가황이란 무엇입니까? 직접적인 답변
가황은 폴리머 사슬 사이에 가교결합을 생성하여 끈끈하고 유동성이 있는 생고무를 강하고 탄력 있고 내구성이 있는 제품으로 전환하는 화학 공정입니다. 대부분의 범용 엘라스토머의 경우, 황은 가교제이며 반응은 열, 시간 및 압력에 의해 진행됩니다. . 이 과정은 되돌릴 수 없습니다. 고무가 가황되면 녹거나 모양을 바꿀 수 없습니다.
이 발견은 1839년 찰스 굿이어(Charles 좋음year)가 실수로 유황 처리된 천연 고무를 뜨거운 난로에 떨어뜨렸을 때 재료가 다시 끈적거리지 않고 굳어지는 것을 발견한 것으로 알려져 있습니다. 그 관찰이 현대 고무 산업을 탄생시켰습니다. 오늘날 O-링, 호스부터 신발 밑창, 컨베이어 벨트까지 모든 고무 제품은 기능을 수행하기 전에 가황 단계를 거칩니다.
명심해야 할 주요 사실:
- 유연한 성형품의 유황 사용량은 일반적으로 1.0~3.5phr(고무 100개당 부품)입니다.
- 가황천연고무는 고무 화합물에서 20-30 MPa의 인장 강도에 도달하고 강화 충전제를 사용하면 그보다 더 높습니다.
- 경화 온도 범위는 폴리머와 경화 시스템에 따라 140~200°C입니다.
- 적절하게 경화된 부품은 변형 후 원래 모양을 회복하며 가열 시 더 이상 부드러워지지 않습니다.
가황 뒤의 화학
유황이 고무 사슬을 가교시키는 방법
천연 고무 및 기타 디엔 중합체는 골격에 이중 결합을 포함합니다. 경화 온도에서 이러한 결합은 열리고 황과 반응하여 인접한 사슬 사이에 황 다리를 형성합니다. 단황화물, 이황화물, 다황화물 등의 가교는 사슬을 3차원 네트워크로 고정합니다. 가황 전에 체인은 스트레스를 받아 서로 미끄러집니다. 가황 후에 네트워크는 탄력적으로 늘어나서 다시 늘어납니다. 가교 밀도로 알려진 브리지 수는 최종 부품의 경도, 모듈러스 및 탄력성을 설정합니다.
촉진제와 활성화제는 경화를 실용적으로 만듭니다.
황만으로는 너무 느리게 반응하므로 직접 가열하면 결과가 고르지 않게 됩니다. 실용적인 화합물은 반응 속도를 높이고 제어하기 위해 촉진제(티아졸, 설펜아미드, 티우람, 디티오카바메이트)와 산화아연 및 스테아르산과 같은 활성화제에 의존합니다. 대표적인 범용 경화 패키지에는 황 1.5~2.5phr, 촉진제 0.5~1.5phr, 산화아연 3.0~5.0phr, 스테아르산 1.0~2.0phr이 포함되어 있습니다. 가속기 대 황 비율에 따라 가교 유형이 결정됩니다. 고황, 저 가속기 시스템은 우수한 피로 수명을 갖는 유연한 다황화 결합을 형성하는 반면, 저황, 고가속기(EV) 시스템은 낮은 압축 변형으로 열에 안정한 단일 황화 결합을 형성합니다.
많은 공장에서는 구매를 통해 투여를 단순화하고 계량 오류를 방지합니다. 사전 혼합된 유황 촉진제 패키지 배합 공급업체로부터. 경화 패키지의 일관된 분산은 배치 간 경화 일관성을 직접적으로 향상시킵니다.
맞춤형 유황 가속기 제조업체, 공급업체 유황촉진제는 고무가황촉진제를 말한다. 고무 가공 중에 유황 자체는 고무와 천천히 반응하여... 제품보기 → | 황 함량(phr) | 가교 캐릭터 | 경도/유연성 | 일반적인 애플리케이션 |
|---|---|---|---|
| 1.0-2.0 | 저밀도, 다황화 | 부드럽고 유연성이 뛰어남 | 고무줄, 얇은 시트 |
| 2.0-3.5 | 중간 밀도 | 균형 잡힌 모듈러스와 탄성 | 씰, 개스킷, 호스, 성형품 |
| 5.0-15 | 고밀도 | 단단하지만 약간 탄력이 있음 | 롤러, 배터리 케이스, 경질 고무 |
| 25-50 | 매우 높은 밀도 | 단단한 에보나이트 | 에보나이트, 절연 부품 |
가황이 고무 특성을 어떻게 변화시키는가
생고무 vs. 가황고무
그 차이는 극적입니다. 원시 천연 고무는 끈적거리고 따뜻해지면 부드러워지고 추운 날씨에는 굳어지고 갈라지며 지속적인 하중을 받으면 영구적으로 흐릅니다. 가황 고무는 천연 고무의 경우 약 -40 ~ 100°C에서 탄성을 유지하고 오일과 용제에 훨씬 더 잘 견디며 반복 변형 후에 원래 모양으로 돌아갑니다. 대부분의 화합물에서 인장 강도의 변화만으로도 5~10배 향상됩니다.
| 재산 | 가공되지 않은(경화되지 않은) 고무 | 가황고무 |
|---|---|---|
| 인장강도 | 1-3MPa | 20-30MPa(검), 25-40MPa(충전) |
| 탄력적 회복 | 불량하고 영구적인 흐름 | 탁월하고 거의 완전한 회복 |
| 가열되었을 때의 행동 | 부드러워지고, 끈적해집니다 | 경화 온도까지 안정적 |
| 차가운 행동 | 경화 및 결정화 | 서비스 범위의 유연성 유지 |
| 용매 및 내유성 | 불량, 높은 붓기 | 훨씬 개선됨, 폴리머에 따라 다름 |
가교 밀도가 결정적인 요소인 이유
가교결합이 너무 적으면 부품이 약하고 덜 경화된 제품처럼 거동합니다. 너무 많으면 네트워크가 너무 단단해져서 고무가 늘어나지 않고 부러집니다. 효과적인 복합 설계는 응용 분야에 맞는 가교 밀도를 목표로 합니다. 진동 방지 마운트는 스퀴지 블레이드와 다른 균형이 필요하며 둘 다 인쇄 롤러와 다릅니다. 이해하기 고무재료의 특성 모든 응용 분야에 대해 경화 수준이 왜 그렇게 신중하게 설정되었는지 더 쉽게 알 수 있습니다.
경화 시스템 비교
모든 가황이 동일한 화학 물질을 사용하는 것은 아닙니다. 최종 부품의 기계적 및 열적 요구 사항에 따라 어떤 시스템을 선택할지 결정됩니다.
| 경화 시스템 | 가교형 | 내열성 | 압축 세트 | 복귀 위험 | 일반적인 폴리머 |
|---|---|---|---|---|---|
| 기존 유황(2.0~3.5phr) | 폴리설파이드 | 박람회 | 좋음 | 보통에서 높음 | NR, SBR, NBR |
| 반효율적(반EV) | 폴리/모노 혼합 | 좋음 | 좋음 | 낮음~보통 | 씰, 성형품 |
| 효율적(EV) | 대부분 단황화물 | 우수 | 우수 | 낮음 | 내열성 씰, 개스킷 |
| 과산화물 | 탄소-탄소 | 우수 | 우수 | 없음 | EPDM, 실리콘, FKM, HNBR |
| 금속 산화물 | 이온 | 보통 | 좋음 | 낮음 | 클로로프렌(CR) |
치료 시스템을 선택하는 방법
타이어, 마운트, 충격 흡수 장치 등 동적 하중을 위한 천연 고무 및 SBR 제품은 일반적으로 피로 저항을 위해 기존 또는 반 EV 시스템을 사용합니다. 엔진실 씰과 같은 내열성 애플리케이션은 EV 또는 과산화물 시스템을 선호합니다. 과산화물 경화 EPDM 및 실리콘은 가장 낮은 압축 영구 변형을 제공하지만 과산화물 유형은 폴리머의 열 이력 및 부품의 벽 두께와 일치해야 합니다.
산업용 가황 장비 및 방법
가열 프레스의 압축 성형
성형품의 주력 제품은 유압식 가황 프레스입니다. 작업자는 사전 성형된 블랭크를 가열된 금형에 넣고 프레스를 닫은 다음 필요한 경화 시간 동안 압력을 유지합니다. 150-180 °C의 압반 온도와 15-25 MPa의 클램핑 압력이 일반적입니다. 진공 프레스는 완전히 클램핑하기 전에 캐비티를 비우고 공기 포집, 기포 및 복잡한 부품의 채워지지 않은 모서리를 방지함으로써 한 단계 더 발전합니다.
밀도와 표면 요구 사항이 까다로운 기술 부품의 경우 진공 핫 프레싱 가황 기계 선호하는 생산 선택입니다. 경화 전 공기를 제거하는 것은 두꺼운 부분과 경도가 높은 화합물에 특히 중요합니다.
맞춤형 진공 핫 프레싱 기계 제조업체, 공급업체 이 기계는 다양한 고무 및 플라스틱 제품을 가황하는 기계입니다. 그것은 타이밍 금형 잠금, 자동 사전 기능을 가지고 있습니다 ... 제품보기 → 대용량 정밀 부품용 사출 성형
사출 성형은 나사 장치의 고무를 가소화한 후 가열된 폐쇄형 금형에 주입하여 경화가 일어나는 방식입니다. 컴파운드가 이미 가열된 캐비티에 도달하기 때문에 사이클 시간은 압축 성형보다 짧습니다. O-링, 커넥터 씰 및 소형 정밀 개스킷은 일반적으로 이러한 방식으로 생산됩니다. 트레이드 오프는 툴링 및 기계 비용이 높기 때문에 사출 성형은 생산량이 투자를 상각할 만큼 충분히 클 때 성과를 냅니다.
대면적 제품을 위한 오토클레이브 및 벨트 프레스
롤러, 고무 라이닝 탱크, 케이블 조인트 및 컨베이어 벨트는 표준 프레스 내부에 들어갈 수 없습니다. 이들 제품은 가압 증기 또는 뜨거운 공기 하의 오토클레이브에서 경화되거나 연속 벨트 프레스 및 회전 경화를 통해 경화됩니다. 주요 장점은 넓은 표면에 걸쳐 균일한 압력을 가할 수 있다는 점이며, 이는 고무와 직물 또는 금속 기재 사이의 접착에 매우 중요합니다.
압출 프로파일의 연속 경화
자동차 웨더 스트립, 씰 프로파일, 호스 및 코드는 압출기에서 나오는 동안 지속적으로 경화됩니다. 세 가지 주요 방법은 열풍 터널, 마이크로파 터널, 염욕(LCM)입니다. 마이크로파 경화는 프로파일을 체적적으로 가열하여 두꺼운 단면의 경우 빠르게 경화합니다. 소금욕은 열 전달이 뛰어나지만 나중에 부품을 철저히 세척해야 합니다.
A 고무 공압출 및 마이크로웨이브 경화 라인 압출기, 마이크로웨이브 터널, 열기 섹션, 냉각조 및 운반을 하나의 제어된 프로세스에 결합하므로 고출력 프로파일 생산을 위한 표준 선택입니다.
맞춤형 고무 공압출 및 마이크로웨이브 경화 생산 라인 제조업체, S 복합 고무의 마이크로파 연속 가황 생산 라인에서 작업 중 환경 보호 조치에 대한 연구... 제품보기 → 공정 매개변수 및 경화 곡선
레오미터 곡선 읽기
이동 다이 레오미터는 고정된 온도에서 시간 경과에 따른 경화 상태를 기록합니다. 생산에는 세 가지 숫자가 중요합니다: 스코치 시간(ts2), 가교 시작; tc90, 완전 경화의 90%에 도달하는 시간 및 실제 경화 시간; 그리고 고원 또는 복귀 경사. 안정적인 안정기는 제품이 작은 시간 변화를 허용한다는 것을 의미합니다. 가파른 복귀 기울기는 엄격한 온도 제어가 중요하다는 것을 의미합니다.
| 고무 | 일반적인 금형 온도 | 2mm 슬래브의 경화 시간 | 주요 프로세스 문제 |
|---|---|---|---|
| NR | 150-160°C | 5~10분 | 170°C 이상에서 복귀 |
| SBR | 150-165°C | 6~12분 | 느린 경화, 우수한 스코치 안전성 |
| EPDM | 160~180℃ | 8~15분 | 과산화물을 사용하면 더 빠르게 |
| NBR | 150-170°C | 5~12분 | 낮은 압축률에는 EV를 사용하세요. |
| CR(네오프렌) | 150-165°C | 6~12분 | 스코치에 민감한 금속 산화물 경화 |
| 실리콘(VMQ) | 160~180℃ | 3~10분 | 빠른 경화, 얇은 절편 |
열 전달 및 부품 두께
고무는 열 전도율이 약 0.15-0.25W/(m·K)로 강철의 약 10분의 1 수준입니다. 압축 금형에서는 두꺼운 부분의 중심이 외피보다 잘 경화됩니다. 업계 관행에 따라 벽 두께가 1밀리미터 증가할 때마다 경화 시간이 약 1~2분씩 추가됩니다. 이것이 바로 두꺼운 제품이 내부가 아직 덜 경화된 상태에서 표면이 과도하게 경화되는 것을 방지하기 위해 더 낮은 금형 온도를 사용하는 이유입니다.
가황 전 배합 및 준비
가황은 배합실에서 시작됩니다. 경화 패키지가 고르지 않으면 프레스가 보상할 수 없습니다. 세 가지 준비 단계는 최종 품질에 큰 영향을 미칩니다.
- 정확한 계량: 황의 단 0.1phr 변화로 tc90이 몇 퍼센트만큼 바뀔 수 있으므로 디지털 스케일과 자동 배치 시스템이 권장됩니다.
- 냉각 최종 혼합: 황과 촉진제는 2롤 밀 또는 최종 내부 혼합기 경로에 추가됩니다. 가압식 반죽기 , 스코치 온도 이하로 유지됩니다.
- 오염물질 제거: 많은 식물이 화합물을 통과합니다. 핫 피드 고무 스트레이너 사전 성형 전에 미세한 스크린을 장착하여 흐름선과 기공을 유발하는 분산되지 않은 응집체와 이물질을 제거합니다.
사전 성형에도 주목할 가치가 있습니다. 일관된 무게와 모양의 블랭크는 모든 캐비티가 동일한 열 이력 및 동일한 압력 분포로 동일한 방식으로 채워지기 때문에 경화 변형을 줄입니다.
일반적인 가황 결함 및 이를 방지하는 방법
잘 설계된 화합물이라도 가황을 제어하지 않으면 결함이 있는 부품이 생성될 수 있습니다. 아래 결함은 고무 성형 및 압출 불량의 대부분을 차지합니다.
- 스코칭(Scorching): 믹서, 프리포머 또는 주입 배럴의 조기 가교. 거친 표면, 짧은 몰딩 또는 단단한 덩어리로 나타납니다. 예방: 공정 온도를 낮추고, 스코치 지연제를 추가하고, 체류 시간을 단축하십시오.
- 경화되지 않은 부분: 압축 영구 변형이 크고 부드럽고 약한 부품입니다. 예방 조치: 프로브를 사용하여 실제 금형 온도를 확인하고, 경화 시간을 tc90으로 연장하고, 문제가 반복되면 레시피를 다시 확인하십시오.
- 복귀: 천연 고무는 고온에 너무 오랫동안 보관하면 강도와 탄력성을 잃습니다. 예방책: 금형 온도를 낮추고, 세미 EV 또는 EV 경화 시스템으로 전환하거나 역전 방지 폴리머를 사용하십시오.
- 다공성 및 기포: 갇힌 공기, 습기 또는 휘발성 성분으로 인한 내부 공극입니다. 예방조치 : 진공프레스를 사용하고, 모든 배합재료를 건조시키고, 정확하게 프리폼을 만든다.
- 플로우 마크 및 미성형: 캐비티가 완전히 채워지지 않으며 종종 얇은 가장자리에서 발생합니다. 예방: 재료 흐름을 늘리고, 사출 또는 클램핑 압력을 높이고, 프리폼 모양을 개선하고, 사출 속도를 높입니다.
자주 묻는 질문
가황은 경화와 동일합니까?
예. 고무 산업에서는 이 단어를 같은 의미로 사용합니다. 엄밀히 말하면, 가황은 원래 디엔 고무의 황 가교를 의미했지만, 이제 이 용어는 과산화물 및 금속 산화물 시스템을 포함하여 고무 화합물을 탄성 제품으로 변환하는 모든 가교 반응을 포함합니다.
모든 고무를 유황으로 가황할 수 있나요?
아니요. 천연 고무, SBR, NBR, EPDM 및 부틸과 같이 이중 결합이 있는 디엔 고무는 황 경화에 잘 반응합니다. 실리콘(VMQ), 다양한 불소고무(FKM) 등급, EPM 및 일부 HNBR 화합물을 포함하여 이중 결합이 없는 고무에는 과산화물 또는 특수 경화 시스템이 필요합니다.
가황에는 어떤 온도가 필요합니까?
산업용 경화는 일반적으로 140~200°C 사이에서 진행됩니다. 대부분의 성형품은 150~180°C에서 경화됩니다. 온도가 높을수록 사이클 시간은 단축되지만 그을림 및 역전 위험은 증가합니다. 고무는 열을 천천히 전도하기 때문에 두꺼운 물품은 더 낮은 온도에서 경화됩니다.
가황은 얼마나 오래 걸리나요?
얇은 성형 개스킷은 160°C에서 3~8분 안에 경화될 수 있습니다. 두꺼운 베어링이나 롤러는 30~60분 이상 걸릴 수 있습니다. 연속 마이크로파 라인은 압출 프로파일을 1~5분 안에 경화하며, 대형 롤러의 오토클레이브 경화는 몇 시간 동안 실행할 수 있습니다.
고무가 과도하게 경화되면 어떻게 되나요?
과경화는 경도를 증가시키고 연신율을 감소시킵니다. 천연 고무의 경우 장기간 열을 가하면 다황화 가교 결합이 끊어져 표면이 부드러워지고 끈적해지게 되는 복귀 현상이 발생할 수 있습니다. 따라서 생산 경화 시간은 절대 최대 경화 상태가 아닌 완전 경화의 90%에 도달하는 시간인 tc90으로 설정됩니다.
가황 고무를 재활용할 수 있나요?
가황고무는 열경화성이므로 열가소성 수지처럼 다시 녹이거나 다시 성형할 수 없습니다. 바닥, 운동장 표면 및 성형 재활용 제품용 부스러기 고무로 분쇄될 수 있습니다. 탈황 공정이 존재하지만 광범위한 산업 규모에서는 아직 경제적이지 않습니다.
결론: 가황은 고무 제조의 핵심입니다
가황은 고분자 화합물을 예측 가능한 강도, 탄성 및 내구성을 갖춘 엔지니어링 재료로 바꾸는 단계입니다. 경화 시스템, 성형 또는 압출 방법, 공정 매개변수의 선택에 따라 부품의 품질과 생산 비용이 결정됩니다.
생산 관리자와 공정 엔지니어의 경우 불량률을 줄이고 부품당 비용을 낮추는 가장 직접적인 방법은 모든 배치의 경화 곡선을 제어하고, 금형 온도를 정기적으로 확인하고, 화합물에 오염이 없도록 유지하는 것입니다. 레오미터에서 측정하고 올바른 프레스 또는 연속 라인과 일치하는 잘 설계된 경화 패키지는 배치마다 동일한 결과를 제공합니다.
가속기부터 경화 프레스, 마이크로파 라인에 이르기까지 화학과 기계를 모두 제공하는 공급업체는 이러한 통합을 상당히 단순화합니다. 테스트된 레시피와 올바른 생산 장비로 시작하면 가황 과정에서 추측이 대부분 제거됩니다.
