고무몰드의 스케일링 문제 해결

고무 가공 산업에서 금형 스케일링은 일반적인 현상입니다. 경화 과정에서 금형 벽에 침전물 층이 형성되고 후속 생산 주기에서 점차 축적됩니다. 이전 문헌에서는 금형 스케일링을 유발하는 다양한 요인의 영향에 대해 논의했습니다. 폴리머 고무 혼합물에 포함된 다양한 황화물(및 산화아연)의 경우, 황화아연이 경화 공정 중에 스케일을 유발하는 가장 성가신 반응 부산물인 것으로 밝혀졌습니다. 어떠한 반영구적 이형제나 영구(금속)코팅도 이러한 종류의 증착을 피할 수 없습니다. 결론은 스케일링은 초기에 금형에 부착된 황화아연(무기 침전물)에 의해 발생하고 회색 침전층을 형성한다는 것입니다. 온도에 따라 혼합물의 저분자량 성분이 황화아연의 미세 결정에 부착되어 두 번째 증착 단계(유기 증착)를 유발합니다. 산화 생성물은 일정 시간 내에 형성되어 탄소 침착을 유발합니다.
몰드 스케일링의 원인과 몰드의 금속 표면에 황화아연 미세결정이 형성되는 내부 메커니즘을 이해함으로써 황화아연 형성을 줄이고 몰드 스케일링을 방지하는 현재 공정 공정에 적합한 방법을 생산할 수 있습니다. . 스케일링의 원인을 연구하면 이러한 현상을 줄이는 것이 매우 가능합니다.
먼지 형성을 방지하거나 줄이는 두 가지 가능한 솔루션이 있습니다. 혼합물의 구성을 변경하거나 금형 표면을 개선하는 것입니다.
곰팡이 스케일을 줄이기 위해 혼합물의 구성을 변경하십시오.
산화아연 또는 가황으로 인한 곰팡이 스케일을 줄이거나 제거해야 합니다. 대부분의 침전물은 타이어 고무 제품에 일반적으로 사용되는 황화물 및 산화 아연 함량이 높은 것과 관련이 있습니다. 부피 기준으로 타이어는 세계에서 가장 큰 고무 제품입니다(최대 75%). 따라서 대부분의 실험은 타이어 제조에 흔히 사용되는 NR/BR 컴파운드와 SBR 컴파운드의 혼합물로 수행된다. 혼합물의 조성을 변화시켜 곰팡이 스케일을 감소시키는 측면에서 황화아연의 영향, 단기 가황 실험 및 화합물 조성의 영향을 조사하였다.
◆ 황화아연 측정
이 연구는 원래 먼지의 원인인 황화아연의 형성에 대한 조사에서 시작됩니다. 가황 실험은 금속 표면에 황화아연이 형성되었음을 보여주었다. 그림 1과 같이 1000-배율 현미경으로 인서트의 퇴적물을 감지하여 가시적인 초기 미세 결정을 결정한 다음 RMA 방법(Rontgen microanalysis)으로 분석합니다. RMA 요소 분석에서 다음의 존재를 감지했습니다. 아연과 유황. 검출된 황과 아연의 비율에 따라 미결정은 주로 불용성 황화아연으로 구성되어 있음을 알 수 있다(Fig. 2). 황화아연의 존재를 확인하기 위해 물리분석법(AP-TPR)을 이용하여 가황 후 혼합물 내 H2S 함량을 분석(간접법)한다. 철의 존재 하에서 황화아연의 형성 과정을 결정하기 위해 성형 가황 실험이 사용됩니다. 실험은 200도에서 산소 없이 폐쇄된 파이프라인에서 수행됩니다. 시험관에는 이소트리아콘탄, 산화아연, 황 및 고표면적 원소 철이 포함되어 있습니다. 이 실험에서 황화아연도 RMA에 의해 검출되었습니다. 예상대로, 두 실험 모두 황화아연의 형성을 보여주었다. 그러나 혼합물과 주형 사이의 계면에서 황화아연이 형성되거나 경화 과정에서 아연과 황의 반응 부산물로 ZnS가 형성된다는 증거는 없다.
고무 혼합물의 황화아연 함량을 측정하기 위해 다른 방법을 적용했습니다. 성형된 고무를 저온에서 분쇄하여 작은 입자로 만든 다음 아세톤으로 추출하고 염산과 초산의 혼합물로 처리합니다. 금속 황화물이 분해된다. 생성된 황화수소는 아세트산카드뮴 완충용액에 흡수되며, 형성된 황화카드뮴은 요오도법으로 측정한다. 또한 추출된 고무를 전자레인지에서 황산과 질산으로 가수분해한다. ICP-ES로 가수분해물을 스캔했습니다.
이러한 결과로부터 황화아연은 산화아연과 황의 반응 생성물로 형성된다는 결론을 내릴 수 있다. 가황 생산에서 이 반응 생성물을 사용할 수 있으며 고무 제품과 금형 표면 사이에 황화아연 미세 결정을 형성하는 데 유용합니다.
가장 받아들일 수 있는 가정은 황화아연이 산화아연과 황의 반응 생성물로 형성된다는 것입니다. 이 일반적인 화학 반응은 다양한 고무 설명서에 설명되어 있습니다. 단순화된 반응 메커니즘은 다음과 같습니다.
2RH + Sx + ZnO + (촉매) RS (x-1) - R + ZnS + H2O
대부분의 타이어 혼합물에는 100부당 산화아연 5부와 황 약 2부가 포함되어 있습니다. 타이어 혼합물의 경우 고무 100부(총 약 175부)를 기준으로 한 공식에 산화아연 2.8%(중량)와 황 1.1%(중량)가 포함되어 있다고 계산할 수 있습니다. 반응식으로부터 산화아연 1g당 약 0.6g의 황화아연이 생성된다는 것을 계산할 수 있습니다. 분명히 상당한 양의 황화아연이 생성될 수 있습니다. 사실, 타이어의 상층에 있는 황화아연만이 미정질 황화아연입니다(아마도 금속 표면에 의해 야기됨). 금형을 세척하기 전에 약 500번의 성형이 가능합니다.
◆ 실험
금형의 표면으로 사용되는 인서트(소형 금속판)는 원칙적으로 RMA법을 통해 황화아연 미세결정의 함유 여부를 쉽게 분석할 수 있는 것으로 알려져 있으나 이는 매우 고가의 시험이다. 따라서 인서트의 초기(눈에 보이는) 미세 결정을 결정하기 위한 간단한 테스트 방법이 개발되었습니다. 배율이 500인 광학 현미경을 사용하면 0.5~1미크론의 단일 미세 결정을 볼 수 있습니다. 미세 결정을 생산하기 위해 다양한 혼합물, 다양한 온도 및 시간으로 가황 실험을 수행했습니다. s-SBR 트레드 기반 혼합물과 NR/BR 혼합물 기반 중간 혼합물을 포함하여 두 가지 혼합물이 선택되어 표 1에 표시됩니다. 두 혼합물 모두 다양한 가황 실험을 위한 기본 화합물로 사용됩니다.
가황 실험을 수행하기 위해 최대 8개의 인서트에 적합한 간단한 프레스 금형을 제작합니다. 이 프레스 금형은 최대 20사이클의 단기 실험을 위해 제작되었습니다. 5회 연속 주기마다 인서트를 육안으로 검사하십시오. 이러한 방식으로 다양한 첨가제의 혼합 매개변수와 같은 다양한 매개변수 또는 금속 선택, 거칠기 또는 코팅과 같은 인서트와 관련된 매개변수를 감지할 수 있습니다. 두 가지 기본 타이어 혼합물에 대해 예비 실험을 수행했습니다. 타이어 혼합물을 160도에서 20분 및 200도에서 2분 동안 가황시켰다(데이터는 레오미터 곡선으로부터 계산됨). 결과는 육안 검사에서 발견된 황화 아연 미세 결정의 수에 차이가 없음을 보여주었습니다. 시간을 압축하기 위해 모든 추가 실험은 200도에서 수행되었습니다. 짧은 시간에 20번의 가황 실험 후 사출 성형을 통해 최대 500번의 가황 실험을 추가로 수행합니다.
◆ 혼합물 조성의 영향
▲ 아연의 선택
혼합물의 조성에 대한 실험을 수행하였다. 표시된 바와 같이 황화아연은 산화아연(또는 아연 함유 성분)과 황의 반응 생성물로 형성됩니다. 공식에서 유황 또는 황화아연을 제거하는 것은 쉽지 않습니다. 이 두 가지 구성 요소가 고무 공식에 필요하기 때문입니다. 천연 유황은 기계적 강도와 접착력을 향상시킬 수 있으며 산화아연은 ​​경화 시스템을 활성화할 수 있습니다.
레오미터 실험은 레오미터의 최대 토크를 변경하지 않고 산화아연의 수준을 5부에서 3부(고무 100부당)로 줄일 수 있으며, 이는 거의 2배로 줄일 수 있음을 보여줍니다. 그러나 이 수준의 감소에도 불구하고 황화아연의 침전물은 여전히 ​​뚜렷한 변화가 없습니다(표 2). 마찬가지로, 산화아연(RS)을 사용하는 것과 산화아연을 더 작은 입자 크기로 대체하는 것 사이에는 분명한 차이가 없습니다.
그러나 입자 크기가 40nm인 산화아연(동일 레오미터의 최대값) 대신 0.25부의 나노-산화아연을 사용하면 산화아연의 수준을 20배로 줄일 수 있으며, 퇴적물의 차이는 명백하다. 나노징크옥사이드를 이용한 단기 가황 실험에서 다이의 횟수는 최대 20사이클까지 사용하였으며 황화아연 증착은 없었다.