Моделирование неизотермической вулканизации автомобильных шин на основе кинетической модели

• Автор: Маркелов, Владимир Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.17.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Ярославль
• Количество страниц: 190 с. : ил.

Введение

1. Аналитический обзор

1.1. Вулканизация.

1.1.1 Назначение процесса и основные агенты вулканизации

1.1.2 Изменение свойств каучука при вулканизации

1.1.3 Влияние ускорителей на процесс серной вулканизации и на структуру сетки

1.1.4 Замедлители подвулканизации.

1.1.5 Серные вулканизующие системы

1.1.6 Методы измерения скорости вулканизации

1.1.7 Параметры кинетики

1.2 Методы расчета теплофизических характеристик.

1.2.1 Физические основы передачи тепла
1.2.2 Виды теплообмена. Теплофизические характеристики материала
1.2.3 Методы исследования теплофизических свойств.
1.2.4.Тепловые основы процесса вулканизации резиновых изделий.
1.3 Методы расчета и моделирования кинетики вулканизации шин.
1.3.1 Кинетика неизотермической вулканизации и методы ее оценки.
1.3.2 Методы разработки тепловых режимов вулканизации.
1.4. Квантовохимическое моделирование структуры молекул.
1.4.1 Основные и исходные положения квантовой химии.
1.4.2 Iрограммное обеспечение
1.4 Выводы из обзора литературы и постановка задачи исследования.
2 Объекты и методы исследования
2.1 Объекты исследования.
2.2 Методы исследования
2.2.1. Определение вулканизационных характеристик резин.
2.2.2. Определение теплофизических характеристик резин
3. Модель кинетики вулканизации резин и определение параметров кинетических уравнений
3.1. Модель кинетики изотермической вулканизации при различных температурах
3.2 Исследование начальных стадий вулканизации методами компьютерной химии.
3.2.1 Исследование активаторов
3.2.2 Исследование ускорителей
3.2.3 Исследование комплексов активатор ускоритель
3.3 Методика обработки кинетических кривых и идентификации параметров математической модели.
3.3.1. Расчет параметров методом МонтеКарло.
3.3.2. Расчет параметров методом сопряженных градиентов
3.3.3. Методика расчета начальных концентраций ингредиентов и коэффициента момента
3.4 Результаты расчета параметров кинетической модели для резин, применяемых для изготовления деталей ЦМК шин
4. Математическая модель процесса вулканизации шины и приложение для расчета и корректировки режима вулканизации.
4.1. Математическая модель и алгоритм расчета распределения температуры и степени вулканизации в деталях шины.
4.2. Приложение для расчета и корректировки режима вулканизации.
4.3. Методика расчета режима вулканизации с использованием программы
Вулканизация шин
5. Исследование вулканизации ЦМК шин
5.1. Подготовка исходных данных
5.1. Результаты расчета распределения температуры и степени вулканизации шины 1 .
5.1.1. Расчет распределения температуры.
5.1.2. Расчет распределения вулканизационных характеристик
5.1.3. Сравнение различных режимов вулканизации.
5.2 Результаты расчета распределения температуры и степени вулканизации шины 2 .
5.3 Определение минимальнодопустимой степени сшивания в деталях шины
5.4 Влияние начальной температуры шины на степень сшивания
5.5 Влияние вариаций вулканизационных характеристик резин на распределение степени сшивания в шине
5.5 Оптимизация режимов вулканизации
Список использованных источников
ВВЕДЕНИЕ


Устраняют склонность смесей к преждевременной вулканизации, улучшают формуемость смесей и монолитность резиновых изделий, уменьшают протекание вторичных процессов при вулканизации деструкции, изомеризации каучука и т. Наибольшую долю производства ускорителей составляют тиазолы и сульфенамиды. Широкое применение находят смеси двух или более ускорителей, что в ряде случаев способствует повышению вулканизационной активности системы синергетический эффект, и благоприятно сказывается па кинетике вулканизации замедление подвулканизацин, расширение плато вулканизации и т. Кинетические кривые вулканизации серных систем с различными ускорителями делятся на Яобразные, с заметно выраженным начальным индукционным периодом, и монотонно затухающие. Первые характерны для ускорителей класса сульфенамидов, вторые для смесей с дифенилгуанидином, меркаптобензтиазолом и другими ускорителями. Порядок реакции взаимодействия серы с каучуком колеблется от 0,6 до 1,0 в зависимости от типа ускорителя и каучука. Но он отражает лишь протекание контролирующей стадии, которая для разных вулканизующих систем может быть различной. Описать весь процесс количественно пока не удается, так как сделанные попытки опираются па слишком большое число допущений . Не вызывает сомнений активная роль оксидов металлов в образовании активного сульфурирующего агента, переносящего серу к углеводородным цепям каучука, однако до сих пор точный механизм протекающих реакций остается дискуссионным. Применительно к вулканизации ненасыщенных каучуков большинство исследователей согласны, что реакция между ускорителем вулканизации и ионом металла приводит к формированию комплекса, который стабилизируется иод действием оснований или жирных кислот, выступающих в роли лигандов. Нуклеофильная атака циклической молекулы Бв этим комплексом приводит к расщеплению цикла и включению серы в комплекс. Полагают, что образующееся соединение сульфурирующий агент ответственен за перенос молекулярной серы к полимерным цепям, что приводит к образованию поперечных связей. В соответствии с этим влияние оксида металла должно быть заметно на каждой стадии вулканизационного процесса, г. Основной причиной преждевременной вулканизации является сшивание в результате взаимодействия каучука с серой и действительными агентами вулканизации ДАВ. Эффективность подвулканизации зависит от активности применяемых ускорителей. Поскольку в наполненных смесях в результате механохимических процессов образуется гель каучук наполнитель, то склонность к подвулканизации зависит как от свойств полимера, гак и от свойств наполнителя. Например, канальный технический углерод способствует подвулканизации в большей степени, чем термический, что коррелирует с влиянием этих наполнителей на кинетику присоединения серы к каучуку и на способность к образованию сажекаучукового геля при смешении с каучуком . Замедлителями вулканизации служат органические кислоты и их соли, ангидриды, хлоримиды, тиоимиды, фенолы, нитрозосоединения и др. Действие замедлителей подвулканизации сводится к уменьшению скорости реакции компонентов серной вулканизующей системы с каучуком или же друг с другом при образовании ДАВ . Как показывает анализ экспериментальных данных, наряду с основным многостадийным гетерогенным процессом ускоренной серной вулканизации возможны побочные процессы, связанные с участием молекул серы и ускорителей в радикальных реакциях, протекающих в каучуке в индукционный период вулканизации. В молекулах каучука имеются слабые связи, в результате разрыва которых при нагревании происходит деструкция макромолекул с образованием полимерных радикалов. Когда молекулы серы или ускорителя, диффундирующие в объем эластомера, присоединяются к этим радикалам, то развиваются неконтролируемые процессы, приводящие к сшиванию уже во время индукционного периода . При введении растворимого в каучуке Ынитрозодифеннламина при температурах обработки резиновых смесей возникают стабильные азотоксидные радикалы, которые являются эффективными ингибиторами радикальных реакций в полимерных цепях.