橡胶加工的进化与发展

主题涵盖

背景

工艺复合性能和测量方法

橡胶系统的组成部分

交联

混合过程设计

过程变量和唯一性

量化过程

成型工艺设计

橡胶和热塑性塑料

弹性的计算机模拟

电脑设计模具

压缩成型

自动化,过程监控,控制和优化

优化方案

结论

背景

在过去的十年中,橡胶工业面临着对产品性能不断提高的需求,包括功能、使用环境的严酷程度和使用寿命。改进的产品设计程序、改进的材料和改进的制造工艺已经满足了这一挑战。欧洲杯足球竞彩在制造业中有重要的进化变化,这导致了产品质量和一致性的改善,可能在技术和组织变化之间平等地共享。

我们不可能指出过去十年中出现的少数关键的加工发展。自动化和计算机控制系统的上升趋势已经影响到橡胶加工的所有领域,为识别和消除不受控变量带来了新的机会。计算机方法也使工艺人员掌握了过程优化的强大技术。相比之下,我们只是最近才开始以一种实用和现实的方式来迎接加工设备定量设计所设定的挑战,尽管在过程建模方面的学术工作已有很长的历史。2020欧洲杯下注官网

工艺复合性能和测量方法

橡胶系统的组成部分

橡胶化合物是一种复杂的、具有化学活性的粘弹性材料,在实际生产过程中,在流动过程中会发生瞬态和永久的性能变化。欧洲杯足球竞彩许多都是两种或两种以上弹性体的混合物,几乎所有的弹性体都含有颗粒填料(炭黑、二氧化硅、瓷土、碳酸钙等)和化学交联系统,通常以硫为基础。此外,还使用润滑剂、增塑剂和有机工艺助剂来改善性能。典型的橡胶化合物是一种微复合材料,平均有12种成分。正是这些特性使材料行为和橡胶过程的建模成为如此困难的任务,并阻碍了加工问题的诊断。

交联

高效制造橡胶制品要求在交联之前完成成型过程,但是交联应尽可能快地进行。在交联(可选地命名为固化或硫化)期间,材料行为从主要是粘性变化,以主要是弹性的并且变形变得不可能。25年前可靠和快速的固化测试设备(CUERETERS)的出现提供了最重要的监测和控制橡胶复合2020欧洲杯下注官网物质的工具之一。然而,在等温越阳离子的等温调度附近,通过样品温度升高的效果不受影响,是一种相对近期的创新。

固化测试是橡胶工业的常规操作,与之相比,橡胶化合物流动特性的测量令人惊讶地不发达。门尼粘度计被广泛使用,但只提供经验的,单点测量条件下,远离那些在许多实际过程中遇到的条件。已经介绍了各种挤压和旋转流变仪的设计,但它们都未能成为常规的工业工具。主要原因是选择合适的测试条件的技术困难,耗时的程序,可能是最重要的,解释结果和将它们与过程性能联系起来的困难。在交联开始之前,可以从标准体积计以循环动态粘弹性特性的形式收集到一些流动特性的信息。按照这一开发思路,孟山都橡胶加工性能分析仪已经生产出了一种商业仪器,它可以在测试中探索应变振幅和频率对性能的依赖性,这种测试操作简单,并且能够进行预编程。只有时间才能证明这种仪器是否被橡胶工业广泛接受。

混合过程设计

过程变量和唯一性

所有橡胶产品制造都以混合过程开头,并且在下游工艺和最终产物中,橡胶化合物的行为受到在该过程中收到的处理受到的影响。橡胶混合通过批量处理,因此有机会通过操纵操作变量,与连续混合相比,混合处理更强烈地受搅拌机几何形状的影响,有机会在宽范围内变化。这使得处理器用单一混合系统混合各种化合物的基本能力。尽管如此,证明是非常难以从具有不同几何形状中混合的橡胶化合物中获得类似的性质。这些差异的原因相当明确。每个混合器设计将具有不同的热力学特性,并将赋予混合材料的不同应力和应变历史。欧洲杯足球竞彩还存在与类似设计的混合器相关的规模效应,但不同的尺寸,因此必须采取阳性步骤以确保在实验室混合器中产生的橡胶化合物可以转移到生产而没有发生的性质的实质性变化。实验室混合系统设置为良好的仿真仍然是罕见的。

量化过程

基于经验,专业知识,优化内部转子设计为一个特定范围的橡胶化合物存在于许多公司,但定量方法预测的效果混合几何和混合条件的房地产开发橡胶复合,从而提供了可行的设计工具,才刚刚开始显现。这是一个引起学术界和工业界广泛关注的问题。与此同时,工程的独创性和经验的专业知识继续产生进化的进展在混合机械。

成型Pr设计Ouresses.

橡胶和热塑性塑料

移动下游,出现类似的图表以进行挤出和成型工艺。两者都是高度发展的,但最近才开始用于设计和模拟的有效定量方法已经开始出现。在挤出中,可以从热塑性胶质挤出物中借用方法。橡胶挤出非常大约,相当于热塑性塑料熔融挤出。因此,螺钉设计的基本模型是相似的。然而,橡胶化合物在挤出机螺杆中的详细行为很好地从热塑性熔体的熔体中除去。粘度要高得多,并且更具弹性有时会表现出大量的壁滑和触变性,特别是在进料区中。此外,在橡胶挤出机中引入混合作用所需的复杂几何形状,用于有效的热传递和最小化热点,为数学制动器产生进一步的挑战。

弹性的计算机模拟

橡胶化合物的弹性也是模具设计中的复合因子。基于粘性流动分析的计算机辅助模具设计包是可商购的。这些使得能够确定模具的内部几何形状,使得围绕模射出口的周边的流速近似均匀,并且挤出物失真被最小化。虽然这种封装是强大的且有用的工具,但它们不能以任何精度来预测挤出物的形状。确定模具或挤出物溶胀的粘弹性回收受到橡胶化合物在流过挤出机头部的变形历史和模具期间的影响,并且在高度弹性化合物中,在挤出机的通道中可能存在残留的流量。拧紧。橡胶工业采用挤出机头部的短流动路径,模具,以最小化压降,温度升高和驱动挤出机所需的功率。因此,在材料从模具中出现之前,粘弹性记忆效应几乎没有时间褪色。能够模拟模芯流动中的一些粘弹性内存效果的计算机程序存在,但目前它们需要高水平的数学能力和非常强大的计算机。一种能够将粘弹性效应引入实际模具的设计并且能够在传统工作站上运行的用户友好型封装的设计无疑是一个重大挑战。 An associated challenge is to provide guidance on flow measurement methods easily accessible to the rubber industry which can be used to characterise the behaviour of rubber compounds for input to the design package.

电脑设计模具

由于注射成型对热塑性塑料行业的重要性,复杂的计算机辅助模具设计包的发展已经迅速。主要的市售包现在基于有限元方法。这种平行的开发有益于橡胶注射模具设计,但材料行为和典型的模具几何形状存在显着差异,这限制了两类材料的设计方法的共性。橡胶模制品与热塑性模制品相比厚壁 - 流动彻底三维,有良好的证据表明,通过喷射,橡胶填充模具的填充,而不是通过用于热塑性塑料的扩散流动。橡胶经历交联的事实是另一个关键差异,但在建模方面,不是主要的差异。显然,存在用于橡胶注射成型的现有计算机辅助模具设计方法的实质性范围。

压缩成型

虽然注塑成型近年来收到了大部分关注,但压缩成型仍然是橡胶工业的一个非常重要的过程,并且在制造薄壁或小横截面产品中,具有技术优势。由于用于这种产品的注塑模具中的长且限制的流动路径,可以发生大量分子取向,对尺寸控制和产品性能有不利影响。相比之下,压缩成型涉及短流动路径。主要挑战是创新过程设计之一,工程师进入压缩成型过程一级的自动化水平,使其在生产率和与注塑成型的一致性方面具有可比性。

自动化,过程监控,控制和优化

与其他过程工业相比,橡胶工业的自动化、仪表和控制水平不高。将现有方法应用于橡胶产品制造的机会很大,为此正在取得重大进展。这一领域的主导力量是技术转移,而不是创新。

优化方案

橡胶化合物和橡胶工艺的多变量性质促使使用许多公司采用统计实验设计和优化包。这些使得能够对要预测的系统的特定属性进行同时效果。这种套餐的主要属性是它们可以有效地在所研究的系统不完全理解的情况下使用,并且系统的基本模型不足。它们的主要缺点是它们需要大量的实验数据,并且只能模拟正在进行的实验所设定的边界内的系统。相比之下,基于系统的物理和化学的基本模型提供了可用于预测的工具,这些工具远远超出实验数据的边界,新的橡胶化合物和新的加工设备几何形状和条件。2020欧洲杯下注官网虽然统计实验设计包将继续成为优化的一个非常重要的工具,但在基本上发展的进一步进展,预测模型对于未来材料和流程的进步非常重要。欧洲杯足球竞彩

结论

橡胶工艺的开发框架是通过客户的需求来提高产品性能和一致性,以及由行业的独特性,其中制造商通常为每种产品制定不同的橡胶化合物。正是这种内部控制橡胶复合组合物,同时是行业的主要优势之一和其主要问题之一。这是一种力量,因为它为制造商提供了极大的灵活性,以满足客户需求。这是一个问题,因为商业上可行的加工设备和计算机辅助设计方法必须使用非常广泛的材料行为。2020欧洲杯下注官网欧洲杯足球竞彩在前一种情况下,难以优化设备设计和在后者中,必须表征每个橡胶化合物的性质以输入到计算机包装。2020欧洲杯下注官网然而,在上述环境中存在实质性范围。加工设备设计的持续发展,可以通过改善加工条件下的橡胶化合物的基本物理和化学行为和改进的计算机2020欧洲杯下注官网辅助设计工具来加速。改善对橡胶化合物成分对其加工行为的影响的理解也可以导致预测材料模型,这将避免每次开发或改变配方时对广泛测试的需求。欧洲杯足球竞彩可以概括为改进橡胶加工方法的新装饰品:

计算机辅助配方

混合机设计的有限元分析

计算机控制的加工性能测试

计算机建模与流量,固化和传热性能评价

有限元分析用于挤出机和成型机的设计和操作

模具设计的有限元分析。

这些只是广泛可能性的一些例子。只有最近,计算机辅助方法已经前进到他们已经开始具有优于橡胶工业的累计专业知识的程度。它们现在是最强大的工具,可用于实现加工技术所需的需求。在不久的将来的研究和开发机会看起来非常令人兴奋和挑战。

主要作者:Philip Freakley博士

资料来源:《材料欧洲杯足球竞彩世界》第4卷第2期194-96页,1996年4月

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