Санкт-Петербург
Производство резино-технических изделий (РТИ), в частности, литьем под давлением требует вполне определенной продолжительности нагревания перерабатываемой каучуковой смеси для ее вулканизации. В то же время ее свойства могут изменяться от одного цикла литья к другому, что может сопровождаться появлением различий в показателях качества РТИ и неоправданным увеличением продолжительности цикла. Непрерывный мониторинг процесса вулканизации позволяет снизить уровень брака и повысить производительность литьевого оборудования и рентабельность производства в целом.
Для повышения качества вулканизации сырой резиновой смеси, существует система непрерывного контроля времени вулканизации. Основной ее целью является повышение производительности оборудования за счет контроля и достижения требуемой степени вулканизации сырых каучуковых смесей с помощью ультразвука (УЗ). Система позволяет определять оптимальное время вулканизации каучуковых смесей в процессе каждого цикла литья под давлением. Она характеризуется двумя важными преимуществами:
- оптимальное время вулканизации можно определять в процессе непрерывного контроля непосредственно в литьевой форме,
- в соответствии с разработанным алгоритмом сразу по окончании процесса вулканизации автоматически подается соответствующий сигнал на обогреваемую форму, после чего она открывается.
Преимущества этой новой системы не ограничиваются исключительно уменьшением продолжительности процесса изготовления изделий: ее применение способствует улучшению и повышению воспроизводимости качества вырабатываемой продукции. Работа системы основана на непрерывном способе контроля промышленного производства литьевых РТИ.
Конструкция
Система состоит из УЗ-преобразователя результатов измерений, волновода, распределительного шкафа и промышленного персонального компьютера с сенсорным экраном. Внутри литьевой формы расположен находящийся в контакте со стенками ее оформляющей полости волновод с низким акустическим сопротивлением. УЗ-преобразователь результатов измерений расположен на внешней стороне и соединен с волноводом.
Система снабжена программным алгоритмом, с помощью которого осуществляется определение оптимального времени вулканизации. По истечении требуемого времени выдержки форма автоматически открывается. Процесс практически не требует вмешательства оператора.
Технология ультразвуковых измерений
Преобразователь результатов измерений через волновод посылает со скоростью упругой волны УЗ-импульс (импульс УЗ-колебаний, создаваемых в результате обратного пьезоэлектрического эффекта) сквозь массу резиновой смеси; отраженный от противоположной стенки формы и возвращающийся во время паузы между импульсами сигнал (эхо-сигнал) регистрируется тем же волноводом (прямой пьезоэлектрический эффект), выполняющим в период паузы между импульсами функцию датчика прибора и передающим его на преобразователь, на котором упругие колебания превращаются в электрические. При этом фиксируется так называемое «время полета» - время прохождения сигнала, прошедшее между моментами его подачи и регистрации датчиком.
Положительные результаты получены при тестировании смесей на основе натурального каучука, бутадиенакрилонитрильного каучука, смеси натурального и бутадиенового каучуков, хлоропренового каучука и этиленпропиленового каучука с перекисными поперечными связями.
Определение максимального времени вулканизации
В процессе вулканизации при повышении температуры и давления сначала наблюдается увеличение «времени полета» прохождения сигнала, после чего оно начинает снижаться. Максимальная степень вулканизации соответствует времени, при котором производная параметра «времени полета» по времени вулканизации достигает своего максимума. Причиной этого является увеличение плотности каучуковой смеси вследствие усадки, которая в свою очередь обусловлена сшиванием макромолекулярных цепей обрабатываемого. Было установлено также, что коэффициент теплового расширения имеет минимальное значение в момент достижения максимальной степени вулканизации. Это подтверждается характером кривой давления, которая именно в это время имеет наименьший угол подъема.
Из их анализа изменения параметра «времени полета» при различных циклах вулканизации следует, что максимум циклов вулканизации можно объяснить более высокой температурой формы. Необходимо обеспечить более стабильную степень вулканизации от цикла к циклу, так как для каждого цикла формования устанавливается его оптимальная продолжительность.
Результаты
Целесообразность использования системы проверены путем измерения жесткости резиновых изделий. Измерения проводились при температуре формы 155 ОС и 170 ОС и при различной продолжительности выдержки. Жесткость образцов литьевых изделий (кгс/мм) измеряли при нагрузке 32 кгс. В результате испытаний было выявлено соответствие между временем термообработки для достижения максимальной степени вулканизации и максимальной величиной жесткости.
Таким образом, существует корреляция между этим показателем и максимальной плотностью сшивания макромолекулярных цепей.
Заключение
Время, необходимое для оптимальной вулканизации каучуковых смесей при литье под давлением, необходимо определять непрерывным способом с помощью системы УЗ-преобразования. Одновременно эта система обеспечивает автоматическое открывание формы после достижения максимального значения требуемого времени выдержки (оптимальное время вулканизации). Важными преимуществами этого способа контроля и управления являются уменьшение времени цикла и более стабильное качество производимой продукции.