соответственно времен достижения оптимальной степени сшивания. Вначале по программе VULC-DAT по продолжительности индукци­онного периода регрессионным способом в логарифмических коорди­натах находят константы to и Т0 для описания температурной зависи­мости индукционного периода. Из значений индукционного периода находят степень сшивания, порядок реакции п и устанавливают тем­пературную зависимость константы скорости сшивания Кс. Наконец, находят энергию активации Еа процесса сшивания. Затем проводят уточненную аппроксимацию методом последовательных приближе­ний. Для этого придают значениям констант {to, Т0, Ко, Еа и п) произ­

вольные шаговые значения, с тем чтобы возможно лучше приблизить* ся к значениям индукционного периода и времени сшивания, полу ченным из вулкаметрических кривых. Полученные окончательны! уточненные значения выводятся на экран или вносятся в банк данньк и используются для описания поведения резиновой смеси во врещ нагревания и вулканизации.

Поскольку способность к подвулканизации зависит от состава смеси, температурных условий и режима механического нагружение на разных приборах получаются различные характеристики. Наиболе) пригоден для оценки этого процесса сдвиговой ротационный виско зиметр типа Муни, испытание на котором стандартизировано и реко мендовано ISO.