Tối ưu hóa thời gian lưu hóa cao su bằng phương pháp trường nhiệt độ kết hợp với mô phỏng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN VĂN HẢI TỐI ƯU HÓA THỜI GIAN LƯU HÓA CAO SU BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ KẾT HỢP VỚI MÔ PHỎNG LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC MÃ SỐ: 8520301 Cán hướng dẫn khoa học: TS PHAN THẾ ANH PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Đà Nẵng, 09/2019 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS PHAN THẾ ANH PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM Phản biện 1: TS Dương Thế Hy Phản biện 2: PGS.TS Lê Minh Đức Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật hóa học họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 27 tháng 09 năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa hóa, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng MỤC LỤC MỞ ĐẦU Mục tiêu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Những đóng góp luận văn Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 NGUYÊN LIỆU CHÍNH SỬ DỤNG TRONG SẢN PHẨM CAO SU 1.1.1 Cao su thiên nhiên 1.1.2 Cao su tổng hợp 1.1.3 Chất độn 1.1.4 Chất hóa dẻo 1.1.5 Chất lưu hóa 1.1.6 Chất xúc tiến 1.1.7 Chất trợ xúc tiến lưu hóa 1.1.8 Chất phòng tự lưu 1.1.9 Chất phịng lão hóa 1.1.10 Chất kết dính 1.1.11 Vật liệu sợi 1.2 THIẾT LẬP CÔNG THỨC PHA CHẾ VÀ CÔNG NGHỆ PHỐI TRỘN 1.2.1 Khái niệm thiết kế pha chế: 1.2.2 Thiết lập đơn pha chế 1.2.3 Công nghệ phối trộn 1.3 CÔNG NGHỆ LƯU HÓA CAO SU 1.3.1 Khái niệm lưu hóa 1.3.2 Các giai đoạn q trình lưu hóa 1.3.3 Cơ chế phản ứng lưu hóa cao su 1.3.5 Thời gian lưu hóa tương đương 1.3.6 Mức độ lưu hóa cao su 1.4.2 Năng lượng hoạt hóa (E) 1.4.3 Nhiệt dung riêng (C) 1.4.4 Hệ số dẫn nhiệt (λ) CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.3.1 Sơ đồ thực nghiệm 2.3.2 Thiết bị dụng cụ thí nghiệm 2.3.3 Nguyên vật liệu sử dụng thí nghiệm 2.3.4 Các hợp phần cao su quy trình phối trộn 2.3.5 Các quy trình thực nghiệm CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 11 3.1 XÁC ĐỊNH KHOẢNG NHIỆT ĐỘ LƯU HÓA PHÙ HỢP 11 3.1.1 Kết kiểm tra tính lưu biến cao su xác định thời gian lưu hóa mẫu 11 3.1.2 Kết kiểm tra tính lý cao su TR SB 11 Nhận xét: 11 3.2 ĐỘ LỆCH TỐC ĐỘ LƯU HÓA 12 3.2.1 Kết kiểm tra đặc tính kỹ thuật cao su mặt lốp 12 3.2.2 Kết kiểm tra lưu biến cao su SB với hàm lượng xúc tiến khác 12 3.2.3 Kết kiểm tra lý cao su SB với hàm lượng xúc tiến khác 12 3.2.4 Kết kiểm tra cường độ kết dính cao su TR SB12 3.2.5 Sự phụ thuộc cường độ kết dính vào độ lệch tốc độ lưu hóa 13 3.2.6 Xác định thời gian lưu hóa phù hợp hợp phần cao su 13 Nhận xét 14 3.3 TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ VÀ THỜI GIAN LƯU HÓA TƯƠNG ĐƯƠNG 14 3.3.1 Trường nhiệt độ lưu hóa 14 3.3.2 Tính lượng hoạt hóa hợp phần cao su 15 3.3.3 Tính thời gian lưu hóa tương đương điểm đo 16 Nhận xét 17 3.4 TỐI ƯU THỜI GIAN LƯU HÓA LỐP BẰNG PHƯƠNG PHÁP PTHH 17 3.4.1 Tính thông số nhiệt vật liệu 17 3.4.2 Mơ q trình lưu hóa phương pháp phần tử hữu hạn 18 Nhận xét 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 24 MỞ ĐẦU Hệ thống giao thông vận tải coi huyết mạch quan trọng tất kinh tế, vận tải khơng thể bị thay tính động, tiện lợi, thích nghi với địa hình phù hợp với cung đường Ngành vận tải hoạt động thiếu lốp xe cần thay sau thời gian sử dụng Lưu hóa cơng đoạn cuối quy trình cơng nghệ sản xuất lốp xe yếu tố góp phần định đến độ bền sản phẩm trình sử dụng Kết cấu lốp ơtơ phức tạp có chiều dày lớn, cao su có độ truyền nhiệt khơng bền nhiệt độ cao Vì lốp xe lưu hóa với thời gian chưa phù hợp tính sử dụng sản phẩm bị suy giảm nghiêm trọng, tuổi thọ sử dụng sản phẩm giảm xuống làm giảm tính cạnh tranh sản phẩm thị trường, đồng thời lượng cao su phát thải tăng lên, gây ô nhiễm môi trường Theo dịng chảy q trình cơng nghiệp hóa giới, năm gần việc sản xuất sản phẩm cao su (lốp xe) có xu hướng dịch chuyển nước phát triển, có Việt Nam Tuy nhiên việc phát triển khoa học công nghệ đầu tư nghiên cứu để tiến đến làm chủ ngành cơng nghiệp cịn hạn chế Hiện Việt Nam, nhà máy sản xuất sản phẩm cao su chủ yếu dựa vào phương pháp tính theo tỉ lệ chiều dày sản phẩm để ước lượng thời gian lưu hóa mà chưa có nghiên cứu tính tốn cách khoa học Chính mà chất lượng sử dụng sản phẩm khơng tốt, suất lao động thấp chi phí sản xuất cao Vì tơi chọn đề tài “Tối ưu hóa thời gian lưu hóa cao su phương pháp trường nhiệt độ kết hợp với mô phỏng” để nghiên cứu làm luận văn thạc sĩ Mục tiêu đề tài - Xác định thời gian lưu hóa tối ưu cho sản phẩm cao su có kết cấu phức tạp chiều dày lớn Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Sản phẩm cao su có chiều dày lớn, lốp ơ-tơ tải radial tồn thép (quy cách 11.00R20/HI79) Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Đề tài nghiên cứu làm sở cho việc nghiên cứu hợp phần cao su có tính chất lý cơng nghệ đáp ứng yêu cầu sử dụng thực tế nghiên cứu chuyên sâu tính kết dính, truyền nhiệt cao su - Kết nghiên cứu đề tài ứng dụng để tính tốn thời gian lưu hóa cho sản phẩm cao su có kết cấu phức tạp chiều dày lớn, nhằm góp phần nâng cao chất lượng sử dụng, tăng suất giảm thiểu chi phí sản xuất Những đóng góp luận văn - Đánh giá ảnh hưởng thông số nhiệt cao su đến q trình lưu hóa - Chứng minh phụ thuộc độ lệch tốc độ lưu hóa đến cường độ kết dính lớp cao su liên tiếp - Xác định phương pháp tính tốn thời gian lưu hóa cao su cách có hệ thống khoa học Cấu trúc luận văn - Mở đầu - Chương 1: Tổng quan lý thuyết - Chương 2: Đối tượng, nội dung phương pháp nghiên cứu - Chương 3: Kết thảo luận - Kết luận kiến nghị - Tài liệu tham khảo CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 NGUYÊN LIỆU CHÍNH SỬ DỤNG TRONG SẢN PHẨM CAO SU 1.1.1 Cao su thiên nhiên 1.1.2 Cao su tổng hợp 1.1.3 Chất độn 1.1.4 Chất hóa dẻo 1.1.5 Chất lưu hóa 1.1.6 Chất xúc tiến 1.1.7 Chất trợ xúc tiến lưu hóa 1.1.8 Chất phịng tự lưu 1.1.9 Chất phịng lão hóa 1.1.10 Chất kết dính 1.1.11 Vật liệu sợi 1.2 THIẾT LẬP CÔNG THỨC PHA CHẾ VÀ CÔNG NGHỆ PHỐI TRỘN 1.2.1 Khái niệm thiết kế pha chế: Thiết kế pha chế cao su dựa vào yêu cầu tính sản phẩm cao su điều kiện công nghệ để lựa chọn chủng loại tỷ lệ sử dụng nguyên vật liệu cách hợp lý nhằm đảm bảo hài hịa tính học vật lý, tính cơng nghệ giá thành sản phẩm 1.2.2 Thiết lập đơn pha chế - Trong hợp phần cao su cao su nguyên liệu tính 100 phr, loại nguyên liệu khác tính theo cao su nguyên liệu 1.2.3 Cơng nghệ phối trộn 1.3 CƠNG NGHỆ LƯU HĨA CAO SU 1.3.1 Khái niệm lưu hóa Q trình nhằm thay đổi tính chất lý tốt hơn, làm xuất biến dạng đàn hồi cao cao su tác dụng chất lưu hóa nhiệt độ gọi q trình lưu hố cao su Tính chất lý cao su phụ thuộc vào nhiêt độ, thời gian áp suất nén lưu hóa cao su 1.3.2 Các giai đoạn q trình lưu hóa Q trình lưu hóa cao su chia làm giai đoạn Hình 1.6 - Giai khởi đầu lưu hóa (AB) - Giai đoạn bán lưu hóa (BC) - Giai đoạn lưu hóa tối ưu (CD) - Giai đoạn lưu (DE) Hình 1.6 Đồ thị giai đoạn lưu hóa cao su 1.3.3 Cơ chế phản ứng lưu hóa cao su Cơ chế phản ứng lưu hóa lưu huỳnh với có mặt xúc tiến lưu hóa chia thành giai đoạn sau: Giai đoạn hình thành muối kẽm; giai đoạn hình thành polysulfide mercaptan; giai đoạn mạch đại phân tử cao su liên kết polysulfide mercaptan; giai đoạn hình thành liên kết ngang; giai đoạn ổn định mạng lưới 1.3.4 Vận tốc lưu hóa Vận tốc lưu hố cao su xác định dựa giá trị nghịch đảo thời gian lưu hoá cần thiết để nhận hợp phần cao su với tính kỹ thuật tối ưu Hằng số vận tốc xác định phương trình Arrhenius (1.3) −E k = S eR.T (1.3) Mức độ phụ thuộc vận tốc lưu hoá xác định lượng hoạt hoá E trình lưu hố 1.3.5 Thời gian lưu hóa tương đương Thời gian lưu hóa tương đương khoảng thời gian lưu hóa cần thiết nhiệt độ biểu kiến khơng đổi để lưu hóa hợp phần cao su nhằm đạt tính chất lý tính chất lý hợp phần cao su lưu hóa điều kiện nhiệt độ thực tế Thời gian lưu hóa tương đương xác định theo công thức sau: + Khi biết hệ số nhiệt độ q trình lưu hóa K thay đổi nhiệt độ lưu hóa T khoảng thời gian lưu hóa t 𝑡 teq = ∫0 𝐾 𝑇− 𝑇0 10 𝑑𝑥 (1.4) + Khi biết lượng hoạt hóa E thay đổi nhiệt độ lưu hóa T khoảng thời gian lưu hóa t t E 1 ( − ) T0 T t eq = ∫0 eR dx (1.5) Điều kiện lưu hóa sản phẩm có chiều dày lớn phải lựa chọn cho đương lượng thời gian lưu hóa nằm vùng lưu hóa q trình lưu hóa vật liệu điều kiện nhiệt độ biểu kiến không đổi 1.3.6 Mức độ lưu hóa cao su Mức độ lưu hóa tính tỉ số thời gian lưu hóa tương đương (teq) t90, đơn vị phần trăm (%) 1.4 CÁC THÔNG SỐ NHIỆT CỦA VẬT LIỆU 1.4.1 Hệ số nhiệt độ lưu hóa (K) Khi có thời gian lưu hóa t1, t2 hợp phần cao su hai nhiệt độ lưu hóa T1, T2 khác xác định hệ số nhiệt độ lưu hóa K theo cơng thức (1.6) 10 B- Quy trình xác định độ lệch tốc độ lưu hóa  Sử dụng cố định hợp phần cao su TR sản xuất DRC  Phối trộn hợp phần cao su SB thay đổi hàm lượng xúc tiến NOBS  Xác định thời gian lưu hóa t90 nhiệt độ 150oC  Dán hợp cao su TR với mẫu SB có tốc độ lưu hóa t90 khác nhau, lưu hóa mẫu kiểm tra cường độ kết dính bóc tách  Vẽ đồ thị tương quan cường độ kết dính y độ lệch tốc độ lưu hóa x (%) xác định phương trình tương quan y = f(x) Từ tính độ lệch giới hạn theo cường độ kết dính yêu cầu  Sử dụng độ lệch để kiểm tra phù hợp tốc độ lưu hóa hợp phần cao su sử dụng lốp nhằm đảm bảo tính kết dính sau lưu hóa C- Quy trình xác định trường nhiệt độ lưu hóa tính thời gian lưu hóa tương đương điểm đo Trường nhiệt độ hàm số tọa độ thời gian t = f(x,y,z,t) Dùng cặp nhiệt điện cắm vào vị trí cần khảo sát nhiệt, thông qua phận chuyển đổi từ điện sang nhiệt độ để ghi lại trình thay đổi nhiệt theo thời gian Đương lượng thời gian lưu hóa tính theo cơng thức (1.5) D- Quy trình mơ q trình lưu hóa phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) Để xác định điểm chín cuối tồn sản phẩm luận án sử dụng phần mềm CORONA - ứng dụng phương pháp PTHH để phân tích Đương lượng thời gian lưu hóa phương pháp tính theo công thức (1.4) 11 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 XÁC ĐỊNH KHOẢNG NHIỆT ĐỘ LƯU HÓA PHÙ HỢP 3.1.1 Kết kiểm tra tính lưu biến cao su xác định thời gian lưu hóa mẫu Kết thực nghiệm cho thấy tăng nhiệt độ lưu hóa, tốc độ phản ứng lưu hóa tăng nhiệt độ tăng lên 10oC tốc độ phản ứng tăng lên khoảng lần khoảng từ 1,91 đến 2,12 Điều hoàn toàn phù hợp với động học phản ứng xảy nhiệt độ thấp Tuy vây, nhiệt độ lưu hóa tăng từ 130 đến 170oC mức độ tăng momen (MH-ML) có xu hướng giảm dần Kết chứng tỏ nhiệt độ lưu hóa cao mức độ suy giảm tính lý tăng lên 3.1.2 Kết kiểm tra tính lý cao su TR SB Khi tăng nhiệt độ lưu hóa mẫu từ 130oC đến 170oC tương ứng với thời gian lưu hóa giảm lý có biến đổi sau: + Modul (ứng lực định dãn) độ cứng hợp phần cao su có xu hướng giảm dần, đồng thời độ dãn dài tăng lên + Độ bền kéo đứt cao su TR có suy giảm nhỏ độ bền kéo đứt cao su SB có suy giảm rõ rệt + Độ bền xé rách cao su SB có xu hướng giảm độ bền xé rách cao su TR có xu hướng ngược lại theo chiều tăng nhiệt độ lưu hóa + Độ chịu mài mịn cao su TR có xu hướng giảm dần theo chiều tăng nhiệt độ lưu hóa + Lực kết dính cao su SB với sợi mành thép có xu hướng hình thành đỉnh khoảng nhiệt độ lưu hóa 145oC đến 155oC Nhận xét: Yêu cầu việc sử dụng lốp xe tuổi thọ sử dụng độ an toàn lốp vận hành Căn vào kết thí nghiệm 12 đạt được, nhằm đảm bảo đồng thời khả chịu mài mịn cao su mặt lốp, sức dính cao su cán tráng với sợi mành kim loại tính lý khác, nên chọn khoảng nhiệt độ lưu hóa lốp từ 145 ÷155oC Trong phần tính tốn tối ưu thời gian lưu hóa lốp luận văn, ta chọn nhiệt độ 150oC làm nhiệt độ biểu kiến cho việc tối ưu thời gian lưu hóa lốp 3.2 ĐỘ LỆCH TỐC ĐỘ LƯU HÓA 3.2.1 Kết kiểm tra đặc tính kỹ thuật cao su mặt lốp (TR) 3.2.2 Kết kiểm tra lưu biến cao su SB với hàm lượng xúc tiến khác Khi tăng hàm lượng chất xúc tiến điểm lưu hóa ts1 có thay đổi khơng đáng kể, tốc độ lưu hóa điểm t50, t70, t90, t100 có gia tăng đáng kể, mức độ lưu hóa đạt cao gia tăng tốc độ lưu hóa thể rõ rệt 3.2.3 Kết kiểm tra lý cao su SB với hàm lượng xúc tiến khác Với thay đổi không lớn độ bền kéo đứt độ bền xé rách mẫu thí nghiệm khẳng định mức độ ảnh hưởng chất lý mẫu cao su thí nghiệm đến cường độ kết dính khơng đáng kể Xem kết thí nghiệm cường độ kết dính lớp cao su bị ảnh hưởng tốc độ lưu hóa 3.2.4 Kết kiểm tra cường độ kết dính cao su TR SB Sức dính lớp cao su tốt thí nghiệm SB2 (tương ứng với hàm lượng xúc tiến 0,9 phr), sau tăng hàm lượng xúc tiến lên sức dính giảm dần 13 3.2.5 Sự phụ thuộc cường độ kết dính vào độ lệch tốc độ lưu hóa Xét mối tương quan cường độ kết dính với giá trị điểm lưu hóa t90 cao su ta nhận thấy giá trị t90 mẫu SB2 tương đương với t90 TR Như cường độ kết dính lớp cao su liên tiếp (dán hợp) sau lưu hóa độ lệch tốc độ lưu hóa có mối liên hệ với biểu diễn đồ thị Hình 3.9 Hình 3.9 Đồ thị phụ thuộc cường đồ kết dính với độ lệch %t90 Sự phụ thuộc cường độ kết dính lớp cao su dán hợp mơ tả phương trình y = - 0.0079*x2 - 0.08*x + 48.309 Theo tiêu chuẩn DRC lực bám dính tối thiểu hợp phần cao su TR cao su SB 25 N/mm Từ phương trình suy mức lệch cho phép tối đa tốc độ lưu hóa (t90) thành phần cao su là: x~ 50 (%) 3.2.6 Xác định thời gian lưu hóa phù hợp hợp phần cao su Quy cách lốp 11.00R20/HI79 sử dụng hợp phần cao su T113, U510, B830, C870, I910 cho khu vực mặt lốp, cần 14 kiểm tra tốc độ lưu hóa hợp phần cao su để phục vụ cho việc tối ưu hóa thời gian lưu hóa lốp Kết kiểm tra tính tốn cho thấy độ lệch tốc độ lưu hóa t90 hợp phần cao su liên tiếp thỏa mãn không lớn 50% Nhận xét Hàm lượng xúc tiến hợp phần cao su định đến tốc độ lưu hóa tính lý sản phẩm cao su sau lưu hóa Độ lệch tốc độ lưu hóa (t90) hợp phần cao su khác liên tiếp có ảnh hưởng lớn đến cường độ kết dính sau lưu hóa chúng Cường độ kết dính đạt giá trị lớn giá trị t90 hợp phần cao su tương đương Khi độ lệch t90 gia tăng sức dính giảm dần Với mức chênh lệch tốc độ lưu hóa t90 hợp phần cao su liên tiếp khơng q 50% cường độ kết dính chúng đáp ứng yêu cầu sử dụng sản phẩm 3.3 TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ VÀ THỜI GIAN LƯU HÓA TƯƠNG ĐƯƠNG 3.3.1 Trường nhiệt độ lưu hóa Chọn khu vực vai lốp có chiều dày lớn để khảo sát Dùng cặp nhiệt điện cắm vào vị trí #1, #2, #3, #4 khu vực mặt lốp mơ tả Hình 3.11 Hình 3.11 Bản vẽ mặt cắt quy cách lốp 11.00R20/HI79 15 Lốp lưu hóa thời gian 56 phút mở khn, q trình khảo sát nhiệt tiếp tục nhiệt độ điểm đo giảm khoảng 110oC Trường nhiệt độ lưu hóa điểm đo lốp thể Hình 3.12 Hình 3.12 Trường nhiệt độ lưu hóa điểm đo Nhiệt độ cao điểm đo suốt q trình lưu hóa cần nằm phạm vi giới hạn cho phép để tính lý tổng hợp cao su không bị suy giảm Nhiệt độ cao q trình lưu hóa điểm #1, #2, #3 nằm giới hạn 145-155oC, phù hợp với kết nghiên cứu phần 3.1 Riêng điểm #4 điểm nằm lớp cao su tầng lót trong, lớp sử dụng cao su butyl halogen hóa, cao su bền nhiệt độ cao giới hạn nhiệt độ lưu hóa đến 170oC Do kết trường nhiệt độ lưu hóa đảm bảo tính lý cao su sau lưu hóa lốp 3.3.2 Tính lượng hoạt hóa hợp phần cao su Từ cơng thức (1.7) suy E = 0,001987 T1 T2 t ln T2 − T1 t2 (Kcal/mol) Từ tính giá trị lượng hoạt hóa hợp phần cao su sau: T113 23,56; U510 22,98; B830 25,94; C870 25,00; I910 18,96 (Kcal/mol) 16 3.3.3 Tính thời gian lưu hóa tương đương điểm đo Từ trường nhiệt độ lưu hóa lượng hoạt hóa, tính thời gian lưu hóa tương đương điểm đo theo cơng thức (1.5) Kết tính thời gian lưu hóa tương đương điểm đo thể Hình 3.14 Hình 3.14 Thời gian lưu hóa tương đương điểm đo Tại thời điểm 56 phút, mức độ lưu hóa điểm đo đạt 100% theo t90, riêng điểm #2 (T113) điểm 3# (B830) đạt 76,83% 73.03% Sau mở khuôn, nhiệt độ lớp cao su bên tiếp tục trì trình lưu hóa tiếp tục xảy ra, lúc thời gian lưu hóa tương đương điểm #2, #3 tiếp tục tăng lên (Hình 3.14 – giai đoạn hậu lưu hóa) Tại thời điểm 60,33 phút, mức độ lưu hóa tất điểm đo đạt 100% theo t90 Từ thời điểm 97,5 phút, thời gian lưu hóa tương đương điểm khơng tiếp tục tăng, q trình lưu hóa cao su thực kết thúc 17 Kết nghiên cứu cho thấy q trình lưu hóa kết thúc thời gian lưu hóa tương đương điểm nằm giới hạn an tồn lưu hóa (khơng có điểm rơi vào vùng lão hóa) Nhận xét Dùng phương pháp cặp nhiệt điện đo trường nhiệt độ q trình lưu hóa sản phẩm cao su điểm đo Q trình lưu hóa sản phẩm cao su có chiều dày lớn q trình lưu hóa với biến đổi nhiệt độ suốt trình lưu hóa Khi mở khn lưu hóa, mức độ lưu hóa lớp cao su bên đạt khoảng 73%, q trình lưu hóa tiếp tục diễn cần thêm khoảng 4,33 phút điểm đạt đến mức độ lưu hóa 100% Q trình lưu hóa thực kết thúc nhiệt độ giảm mức 110oC 3.4 TỐI ƯU THỜI GIAN LƯU HÓA LỐP BẰNG PHƯƠNG PHÁP PTHH 3.4.1 Tính thơng số nhiệt vật liệu A- Tính hệ số nhiệt độ lưu hóa K - Từ cơng thức (1.6), ta tính hệ số nhiệt độ lưu hóa trung bình K hợp phần cao su sau: T113 1,95; U510 1,91; B830 2,08; C870 2,02; I910 1,79 B- Tính nhiệt dung riêng hợp phần cao su Nhiệt dung riêng hợp phần cao su tính theo cơng thức (1.8) kết tính sau: T113 427; U510 431; B830 413; C870 415; I910 428 (Kcal/(m3.K)) 18 C- Tính hệ số dẫn nhiệt hợp phần cao su Hệ số dẫn nhiệt hợp phần cao su tính theo cơng thức (1.9) kết tính tốn sau: T113 0.17; U510 0.17; B830 0.17; C870 0.17; I910 0.18 3.4.2 Mô q trình lưu hóa phương pháp phần tử hữu hạn Việc mơ q trình lưu hóa tiến hành phần mềm CORONA để mô khu vực mặt lốp xác định trường nhiệt độ lưu hóa mục 3.3 với mơ hình cấu trúc mơ theo Hình 3.15 cấu trúc hình học khu vực mô mặt lốp – quy cách 11.00R20/HI79 Hình 3.16 Hình 3.15 Mơ hình cấu trúc mô 19 Gắn vào khu vực mô hệ trục tọa độ (OJI) với trục OJ cách mép mặt lốp X4 mm, trục OJ qua đường tâm rãnh hoa lốp Vì đường rãnh hoa gân hoa có tính đối xứng nên cần mơ nửa khối hoa Hình 3.16 Mơ hình cấu trúc hình học lốp khu vực mặt lốp Kích thước hình học khu vực mô quy cách lốp 11.00R20 HI79 sau : Y = 20, Y1 = 4, NL = 17, NL1 = 23, NL2 = 34, NL3 = 37, Chọn X1 = X2 = X3 = X4 = X = NL3 Xác định tọa độ điểm #1, #2, #3, #4 xác định trường nhiệt độ q trình lưu hóa thực tế đương lượng thời gian lưu hóa mục 3.3 sau: #1 (20,1), #2 (20,20), #3 (20,23), #4 (20,37), tiến hành khai báo thơng số cấu trúc hình học, thông số nhiệt vật liệu, nhiệt độ ban đầu, nhiệt độ mốc thời gian trình lưu hóa 20 A- Kết mơ Theo kết mô phỏng, phút 56 (mở khuôn) thời gian lưu hóa tương đương (phút) điểm có tọa độ (J,I) đạt theo Bảng 3.23 Bảng 3.23 Thời gian lưu hóa tương đương mơ điểm đo (tương ứng với mục 3.3) J 10 14 17 20 BTP I 27.71 27.71 27.71 27.71 27.71 27.71 T113 20 18.88 17.88 15.15 13.82 13.32 13.20 T113 20 19.28 18.27 15.51 14.17 13.67 13.54 U510 23 17.82 17.37 15.91 14.97 14.58 14.48 U510 23 16.44 16.00 14.58 13.67 13.29 13.19 B830 37 46.73 46.73 46.73 46.73 46.73 46.73 I910 Tiến hành so sánh thời gian lưu hóa tương đương phương pháp PTHH với phương pháp trường nhiệt theo Bảng 3.24 Bảng 3.24 Bảng so sánh thời gian lưu hóa tương đương phương pháp Tọa độ #1(1,20) BTP Phương pháp đo trường nhiệt độ Phương pháp PTHH T113 27.70 27.71 T113 13.25 13.20 U510 13.49 13.54 U510 14.45 14.48 B830 13.36 13.19 I910 46.58 46.73 #2(20,20) #3(23,20) #4(37,20) 21 Thời gian lưu hóa tương đương cao su điểm phương pháp tương đồng Vậy mô phương pháp PTHH phần mềm CORONA cho kết tương đồng với phương pháp trường nhiệt độ đo trực tiếp B- Xác định điểm lưu hóa cuối lốp Dịch chuyển tọa độ điểm với bước nhảy 1mm theo trục I bước nhảy vị trí 1, 5, 10, 14, 17, 20 mm theo trục J, đồng thời thay đổi hệ số nhiệt độ lưu hóa K tương ứng với loại cao su ta có thời gian lưu hóa tương đương điểm theo đồ thị Hình 3.17 Hình 3.17 Đồ thị thời gian lưu hóa tương đương lớp Trên đồ thị Hình 3.17 ta thấy lớp qua tâm khối hoa (lớp Hình 3.17) phân bố thời gian lưu hóa tương đương thấp Do điểm lưu hóa chậm loại cao su nằm lớp Đồ thị biểu diễn mức độ lưu hóa lớp cao su theo Hình 3.18 22 Điểm lưu hóa cuối Hình 3.18 Mức độ lưu hóa điểm đường tâm khối hoa Hình 3.19 Vị trí điểm lưu hóa cuối lốp 23 Theo đồ thị Hình 3.18 điểm uốn điểm tiếp giáp loại cao su Điểm cực tiểu nhỏ đồ thị điểm có mức độ lưu hóa thấp – điểm lưu hóa cuối lốp Điểm có tọa độ (20,23), thuộc vùng cao su B830 Như mức độ lưu hóa lốp tính theo mức độ lưu hóa điểm có tọa độ (20, 23), vị trí điểm lưu hóa cuối biểu thị Hình 3.19 Nhận xét Với thời gian mơ lưu hóa quy cách lốp 11.00R20/HI79 56 phút mức độ lưu hóa hợp phần cao su tất điểm đạt 72%, kết tương đương với phương pháp trường nhiệt độ phần 3.3 Như q trình lưu hóa tiếp tục diễn sau mở khuôn đạt đến mức độ lưu hóa 100% Phương pháp phần tử hữu hạn xác định mức độ lưu hóa điểm, từ tìm điểm lưu hóa cuối q trình lưu hóa sản phẩm Q trình mơ cho thấy mức độ lưu hóa đạt hợp phần cao su chưa có đồng bộ, hợp phần cao su U510, C870, I910 đạt đến mức độ tương đương 100%, hợp phần cao su khác B830, T113 đạt khoảng 72 đến 76% Cần điều chỉnh tăng tốc độ lưu hóa hợp phần cao su T113, B830 để mức độ lưu hóa đạt có đồng giảm thời gian lưu hóa nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm tối thiểu chi phí sản xuất Trên sở chất lượng sản phẩm (quy cách lốp 11.00R20/HI79) ổn định trình sử dụng, mức độ lưu hóa lốp đạt 72% mở khuôn sở để xác định thời gian lưu hóa cho sản phẩm khác 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Hợp phần chủ yếu cao su thiên nhiên đạt tính lý tổng hợp tốt nhiệt độ lưu hóa từ 145 đến 155oC Khi lưu hóa sản phẩm cao su nên khống chế để nhiệt độ cao không vượt giá trị tối đa Tốc độ lưu hóa hợp phần cao su cần có điều chỉnh phù hợp để đảm bảo mức độ lưu hóa đồng lớp cao su toàn sản phẩm Tuy nhiên phải ý đến giới hạn độ lệch tốc độ lưu hóa t90 hợp phần cao su liên tiếp nhằm đảm bảo cường độ kết dính chúng Với sản phẩm có u cầu cao cường độ kết dính mức giới hạn khoảng 50% Phương pháp PTHH xác định điểm lưu hóa chậm hợp phần cao su điểm lưu hóa cuối tồn sản phẩm lưu hóa Từ tính thời gian lưu hóa tối ưu cho sản phẩm sở đảm bảo hài hòa tính lý hợp phần cao su q trình sử dụng Q trình lưu hóa sản phẩm cao su có chiều dày lớn trình lưu hóa với biến đổi nhiệt độ suốt q trình lưu hóa Khi mức độ lưu hóa điểm chậm chín đạt khoảng 72% mở khn q trình lưu hóa tiếp diễn nhiệt độ giảm xuống mức 110oC Kiến nghị Trên sở kết luận văn mức độ lưu hóa đạt khoảng 72% mở khn q trình lưu hóa tiếp diễn để đạt đến mức độ lưu hóa tối ưu, tiếp tục nghiên cứu mức độ ảnh hưởng áp lực nén ép đến chất lượng sản phẩm theo mức độ lưu hóa cao su Từ xác định thời điểm mở khn phù hợp để cân đối chất lượng sản phẩm chi phí sản xuất ... chiều dày lớn nhiệt độ lưu hóa lớp cao su có khác Nhiệt độ thấp cao Cùng với thời gian lưu hóa, nhiệt độ bên lớp tăng dần đến nhiệt độ lưu hóa Như thời gian lưu hóa sản phẩm cao su có chiều dày... đương lượng thời gian lưu hóa nằm vùng lưu hóa q trình lưu hóa vật liệu điều kiện nhiệt độ biểu kiến khơng đổi 1.3.6 Mức độ lưu hóa cao su Mức độ lưu hóa tính tỉ số thời gian lưu hóa tương đương... nhiệt độ lưu hóa phù hợp cho hợp phần cao su khác lốp xe để làm sở cho việc tính tốn tối ưu thời gian lưu hóa lốp - Xác định độ lệch tốc độ lưu hóa tốc độ lưu hóa phù hợp hợp phần cao su - Xác