橡胶厚制品硫化工艺优化的数值模拟研究
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大型厚壁橡胶圈硫化成型工艺的优化设计研究
摘 要： 本 文 主 要 是 讲 述 两 方 面 内容 ， 一 个是 大 型厚 壁 橡 胶 圈硫 化 成 型 的 工 艺 设 计 ， 另 一 部 分 就 是 硫 化 工 艺 的模 具 优 化 设 计 方 面 的 研 究。在第一部 分 中， 主要 阐述和介绍橡胶 注射 成型工艺及设备 的发展 状况， 讲述 了橡胶注射成型机的特点 ， 而且还 对各类橡胶 成型的结 构 及 其 特 点进 行 了分 析 。 关键词 ： 大 型 厚 壁 橡胶 圈 ； 硫化成型工艺 ； 模 具优 化 设 计 研 究
１对橡胶的阐述 矩负载 的塑化螺杆而言 ， 采用液压马达频繁启 动会 比电机驱 动的电 橡胶是一种聚合度很 高的高分子有机化合物 。 因为 它拥有很 高 耗高 出 １ ３ ０ ％。但是 液压马达可实现无 级调速 和有 效过载保 护 ， 因 的弹性性 能 ， 极度 的绝缘性能 以及 耐磨性 、 耐酸碱性 、 不透气性 、 不 此 ， 对 于不 太经常更 换物料和模具 的大型 注塑机来说 ， 采 用 电机拖 透水性等 ， 此外更是 由于其好 的弹性 记忆 力使其被广泛 的应用 于我 功螺杆是经济 的 ；而对经常更换 物料和模具 的小型注 塑机来说 ， 采 国的交通运输 、 工农业 、 国防 、 医疗卫生及 生活用品 中。不管是现代 用液压马达驱动是合适 的。随着直流和交流伺服 电机 的出现 ， 实现 为了节能 ， 近年来也 出现 了变排量马达 （ 二次 尖端科学还是 日常生活用具 ， 大多都离不开橡胶的使用 。 因此 ， 橡胶 无级调速 已成 为可 能。 工业在我 国国 民经济中 占据了很大的一 部分组成部分 。 对 于橡胶 工 调节 ） 预塑系统 。 ３橡胶成型工艺的模具优化对橡胶成型机的要求 艺来说 ， 与橡胶制成有关 的机械 是橡 胶工业生产过程 中的重要使 用 工具 ， 还 是橡 胶工业 的重要 组成部 分 。它标志着橡胶工业生 产技 术 结 合橡胶圈硫化成型 的特殊 工艺要求 ， 设计 者们 可 以 自主设计 水平 的高低 ， 不管是对于提 高橡胶制 品的质量和产量 、 提高劳动 生 相应的橡 胶成 型硫化机 。 这种 自主设计 的机型装置需要满足柱塞式 产率还是降低生产过程 中的成本和能耗 、 劳动强度 以及改善 劳动环 注射 装置和螺 杆式 注射装 置的优点 ，而且它还需要 具备结构 紧凑 ， 境和加强安全生产等都起着十分重要的作用Ｏ 注射成型精确度高 ， 物料塑化充分 ， 在料筒 内停 留时间均匀 ， 更换物 ２ 对硫化成型工艺的简 述 料方便 ， 节省能耗 ， 合模 时间短 ， 模具 高度 自动适调 ， 可 以实 现快速 、 ２ ． １ 硫 化 成 型 技 术 稳定 、 可靠地锁模等特点 。 橡胶 的注射成型具有效率高 、 精度高 、 成本 低的三个显著特点 ， 橡胶注射成型机诞 生于 ２ Ｏ世 纪 ４ ０年 代 ， 我 国从 ２ ０世纪 ８ Ｏ年 而且其在橡胶制 品的生产 中得到 了广泛应 用。在我 国， 对于热塑性 代 中期开始从西方发达国家进 口。 引进橡胶注射成型机 的主要厂 家 橡胶 圈制 品的注射成型技术 已经相对 比较 成熟 了， 但是 在注射成型 有长春橡胶 制品厂 、 十堰东 森橡胶制 品厂 、 安徽钟鼎 橡胶 制品有 限 技术 方面 ， 橡胶制 品上 的应用是远远不如热塑性塑料 的。我国的橡 公 司、 宁波托普橡胶 股份有 限公 司等一批 大 、 中型企业 。 与橡胶平 板 胶制 硫化成型工艺 ，目前仍然广泛 地采用平板硫化机来进行硫化 ， 硫化机 比较 ， 橡胶注射成 型机 有塑化性能好 、 能量消耗低 、 生 产的产 所谓 的硫 化也 就是指把橡胶材料在一 定的温度 、 压力下经过一段时 品质量 高 、 成型过程 自动化程度高等 优点 ， 生产 厂家越来 越深刻 地 间的烘制 ， 最后硫化成型 。但是对于要生产 出符合 国际使用标准 的 认识到橡胶注射成型机在橡胶工业生产 中的重要性 。 高质量橡 胶产 品来 说 ， 例如满足汽车 、 电子工程 、 宇航 等行业的发展 目前 国外 已广泛应用橡胶注压硫化 工艺生产各种制 品 ， ２ ０世纪 需求 ， 在 目前来 说 ， 只有 用橡胶注射成 型机来代替 橡胶平板 硫化机 ７ ０年代初 注压制 品已超过 ２ ０ ％， 在 汽车工业等领域 ， 要求橡胶 密封 才能适用 ， 这 既是橡胶工业 的发展方 向。 件必须 以注压代替模压 。 而 目前 国内整个橡胶工业 生产 中使 用橡胶 ２ ． ２注塑 成 型 工 艺 注射机 的厂家不到 ２ ０ ％ ，大 部分需用橡 胶注射成 型机生产 的产品 注塑成型工艺在整个橡胶制 品生产 中占有非常重要 的地位 。 注 均使 用平板 硫化机 生产 ， 产 品质量不 高 ， 几乎全部 依赖 进 １ ３ ， Ｌ 大 ｊ 此 射成型是一种注射兼模塑的成型方法 ， 又称注塑成型 。它是将 聚合 橡胶 注射成 型机 的开发空 间还很大 。 物组 分的粒料或粉 料放入注射机 的料筒 中， 经过加热 、 压缩 、 剪切、 ４ 橡胶圈成型工艺的模具优化对所采用相关工艺的要求 混合 和输送作用 ， 使物料 均匀 化和熔融 ， 然后借 助于柱 塞或螺杆 向 Ｄ Ｏ Ｅ 试验设计 技术 ，对注塑成型过程进行 了数值模拟分 析 ， 熔化好 的聚合物熔体施加压力 ， 将 高温熔 体通过喷嘴和模具 的浇道 并通过试验对模拟分析结果进行 了验证 。 首先 ， 采用 Ｃ Ａ Ｅ 技术对 系统 射人预先 闭合 好的低温模腔 中 ， 最后 冷却定型 、 开启 模具就得 电话机 面板外 壳注塑成 型充填 ／后充 填 、保压 及冷 却过程 进行模 到具有一定几何形状和精度 的制品 。 早期的注塑成型方法主要用于 拟 ， 分析注塑成 型过程可 能出现 的熔 接线 、 气穴 、 沉降斑 、 体 积收缩 生产橡胶制 品 ， 随着橡胶工业的迅速发展 以及橡胶制 品应 用范围的 和翘曲变形等缺陷 ， 探讨合理 确 ．合模 装置是保证 成型模具可靠地 不断扩大 ， 已经推广应用到热固性塑料制品和一些塑料 复合 材料制 闭紧和实现模具启闭动作 及顶 出制 品的部件 ， 直接影 响成型制 品的 品的生产 中。目前 ， 除 了少数几种塑料外 ， 几乎所有的塑料都可以采 质量和生产效率。 结 束 语 用注塑成型 。据统计 ， 注塑制品约 占整个 塑料制 品总产 量的 ３ ０ ％， 全世 界 每 年 生 产 的 注 射 模 数 量 约 占所 有 塑料 成 型模 具 数 量 的 大 型厚壁橡胶 圈硫化 成型工 艺对于我 国橡 胶产 品的增 长具 有 ５ ０ ％ 。使得已在上 一周期塑化好 的熔 料高速注入模具而充满 型腔 ， 及其重 要的意义 ， 它是 现代橡胶 工业生长 的基本工作 手法 ， 而对 于 它是 为我 国橡 胶发展前 景的重 经短暂的保 压时间后 ， 螺杆旋转 ， 塑料通过螺杆 的螺槽 向前移动 。 此 橡胶产业模具 的优化设计研究来说 ， 过程 中， 由于剪切生热和料筒外部加热 ， 料筒 内塑料被加热塑化 。 由 大基础 。 于 己塑化的熔 料不 能在前 面被压 出 ， 因而反 向推压螺杆 向后移动并 参 考 文献 进行计量 ， 待螺 杆前部 的熔料 积存到所需 的数 量时 ， 螺杆就 会停止 ［ １ ］ 刘丽华 ， 李伟 ． 洗衣机 平衡 环盖 模 具设 计 【 Ｊ ］ ． 模具技术， ２ ０ １ ０ （ １ ） ： ４ —１ ６ ． 转动 。 然后进入第二次注射过程 ， 模腔被充满直至压力达到额定值 ， １ 即转入保 压工况 ， 待模具型腔 中的熔料冷却 固化 后开启模 具 ， 取 出 ｆ ２ １ 丰元凯． 新 中国乐器３ ７ － 业５ ０年ｆ Ｊ １ ． 乐器 ， ２ ０ １ ４ （ ５ ） ： １ ８ ， ２ １ ． 制品 （ 经简单修饰 即成成 品） ， 接着又进入一周期的循环操作。 ［ ３ 】 陈惠庆 ． 中 国乐器工业发 展 的战略 ［ Ｊ 】 ． 上 海轻 工业 ， ２ ０ １ ３ （ ４ ） ： Ｉ ２ － ４． 由于采用 了螺杆塑化装置 ， 并 通过料筒外 加热方式 ， 颗粒状橡 １ 胶得 以充分凝 聚 ， 便 于控制温度 和计量 。由于液压马达便 于实现低 ［ ４ １ 箭， 董 湘怀 ， 陈志 明等 ． 板 料成 形毛坯展 开方 法研 究…． 锻 压技 中速无级调速和有效过载保护 ， 故螺杆 驱动 通常采用液压 马达来 实 术 ． ２ ｏ ｏ ｏ （ ４ ） ： ２ １ — ２ ５ ． 现。 但随着注射量的增大 ， 预塑螺杆 的驱动方式也在变化 。 由于交流 电机是 以恒功率驱动 ， 而液压 马达则为恒扭矩 驱动 ， 对 于承受恒扭 ・Biblioteka ４ ０－ 科技 论坛
１对橡胶的阐述 矩负载 的塑化螺杆而言 ， 采用液压马达频繁启 动会 比电机驱 动的电 橡胶是一种聚合度很 高的高分子有机化合物 。 因为 它拥有很 高 耗高 出 １ ３ ０ ％。但是 液压马达可实现无 级调速 和有 效过载保 护 ， 因 的弹性性 能 ， 极度 的绝缘性能 以及 耐磨性 、 耐酸碱性 、 不透气性 、 不 此 ， 对 于不 太经常更 换物料和模具 的大型 注塑机来说 ， 采 用 电机拖 透水性等 ， 此外更是 由于其好 的弹性 记忆 力使其被广泛 的应用 于我 功螺杆是经济 的 ；而对经常更换 物料和模具 的小型注 塑机来说 ， 采 国的交通运输 、 工农业 、 国防 、 医疗卫生及 生活用品 中。不管是现代 用液压马达驱动是合适 的。随着直流和交流伺服 电机 的出现 ， 实现 为了节能 ， 近年来也 出现 了变排量马达 （ 二次 尖端科学还是 日常生活用具 ， 大多都离不开橡胶的使用 。 因此 ， 橡胶 无级调速 已成 为可 能。 工业在我 国国 民经济中 占据了很大的一 部分组成部分 。 对 于橡胶 工 调节 ） 预塑系统 。 ３橡胶成型工艺的模具优化对橡胶成型机的要求 艺来说 ， 与橡胶制成有关 的机械 是橡 胶工业生产过程 中的重要使 用 工具 ， 还 是橡 胶工业 的重要 组成部 分 。它标志着橡胶工业生 产技 术 结 合橡胶圈硫化成型 的特殊 工艺要求 ， 设计 者们 可 以 自主设计 水平 的高低 ， 不管是对于提 高橡胶制 品的质量和产量 、 提高劳动 生 相应的橡 胶成 型硫化机 。 这种 自主设计 的机型装置需要满足柱塞式 产率还是降低生产过程 中的成本和能耗 、 劳动强度 以及改善 劳动环 注射 装置和螺 杆式 注射装 置的优点 ，而且它还需要 具备结构 紧凑 ， 境和加强安全生产等都起着十分重要的作用Ｏ 注射成型精确度高 ， 物料塑化充分 ， 在料筒 内停 留时间均匀 ， 更换物 ２ 对硫化成型工艺的简 述 料方便 ， 节省能耗 ， 合模 时间短 ， 模具 高度 自动适调 ， 可 以实 现快速 、 ２ ． １ 硫 化 成 型 技 术 稳定 、 可靠地锁模等特点 。 橡胶 的注射成型具有效率高 、 精度高 、 成本 低的三个显著特点 ， 橡胶注射成型机诞 生于 ２ Ｏ世 纪 ４ ０年 代 ， 我 国从 ２ ０世纪 ８ Ｏ年 而且其在橡胶制 品的生产 中得到 了广泛应 用。在我 国， 对于热塑性 代 中期开始从西方发达国家进 口。 引进橡胶注射成型机 的主要厂 家 橡胶 圈制 品的注射成型技术 已经相对 比较 成熟 了， 但是 在注射成型 有长春橡胶 制品厂 、 十堰东 森橡胶制 品厂 、 安徽钟鼎 橡胶 制品有 限 技术 方面 ， 橡胶制 品上 的应用是远远不如热塑性塑料 的。我国的橡 公 司、 宁波托普橡胶 股份有 限公 司等一批 大 、 中型企业 。 与橡胶平 板 胶制 硫化成型工艺 ，目前仍然广泛 地采用平板硫化机来进行硫化 ， 硫化机 比较 ， 橡胶注射成 型机 有塑化性能好 、 能量消耗低 、 生 产的产 所谓 的硫 化也 就是指把橡胶材料在一 定的温度 、 压力下经过一段时 品质量 高 、 成型过程 自动化程度高等 优点 ， 生产 厂家越来 越深刻 地 间的烘制 ， 最后硫化成型 。但是对于要生产 出符合 国际使用标准 的 认识到橡胶注射成型机在橡胶工业生产 中的重要性 。 高质量橡 胶产 品来 说 ， 例如满足汽车 、 电子工程 、 宇航 等行业的发展 目前 国外 已广泛应用橡胶注压硫化 工艺生产各种制 品 ， ２ ０世纪 需求 ， 在 目前来 说 ， 只有 用橡胶注射成 型机来代替 橡胶平板 硫化机 ７ ０年代初 注压制 品已超过 ２ ０ ％， 在 汽车工业等领域 ， 要求橡胶 密封 才能适用 ， 这 既是橡胶工业 的发展方 向。 件必须 以注压代替模压 。 而 目前 国内整个橡胶工业 生产 中使 用橡胶 ２ ． ２注塑 成 型 工 艺 注射机 的厂家不到 ２ ０ ％ ，大 部分需用橡 胶注射成 型机生产 的产品 注塑成型工艺在整个橡胶制 品生产 中占有非常重要 的地位 。 注 均使 用平板 硫化机 生产 ， 产 品质量不 高 ， 几乎全部 依赖 进 １ ３ ， Ｌ 大 ｊ 此 射成型是一种注射兼模塑的成型方法 ， 又称注塑成型 。它是将 聚合 橡胶 注射成 型机 的开发空 间还很大 。 物组 分的粒料或粉 料放入注射机 的料筒 中， 经过加热 、 压缩 、 剪切、 ４ 橡胶圈成型工艺的模具优化对所采用相关工艺的要求 混合 和输送作用 ， 使物料 均匀 化和熔融 ， 然后借 助于柱 塞或螺杆 向 Ｄ Ｏ Ｅ 试验设计 技术 ，对注塑成型过程进行 了数值模拟分 析 ， 熔化好 的聚合物熔体施加压力 ， 将 高温熔 体通过喷嘴和模具 的浇道 并通过试验对模拟分析结果进行 了验证 。 首先 ， 采用 Ｃ Ａ Ｅ 技术对 系统 射人预先 闭合 好的低温模腔 中 ， 最后 冷却定型 、 开启 模具就得 电话机 面板外 壳注塑成 型充填 ／后充 填 、保压 及冷 却过程 进行模 到具有一定几何形状和精度 的制品 。 早期的注塑成型方法主要用于 拟 ， 分析注塑成 型过程可 能出现 的熔 接线 、 气穴 、 沉降斑 、 体 积收缩 生产橡胶制 品 ， 随着橡胶工业的迅速发展 以及橡胶制 品应 用范围的 和翘曲变形等缺陷 ， 探讨合理 确 ．合模 装置是保证 成型模具可靠地 不断扩大 ， 已经推广应用到热固性塑料制品和一些塑料 复合 材料制 闭紧和实现模具启闭动作 及顶 出制 品的部件 ， 直接影 响成型制 品的 品的生产 中。目前 ， 除 了少数几种塑料外 ， 几乎所有的塑料都可以采 质量和生产效率。 结 束 语 用注塑成型 。据统计 ， 注塑制品约 占整个 塑料制 品总产 量的 ３ ０ ％， 全世 界 每 年 生 产 的 注 射 模 数 量 约 占所 有 塑料 成 型模 具 数 量 的 大 型厚壁橡胶 圈硫化 成型工 艺对于我 国橡 胶产 品的增 长具 有 ５ ０ ％ 。使得已在上 一周期塑化好 的熔 料高速注入模具而充满 型腔 ， 及其重 要的意义 ， 它是 现代橡胶 工业生长 的基本工作 手法 ， 而对 于 它是 为我 国橡 胶发展前 景的重 经短暂的保 压时间后 ， 螺杆旋转 ， 塑料通过螺杆 的螺槽 向前移动 。 此 橡胶产业模具 的优化设计研究来说 ， 过程 中， 由于剪切生热和料筒外部加热 ， 料筒 内塑料被加热塑化 。 由 大基础 。 于 己塑化的熔 料不 能在前 面被压 出 ， 因而反 向推压螺杆 向后移动并 参 考 文献 进行计量 ， 待螺 杆前部 的熔料 积存到所需 的数 量时 ， 螺杆就 会停止 ［ １ ］ 刘丽华 ， 李伟 ． 洗衣机 平衡 环盖 模 具设 计 【 Ｊ ］ ． 模具技术， ２ ０ １ ０ （ １ ） ： ４ —１ ６ ． 转动 。 然后进入第二次注射过程 ， 模腔被充满直至压力达到额定值 ， １ 即转入保 压工况 ， 待模具型腔 中的熔料冷却 固化 后开启模 具 ， 取 出 ｆ ２ １ 丰元凯． 新 中国乐器３ ７ － 业５ ０年ｆ Ｊ １ ． 乐器 ， ２ ０ １ ４ （ ５ ） ： １ ８ ， ２ １ ． 制品 （ 经简单修饰 即成成 品） ， 接着又进入一周期的循环操作。 ［ ３ 】 陈惠庆 ． 中 国乐器工业发 展 的战略 ［ Ｊ 】 ． 上 海轻 工业 ， ２ ０ １ ３ （ ４ ） ： Ｉ ２ － ４． 由于采用 了螺杆塑化装置 ， 并 通过料筒外 加热方式 ， 颗粒状橡 １ 胶得 以充分凝 聚 ， 便 于控制温度 和计量 。由于液压马达便 于实现低 ［ ４ １ 箭， 董 湘怀 ， 陈志 明等 ． 板 料成 形毛坯展 开方 法研 究…． 锻 压技 中速无级调速和有效过载保护 ， 故螺杆 驱动 通常采用液压 马达来 实 术 ． ２ ｏ ｏ ｏ （ ４ ） ： ２ １ — ２ ５ ． 现。 但随着注射量的增大 ， 预塑螺杆 的驱动方式也在变化 。 由于交流 电机是 以恒功率驱动 ， 而液压 马达则为恒扭矩 驱动 ， 对 于承受恒扭 ・Biblioteka ４ ０－ 科技 论坛
橡胶配方硫化体系的优化设计-1
CH3
CH3 CH2 C C CH2
Cl或Br
EPM EPDM EVM
CH3 CH2 CH2 CH2 CH
CH3 CH2 CH2 CH2 CH
CH CH3
CH2 CH2
CH2 CH C=O CH2
高反式结构 任意形共聚物 双键加氢饱和 异戊二烯含量2%以下
IIR的Cl或Br化物
任意形共聚物 EN型第三单体
CH2 CH2 CH CH2 CH CH
Cl
Cl Cl
CH2Cl CH2 CH O
CH2Cl CH2 CH O
CH2 CH2 O
丙烯酸酯橡胶
硅橡胶 ●乙烯基硅橡胶 ●氟硅橡胶 氟橡胶 ●氟26橡胶 ●四丙氟橡胶 ●氟化膦腈橡胶
ACM ANM
Q VMQ FVMQ
F FKM FPM
FZ
CH2 CH CH2 CH O=C OR OCH2CH2Cl
●二元乙丙橡胶
●三元乙丙橡胶
乙酸醋酸-乙烯酯橡胶
CR NBR HNBR IIR
Cl-IIR Br-IIR
Cl CH2 C= CH CH2 CH2 CH=CH CH2 CH2 CH
CN
CH2 CH2 CH= CH CH2 CH CN
CH3
CH3
CH2 C CH2 C =CH CH2
CH3
CH3
CH3
CH2 C CH2 C =CH CH2
今，实际使用最多的为硫磺硫化体系。对于 饱和橡胶因用硫磺无法硫化，故需改用过氧 化物、胺类等化合物进行交联。
橡胶硫磺硫化体系自1839年固特异发现 硫化法以来，已有170余年的悠久历史。经过 无机促进剂时代（1845年），有机促进剂时 代（1906年）和噻唑类M促进剂+硫化活性剂 时代（1925年）、AZ、CZ迟效型促进剂时代 （1937年）的发展变迁，以及1960年代有效硫 （TMTD）硫化体系的出现，现已成为最成熟 完善的橡胶配合技术加工方式。尤其是在半有 效硫硫化体系基础上发展起来的所谓“低硫 （磺）+高促（进剂）”的配方，更受青睐， 为各类橡胶制品所喜闻乐见。此外，大量硫 磺（30~45份）连同无机促进剂，还可配制 成类似硬质塑料的硬质胶。同时，中量硫磺 （10~15份）+有机促进剂，能够得到半硬质 胶和高硬橡胶。
模具硅橡胶材料热硫化工艺的有限元模拟
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式中
0 B "，3，…， 2 ! 可见，分段的数目 2 与数值计算的精度直接
相关 ! 2 越大，分段线性化的曲线与原函数曲线 就越逼近，数值计算的精度就越高 ! 因此，当把反应物系的热导率 % 、比定压热容 " 、密度! 视为常数，且把硫化反应热作为内热源 处理时，根据能量守恒原理，可得直角坐标系下平
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把式 （"&） 代入式 （"2） ，可得具有 678 原型边 界的硫化温度场的基本控制方程
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橡胶硫化的计算机模拟对于硫化橡胶类产品，确定其最优硫化时间是一个难题，即使是用简单的计算机模拟也是如此。
对于连续硫化挤出产品，升降温循环高压釜成型或者模压成型的硫化产品，传统的方法都是通过试验和误差分析来设定线速度，这样的结果就是严峻铺张生产力而且会产生很多废料。
甚至在确定最优硫化时间后，还是会随着有意的配方修改或者是原料成分的偶然变化而转变。
使用计算机模拟可以大大提高加工工程师和化学家精确预知最优硫化时间的力量。
然而这些模拟需要操作人员对他们所使用的部分有特别的了解,还需要在连续不断的试验室工作中付出巨大的努力,这样才能保持结果的精确性。
虽然作者没有任何统计数据来说明橡胶加工者使用计算机模拟硫化的状况,但是并不表明它们的应用很广泛或者是应用正在不断的增加（在被采纳的工厂里）。
假如状况真是这样的话，橡胶加工人员忽视了一种很有价值的可以提高生产效率和产品质量的工具。
橡胶硫化的化学动力学已经很清晰了。
计算机模拟需要的各种材料元素一般试验室设施都能供应，比如说孟山都公司的震荡圆盘流变仪（MonSantOoDR）。
通常是对理论和实践缺乏彻底的理解，以及缺乏投身于做试验室和工厂基本调查讨论的热忱，而这些调查讨论对计算机模拟的有效性特别重要。
硫化理论橡胶硫化主要有两种体系，包括有机过氧化物和硫化促进剂。
有机过氧化物在热的作用下分解，产生自由基。
这些自由基夺取了聚合物链上的氢，形成聚合物链自由基，这些聚合物链自由基相互依次结合, 形成交联点。
过氧化物分解的速率掌握了交联的速率。
分解反应是一阶反应，可由下式定义：A = A Q∙ e~kt(1)这里，A。
等于过氧化物的初始量，或者是100%；A等于任意时间t时的过氧化物的量；k等于反应速率常数，单位是sT。
速率常数是与温度有关的，依照方程：(2)这里k∣等于温度Tl时的速率常数；k?等于温度L时的速率常数；R等于抱负气体常数；Ea等于反应的活化能。
一阶化学反应可以数学类比于放射物衰变，过氧化物分解反应的半衰期（tl∕2）可以用来计算速率常数k：0.693G / 2在大多数橡胶试验室都可以找到的孟山都震荡圆盘流变仪可以用来确定材料交联的半衰期，由于震荡圆 盘流变仪的扭矩直接和硫化过程中形成的交联点数目有关。
厚橡胶制品硫化配方设计要点
厚橡胶制品硫化配方设计要点
厚橡胶制品硫化配方设计要点主要考虑以下几个方面：
1. 橡胶材料选择：根据所需制品的特性和用途，选择合适的橡胶材料，如天然橡胶、合成橡胶或两者的混合物。
2. 硫化剂选择：根据橡胶材料的特性和要求，选择合适的硫化剂，如硫、硫化物（如硫化亚砜、硫化二乙基）、过硫酸盐等。
硫化剂的选择将直接影响硫化性能和硫化速度。
3. 加速剂和活性剂选择：加速剂和活性剂可加快硫化反应速度，促进交联反应进行。
根据橡胶材料的特性和要求，选择合适的加速剂和活性剂。
常用的加速剂有硫化酰胺、硫酚类等，活性剂如氢化二苯并噻唑等。
4. 填料和增韧剂选择：根据制品的要求和性能，选择合适的填料和增韧剂来增加制品的硬度、耐磨性、强度等。
常用的填料有炭黑、白炭黑、二氧化硅等，常用的增韧剂有醇酸树脂、聚氨酯等。
5. 抗氧剂和防老剂：为了提高橡胶制品的耐老化性能，可以添加适量的抗氧剂和防老剂。
6. 调整硫化温度和时间：硫化温度和时间将直接影响硫化反应的进行和制品的性能，根据橡胶材料的特性和要求，合理调整硫化温度和时间。
7. 混炼过程：控制混炼过程中的搅拌速度、温度和时间，确保橡胶材料、硫化剂、加速剂等充分混合，避免出现不均匀的情况。
在设计厚橡胶制品硫化配方时，应综合考虑材料特性、制品性能要求以及硫化过程的控制等因素，确保制品的质量和性能。
橡胶厚制品不同部位硫化程度的研究
橡胶厚制品不同部位硫化程度的研究
橡胶厚制品不同部位硫化程度的研究
宋红光, 曾凡伟, 刘志坡, 赵兴波
【摘要】以一种橡胶厚制品硫化时间的设定为例，验证了“气泡点法”所确定的最短硫化时间的可靠性。
核磁共振（NMR）及差示扫描量热仪（DSC）的分析结果均表明，在“气泡点法”所确定的最短硫化时间下所生产的产品，各部位胶料的硫化程度均匀且硫化充分；产品实验表明，产品的刚度及粘接性能均良好。
【期刊名称】世界橡胶工业
【年(卷),期】2015(042)009
【总页数】6
【关键词】橡胶厚制品；硫化程度；交联密度；气泡点法
0 前言
橡胶厚制品不同部位的硫化程度以及厚制品硫化时间的确定,一直以来都受到关注。
由于橡胶属于热的不良导体,随着橡胶制品厚度的增加,各处胶料不能均匀、同步受热,其内外温度梯度也随橡胶层厚度的增加而增大,在一定的硫化时间内造成了相同硫化时间下,内外部胶料硫化程度的显著不同[1]。
制定硫化工艺时,首先要确保各部位胶料的充分硫化,即内部不欠硫、外部不过硫。
在这个前提下,还要确定最短的硫化时间,在保证产品质量的同时尽量提高生产效率。
通常温度梯度低谷处的胶料在硫化过程中最晚达到正硫化,且其硫化属于典型的变温硫化,很难通过简单的方法得知其硫化程度。
因而在确定硫化时间时,最重要的考量因素就是确保温度低谷部位胶料的充分硫化。
制定橡胶厚制品硫化工艺参数时,硫化三要素中的温度和压力根据技术人员的经。
橡胶配方硫化体系的优化设计(四)
于耐热及电绝缘制品，主要适合于ＩＩＲ，当然
亦可用在ＥＰＤＭ、ＮＲ中。 ４．１．４树脂交联
先决条件。首先要求硫化温度低，硫化时间 短，性能要稳定。各项性能最平衡的硫化促
进剂为噻唑类的ＤＭ以及由Ｍ衍生的次磺酰
可用于交联的树脂主要为低分子量的烷
胺类，尤其是对抗焦烧性有要求的制品。要
万方数据
界
表１６醌肟、树脂硫化配方之比较
４．２．１硫化性能 硫化曲线的平坦性是选择硫化促进剂的
于挤出及用热空气硫化的橡胶制品，一般仅
限于模压制品。用过氧化物交联的不饱和及
饱和橡胶的配方列示于表１５。 ４．１．３醌肟交联
醌肟有ＧＭ和ＤＧＭ两种主要类型，它不能
用于无双键的饱和橡胶，但可在１２０℃的较低 温度下交联。醌肟交联易焦烧，有污染性，
活性剂可采用Ｐｂ，Ｏ。、ＤＭ。这种交联方式多用
污染环境和设备，同时又可减少配合剂的损
橡胶的强伸性能等来评价分散性的好坏二
４．２．５
喷出性
硫化促进剂的喷出性多见于未硫化橡 胶，系由噻唑类、次磺酰胺类、秋兰姆类等 配合剂在硫化时产生的锌盐变成的残余物喷 现于橡胶表面而成。这种在橡胶表面上析出 硫化促进剂、硫磺等配合剂的喷出现象。常 给下道工序带来粘着不良、操作闲难，造成 最终橡胶制品的外观污损、功能欠缺等一系 列问题。已成为橡胶加工配合中的大忌．
次磺酰胺类因能形成多硫结合键多的交 联形态，因而可得到拉伸强度高、拉断伸长 率大的硫化（交联）橡胶。而秋兰姆、二硫 代氨基甲酸盐类产生的二硫化物及单硫化物
心地在密炼机内使用（混炼），它们的分 散性十分良好。这是因为混炼温度一般皆在 １００～１５０℃高温之下，硫化促进剂此时已完全
万方数据
第４０卷第１ １期
橡胶密封制品的有限元模拟与结构优化
2、橡胶制品有限元分析具体案 例分析
(1)轮胎分析：通过有限元分析，可以对轮胎的力学性能进行精确预测，从 而优化其结构设计，提高轮胎的使用性能和安全性。例如，对轮胎进行静力学分 析，可确定轮胎在不同工况下的变形和应力分布情况，避免轮胎在极端工况下出 现损坏或失稳现象。
(2)传动带分析：传动带是机械系统中重要的元件之一，其性能直接影响到 整个系统的稳定性和效率。通过有限元分析，可以对其传动力、传动效率、振动 等性能进行评估，进而优化传动带的设计和生产工艺。例如，对传动带进行动力 学分析，可确定其在不同转速和负载下的振动和疲劳寿命，提高传动系统的稳定 性和效率。
三、橡胶动态性能有限元分析的 未来展望
随着科技的不断发展，有限元分析在橡胶动态性能研究中的应用将更加广泛。 新的算法和计算能力的提升将使得对橡胶制品的动态性能进行更精细的模拟成为 可能。同时，随着材料科学和实验技术的发展，将为有限元模拟提供更准确的材 料模型和边界条件，从而进一步提高模拟的准确性。
橡胶密封制品的有限元模拟与 结构优化
基本内容
橡胶密封制品在工业和日常生活中应用广泛，如汽车、航空航天、电子产品 等领域。它们起着至关重要的作用，不仅可以防止气体和液体的泄漏，还可以防 止灰尘和污垢的侵入。为了提高橡胶密封制品的性能和可靠性，有限元模拟和结 构优化成为越来越重要的工具。
有限元模拟是利用数学方法模拟真实物理系统的过程，以获得系统在不同条 件下的行为和性能。在橡胶密封制品的有限元模拟中，通常选用橡胶材料属性， 如弹性模量、泊松比、剪切模量等，来描述其力学行为。同时，有限元模拟可以 预测和优化橡胶密封制品的结构，以获得最佳的性能。
结论：
有限元数值模拟已成为工程设计和科学研究的重要工具，对于橡胶制品的动 态性能分析具有特别的价值。通过对橡胶动态性能进行有限元模拟，我们可以预 测制品在实际工作环境下的行为，优化设计以改善其性能，并提高产品的可靠性 和使用寿命。
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情况相 符 。
料 的 热历 程 相 差 较大 。对 于 橡胶 厚 制 品 ， 如 何 降
低 橡 胶厚 制 品 内外 层 胶料 的硫 化差 异 ， 使 得 胶 料
各 处 均处 于合 理硫 化 效 应 范 围 内 ， 是 橡 胶厚 制 品
工 艺研究 的重要 内容 。
国 内有 学者 对橡 胶厚 制 品的硫 化工艺 进行 了 试 验研究 。傅彦杰 ｕ 采用Ｚ Ｌ Ｗ一 １ ６ 型智 能硫化 测温 仪 对 厚壁 圆桶形 橡胶 制 品进行 硫化 温度 的测 定 ，
６ ８ ９
Ｊ
一
（ ａ ０） ＝ （
作者简介： 刘海超 （ １ ９ ９ １ －） ， 男， 山东威海人 ， 北京化工大学在
读博士研究生 ， 主要 从事 高 分 子 材 料成 型 加 工 及 先进 制 造 技 术 限元模 型
根 据 实验室 现有 圆柱 形橡胶 厚 制 品硫 化试 验
６ ８ ８
橡
胶
工
业
２ ０ １ ６ 年第６ ３ 卷
橡 胶 厚 制 品硫 化 工艺 优 化 的数 值模 拟研 究
刘海超 ， 杨 卫民 ， 商文禄 ， 安 瑛， 张金 云 ， 谭
１ ０ ０ ０ ２ ９ ）
晶
（ 北 京 化工 大 学 机 电工 程 学 院 ， 北京
摘要 ： 利用Ａ ＮＳ ＹＳ 热 分 析模 块 ， 得 到 圆柱 形 橡 胶 厚制 品 在 传统 工艺 条 件 下 的 温 度变 化 过 程 ， 并绘 出制 品 不 同 位 鬣胶 料 的硫 化 效 应 曲 线 。根 据 橡 胶材 料 的硫 化 条件 ， 计 算 得 到 其 最小 硫 化 效 应及 最 大 硫 化 效应 ， 结 果 发 现 传 统工 艺 条 件 下 的 制 品 在 内层 达 到 最 小 硫 化效 应 时 外 层 严 重 过硫 。改 变 工 艺 条 件 ， 通 过ＡＰ Ｄ Ｌ 参 数 化 语 言设 计 ， 实 现 由５ 级硫化温度与９ 级 硫 化加 热 时 间 组 成 的４ ５ 组 不 同 工 艺 条件 的 循 环 分析 、 结 果 存 储 及 自动 筛 选 ， 得 到 硫化 质 量 满 足要 求 且 效 率相 对 较 高 的 工
本研 究 采 用有 限元 分 析方 法 ， 考 虑 橡 胶制 品 硫 化过 程 中的温 模 、 加 热 硫化 、 后硫 化 过程 ， 并 通 过ＡＰ Ｄ Ｌ 参 数 化 语 言设 计 ， 实 现４ ５ 组 不 同工 艺 条
件 的循 环 分 析 、 结果存储及组别筛选， 得 到不 同
工 艺条 件下 的制 品硫化 效应 以及符 合要 求 的工艺
组别。 １ 模 型建 立
橡胶 厚制 品硫 化试 验研究 普 遍存 在 的问题是 工作 量 大 ， 且 试 验 结果 可 靠 性 差 。对 于普 通 模压 成型， 大多采 用热 电偶 测温 法 ， 测 温线 容易 在硫 化 合 模 时发 生 位 移 甚 至断 裂 ， 增 加 了试 验 的 困难 。
模具 ， 建 立模具 及橡 胶制 品 的轴对称 几何 模型 ， 如
图１ 所 示 。模具 整 体尺 寸为 １ ４ ０ ｍｍ×１ ０ ０ ｍｍ，
通信 联 系 人
上模厚３ ５ ｍ ｍ， 下模厚１ ５ ｍ ｍ， 中模壁厚２ ０ ｍ ｍ； 橡
第 １ １期
刘海 超 等． 橡 胶 厚制 品硫 化 ｌ Ｉ 艺优 化 的数 值 模 拟 研究
艺组别 。结果表 明， 采用Ａ Ｐ Ｄ Ｌ 参数化语 言， 进行数值模拟分析， 能够实现橡胶厚制品硫化工艺条件的优化设计。
关键 词 ： 橡 胶厚 制 品 ； 硫化； 工艺 优 化 ； 数值 模 拟
中 图 分类 号 ： Ｔ Ｑ３ ３ ６ ； Ｔ Ｑ３ ３ ０ ． ６ ７ 文献 标 志 码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ０ — ８ ９ ０ Ｘ（ ２ ０ １ ６ ） １ １ — ０ ６ ８ ８ — ０ ５
结果表明， 制 品 中心 部 位 与外 表 面存 在 显 著 的差
异 。刘 斐 等乜 采 用 电磁感 应 加热 方 式硫 化 实心 轮 胎， 通 过调 整 线 圈排 布 方式 及 加 热参 数 对 方案 进 行优化 ， 轮 胎 纵 向硫 化 不 均 现象 得 到很 大改 善 。 宋红光 等口 采用“ 气 泡点 法” 确定 最小硫 化 时间 ， 据 此硫 化 的产 品各 部位 胶料 的硫 化程 度均 匀且 硫化 充分 。陈 国栋 等 Ｈ 对 不 同硫 化 时 间下 的厚 橡 胶制 品进 行 了不 同层 面 的解 剖 和 拉 伸强 度 测试 ， 最终 得到橡胶 厚制 品的正硫化 时间 。
硫化 是橡 胶制 品 生产 的最后 一个 工艺 过程 ，
对 不 同 工艺 条 件硫 化 效果 进 行 研究 ， 需 要 多 组 大
橡胶 硫化 质 量 的好 坏 直接影 响橡 胶制 品 的质量 。
橡胶 是热 的不 良导体 ， 在其硫 化过 程 中 ， 各 部位胶
量试 验 ， 任务 繁琐 ， 成 本过高 。 随 着 计算 机 技 术 发展 ， 差 分 法 与有 限元 方法 被 应用 于轮 胎等 橡胶 制 品 的硫 化模 拟 。毕超 等 ］
利 用 有 限元 技 术 对 轮胎 硫 化 过 程 进行 计 算 机 仿 真， 得 到硫 化 过程 中轮 胎温 度 分 布及 轮 胎硫 化 程 度 的变 化 情况 。赵 树 高 刮 采用 ＭＡ Ｒ Ｃ 有 限元 分 析软 件 分 析 了半 钢子 午 线轮 胎 １ ７ ５ ／ ７ ０ Ｒ１ ３ 在硫 化 过程 中各 部位 的受 热历 程 ， 计 算 结果 与 轮 胎硫 化 实 时测 温结 果 相 当吻 合 。闫相 桥 自行 开 发 了轮 胎硫 化 过 程 的有 限 元分 析 系统 ， 并采 用 该 软件 对 载重 子 午 线轮 胎 进 行仿 真 计算 ， 计算 结 果 与实 际
料 的 热历 程 相 差 较大 。对 于 橡胶 厚 制 品 ， 如 何 降
低 橡 胶厚 制 品 内外 层 胶料 的硫 化差 异 ， 使 得 胶 料
各 处 均处 于合 理硫 化 效 应 范 围 内 ， 是 橡 胶厚 制 品
工 艺研究 的重要 内容 。
国 内有 学者 对橡 胶厚 制 品的硫 化工艺 进行 了 试 验研究 。傅彦杰 ｕ 采用Ｚ Ｌ Ｗ一 １ ６ 型智 能硫化 测温 仪 对 厚壁 圆桶形 橡胶 制 品进行 硫化 温度 的测 定 ，
６ ８ ９
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一
（ ａ ０） ＝ （
作者简介： 刘海超 （ １ ９ ９ １ －） ， 男， 山东威海人 ， 北京化工大学在
读博士研究生 ， 主要 从事 高 分 子 材 料成 型 加 工 及 先进 制 造 技 术 限元模 型
根 据 实验室 现有 圆柱 形橡胶 厚 制 品硫 化试 验
６ ８ ８
橡
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业
２ ０ １ ６ 年第６ ３ 卷
橡 胶 厚 制 品硫 化 工艺 优 化 的数 值模 拟研 究
刘海超 ， 杨 卫民 ， 商文禄 ， 安 瑛， 张金 云 ， 谭
１ ０ ０ ０ ２ ９ ）
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（ 北 京 化工 大 学 机 电工 程 学 院 ， 北京
摘要 ： 利用Ａ ＮＳ ＹＳ 热 分 析模 块 ， 得 到 圆柱 形 橡 胶 厚制 品 在 传统 工艺 条 件 下 的 温 度变 化 过 程 ， 并绘 出制 品 不 同 位 鬣胶 料 的硫 化 效 应 曲 线 。根 据 橡 胶材 料 的硫 化 条件 ， 计 算 得 到 其 最小 硫 化 效 应及 最 大 硫 化 效应 ， 结 果 发 现 传 统工 艺 条 件 下 的 制 品 在 内层 达 到 最 小 硫 化效 应 时 外 层 严 重 过硫 。改 变 工 艺 条 件 ， 通 过ＡＰ Ｄ Ｌ 参 数 化 语 言设 计 ， 实 现 由５ 级硫化温度与９ 级 硫 化加 热 时 间 组 成 的４ ５ 组 不 同 工 艺 条件 的 循 环 分析 、 结 果 存 储 及 自动 筛 选 ， 得 到 硫化 质 量 满 足要 求 且 效 率相 对 较 高 的 工
本研 究 采 用有 限元 分 析方 法 ， 考 虑 橡 胶制 品 硫 化过 程 中的温 模 、 加 热 硫化 、 后硫 化 过程 ， 并 通 过ＡＰ Ｄ Ｌ 参 数 化 语 言设 计 ， 实 现４ ５ 组 不 同工 艺 条
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工 艺条 件下 的制 品硫化 效应 以及符 合要 求 的工艺
组别。 １ 模 型建 立
橡胶 厚制 品硫 化试 验研究 普 遍存 在 的问题是 工作 量 大 ， 且 试 验 结果 可 靠 性 差 。对 于普 通 模压 成型， 大多采 用热 电偶 测温 法 ， 测 温线 容易 在硫 化 合 模 时发 生 位 移 甚 至断 裂 ， 增 加 了试 验 的 困难 。
模具 ， 建 立模具 及橡 胶制 品 的轴对称 几何 模型 ， 如
图１ 所 示 。模具 整 体尺 寸为 １ ４ ０ ｍｍ×１ ０ ０ ｍｍ，
通信 联 系 人
上模厚３ ５ ｍ ｍ， 下模厚１ ５ ｍ ｍ， 中模壁厚２ ０ ｍ ｍ； 橡
第 １ １期
刘海 超 等． 橡 胶 厚制 品硫 化 ｌ Ｉ 艺优 化 的数 值 模 拟 研究
艺组别 。结果表 明， 采用Ａ Ｐ Ｄ Ｌ 参数化语 言， 进行数值模拟分析， 能够实现橡胶厚制品硫化工艺条件的优化设计。
关键 词 ： 橡 胶厚 制 品 ； 硫化； 工艺 优 化 ； 数值 模 拟
中 图 分类 号 ： Ｔ Ｑ３ ３ ６ ； Ｔ Ｑ３ ３ ０ ． ６ ７ 文献 标 志 码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ０ — ８ ９ ０ Ｘ（ ２ ０ １ ６ ） １ １ — ０ ６ ８ ８ — ０ ５
结果表明， 制 品 中心 部 位 与外 表 面存 在 显 著 的差
异 。刘 斐 等乜 采 用 电磁感 应 加热 方 式硫 化 实心 轮 胎， 通 过调 整 线 圈排 布 方式 及 加 热参 数 对 方案 进 行优化 ， 轮 胎 纵 向硫 化 不 均 现象 得 到很 大改 善 。 宋红光 等口 采用“ 气 泡点 法” 确定 最小硫 化 时间 ， 据 此硫 化 的产 品各 部位 胶料 的硫 化程 度均 匀且 硫化 充分 。陈 国栋 等 Ｈ 对 不 同硫 化 时 间下 的厚 橡 胶制 品进 行 了不 同层 面 的解 剖 和 拉 伸强 度 测试 ， 最终 得到橡胶 厚制 品的正硫化 时间 。
硫化 是橡 胶制 品 生产 的最后 一个 工艺 过程 ，
对 不 同 工艺 条 件硫 化 效果 进 行 研究 ， 需 要 多 组 大
橡胶 硫化 质 量 的好 坏 直接影 响橡 胶制 品 的质量 。
橡胶 是热 的不 良导体 ， 在其硫 化过 程 中 ， 各 部位胶
量试 验 ， 任务 繁琐 ， 成 本过高 。 随 着 计算 机 技 术 发展 ， 差 分 法 与有 限元 方法 被 应用 于轮 胎等 橡胶 制 品 的硫 化模 拟 。毕超 等 ］
利 用 有 限元 技 术 对 轮胎 硫 化 过 程 进行 计 算 机 仿 真， 得 到硫 化 过程 中轮 胎温 度 分 布及 轮 胎硫 化 程 度 的变 化 情况 。赵 树 高 刮 采用 ＭＡ Ｒ Ｃ 有 限元 分 析软 件 分 析 了半 钢子 午 线轮 胎 １ ７ ５ ／ ７ ０ Ｒ１ ３ 在硫 化 过程 中各 部位 的受 热历 程 ， 计 算 结果 与 轮 胎硫 化 实 时测 温结 果 相 当吻 合 。闫相 桥 自行 开 发 了轮 胎硫 化 过 程 的有 限 元分 析 系统 ， 并采 用 该 软件 对 载重 子 午 线轮 胎 进 行仿 真 计算 ， 计算 结 果 与实 际