مطالعه‌ی مروری بر سینتیک، سازوکار و مدل‌سازی ریاضی فرایند ولکانیزاسیون در آمیزه‌های لاستیکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری تخصصی، گروه مهندسی پلیمر، دانشکده‌ی‌ مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

2 تهران-خیابان جلال آل احمد- پل نصر-دانشگاه تربیت مدرس-دانشکده مهندسی شیمی-گروه مهندسی پلیمر

چکیده

یکی از مرحله‌های مهم در تولید قطعه‌های لاستیکی، ولکانیزاسیون آن‌ها تحت حرارت درون قالب است. ولکانیزاسیون یا پخت مرحله‌یی زمان‌بر و پرهزینه است و کیفیت آن نقش اساسی بر خواص نهایی فراورده‌های لاستیکی دارد. بهینه‌سازی زمان لازم برای حرارت‌دهی برای ولکانیزاسیون، تضمین‌کننده‌ی حفظ کیفیت و البته زمان، انرژی و هزینه‌ی مصرفی است. دست‌یابی به درجه‌ی ولکانیزاسیون یکنواخت در تمام نقاط قطعات ضخیم، یکی دیگر از چالش‌های مهم در صنعت لاستیک به‌شمار می‌رود. بدین ترتیب مدل‌سازی و پیش‌بینی سینتیک پخت مهم است. این مقاله‌ی مروری به بررسی سازوکار و مدل‌های ارائه شده در زمینه‌ی سینتیک پخت گوگردی می‌پردازد. برای این منظور، در ابتدا سینتیک و ماهیت اتوکاتالیستی پخت گوگردی مورد بحث قرار می‌گیرد. مدل‌های موجود درزمینه‌‌ی ولکانیزاسیون به دو دسته‌ی پدیده‌نگری و مکانیزمی تقسیم می‌شود. مدل‌های پدیده‌نگری مرحله‌های ‌مختلف ولکانیزاسیون را به‌صورت گسسته مدل کرده و توانایی پیش‌بینی کل فرایند را ندارد. علاوه بر این فهم درستی از شیمی و فیزیک واکنش ارائه نمی‌دهد. مدل‌های مکانیزمی با در نظر گرفتن
سازوکار واکنش، توانایی مدل‌سازی یکپارچه‌ی سینتیک پخت را دارند. هم‌چنین ثابت‌های موجود در این مدل‌ها در توصیف ناحیه‌های مختلف نمودار پخت، از معنای فیزیکی درستی برخوردارند. در این مقاله به بررسی این مدل‌ها پرداخته و به مزیت‌ها و عیب‌های آن‌ها در پیش‌بینی فرایند پخت اشاره شده است.

کلیدواژه‌ها


1. Stoesse F., Thermal Safety of Chemical Processes, Wiley- VCH Verlag Gmbh & Co. Kgaa, Weinheim, Germany, 311- 334, 2008.
2. Upadhyay S. K., Chemical Kinetics and Reaction Dynamics, Anamaya & Copublished by Springer, New Delhi, India, 1- 45, 2006.
3. Kayode Coker A., Modeling of Chemical Kinetics and Reactor Design, Gulf Publishing Company, Houston, Texas, United States of America, 1- 58, 2001.
4. Kamal M.R., Sourour S., Kinetic and Thermal Characterization of Thermoset Cure, Polymer Engineering and Science, 13(1), 59- 64, 1973.
5. Ding R., Leonov A. L., An Approach to Chemorheology of A Filled SBR Compound, Rubber Chemistry and Technology, 72, 361- 383, 1999.
6. Ding R., Leonov A. I., A Kinetic Model for Sulfur Accelerated Vulcanization of a Natural Rubber Compound, Journal of Applied Polymer Science 61,455-463, 1996.
7. Ghosh P., Katare S., Patkar P., Caruthers J.M., et al, Sulfur vulcanization of natural rubber for benzothiazole accelerated formulations from reaction mechanisms to a rational kinetic model, Rubber Chemistry and Technology 76, 592-693, 2003.
8. Piloyan G., Ryabchikov I., Novikova O., Determination of Activation Energies of Chemical Reactions by Differential Thermal Analysis, Nature 212, 1229-1230, 1966.
9. Kamal M.R., Ryan M., The Behavior of Thermosetting Compounds In Injection Molding Cavities, Polymer Engineering Science 20, 859- 867, 1980.
10. Isayev A., Deng J., Nonisothermal Vulcanization of Rubber Compounds, Rubber Chemistry and Technology 61, 340-361, 1988.
11. Rafei M., Ghoreishy M.H.R., Naderi G., Development of an Advanced Computer Simulation Technique for The Modeling of Rubber Curing Process. Computational Materials Science 47, 539- 547, 2009.
12. Ding R., Leonov A. I., Coran A. Y., A study of the vulcanization kinetics of an accelerated sulfur SBR compound, Rubber Chemistry and Technology 69, 81-91, 1996.
13. Krejsa M. R., Koenig J.L., A review of sulfur crosslinking fundamentals for accelerated and unaccelerated vulcanization, Rubber Chemistry and Technology 66, 376-410, 1993.
14. Campbell R.H., Wise R.W., Vulcanization. Part I. Fate of Curing System during the Sulfur Vulcanization of Natural Rubber Accelerated by Benzothiazole Derivatives, Rubber Chemistry and Technology 37, 635-649, 1964.
15. Campbell R.H., Wise R.W., Vulcanization. Part II. Fate of Curing System during Sulfur Curing of Nr Accelerated by MBT Derivatives and Activated by Zinc Stearate, Rubber Chemistry and Technology 37, 650-667, 1964.
16. Coran A.Y., Vulcanization part VI A model and treatment for scorch delay kinetics, Rubber Chemistry and Technology 37, 689- 697, 1964.
17. Wang P. Y., Qian H. L., Yu H.P., Chen J., Study on Kinetic of Natural Rubber Vulcanization by Using Vulcameter, Journal of Applied Polymer Science 88, 680– 684, 2003.
18. Jeong J- H., Moon C.W., Leonov A.I., Quirk R.P., Cure kinetics for silane coupled silica filled SBR compounds, Rubber Chemistry and Technology 75, 93-109, 2002.
19. Fan R- L, Zhang Y., Huang C., Gong P., Zhang Y-X., Simulation and verification for sulfur accelerated vulcanization of gum natural rubber compound, Rubber Chemistry and Technology 75, 287- 297, 2002.
20. Han I. S., Chung C.B., Lee J. W., Optimal cure or rubber compounds with reversion type cure behavior, Rubber Chemistry and Technology 73, 101-113, 2000.
21. Milani G., Milani F., EPDM Accelerated Sulfur Vulcanization: A Kinetic Model Based on a Genetic Algorithm, Journal of Mathematical Chemistry 49, 1357-1383, 2011.
22. Milani G., Milani F., Direct and Closed Form Analytical Model for The Prediction of Reaction Kinetic of EPDM Accelerated Sulphur Vulcanization, Journal of Mathematical Chemistry 50, 2577- 2605, 2012.
23. Milani G., Effective GA approach for a direct evaluation of reaction kinetic within EPDM accelerated sulphur crosslinking, Journal of Mathematical Chemistry 51, 465- 491, 2013.
24. Likozar B., Krajnc M., Kinetic and Heat Transfer Modeling of Rubber Blends Sulfur Vulcanization with N-t-Butyl-benzothiazole-sulfenamide and N,N- Di- t-butyl- benzothiazole-sulfenamide, Journal of Applied Polymer Science, 103, 293-307, 2007.