NUMERICAL INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF THE HEAT released OF RUBBER compound VULCANIZATION ON THE REACTION KINETICS

Abstract

Вулканизация является одним из важнейших этапов при производстве резинотехнических изделий. Назначение оптимальных параметров процесса позволит получать изделия высокого качества при наименьшей себестоимости. Сократить затраты на проведение физических экспериментов для установления требуемых параметров можно посредством теоретического расчета кинетики вулканизации. Наиболее значимыми параметрами являются длительность вулканизации и изменение температур в различных частях резиновой смеси, поэтому большинство исследований направленно на определение их оптимальных величин. Процесс вулканизации включает в себя три этапа: индукция, вулканизация и реверсия. В данной работе рассматривается численный расчет первых двух этапов с целью определения влияния теплового эффекта реакции на протекание вулканизации в зависимости от толщины изделия. Рассматриваются пластины толщиной 2, 5 и 10 мм. В статье приводится блок-схема алгоритма расчета степени вулканизации резиновой смеси. В результате получены графические зависимости степени вулканизации и температуры с учетом и без учета тепловыделения реакции для пластин различной толщины из резиновой смеси, используемой при производстве шин грузовых автомобилей. Также приводятся данные по длительности процесса вулканизации. Установлено, что с увеличением толщины изделия существенно возрастает влияние теплового эффекта реакции на протекание процесса вулканизации. Так, длительность вулканизации пластины толщиной 2 мм с учетом и без учета теплоты реакции отличается на 1,6%, пластины толщиной 5 мм – на 13%, пластины толщиной 10 мм – на 50%. Это свидетельствует о необходимости учета теплового эффекта при проведении расчета степени вулканизации резиновых смесей, особенно для толстых изделий. Vulcanization is one of the most important stages in the production of rubber products. Assigning optimal process parameters will allow you to obtain high-quality products at the lowest cost. It is possible to reduce the cost of conducting physical experiments to establish the required parameters by means of theoretical calculation of the kinetics of vulcanization. The most significant parameters are the duration of vulcanization and temperature changes in various parts of the rubber compound, so most studies are aimed at determining their optimal values. The vulcanization process includes three stages: induction, vulcanization and reversion. In this paper, the numerical calculation of the first two stages is considered in order to determine the effect of the thermal effect of the reaction on the course of vulcanization, depending on the thickness of the product. Plates with a thickness of 2, 5 and 10 mm are considered. The article presents a block diagram of the algorithm for calculating the state of cure of a rubber compound. As a result, graphical dependences of the state of cure and temperature are obtained, taking into account and without taking into account the heat release of the reaction for plates of various thicknesses from a rubber compound used in the production of truck tires. Data on the duration of the vulcanization process are also provided. It is established that with an increase in the thickness of the product, the influence of the thermal effect of the reaction on the course of the vulcanization process increases significantly. Thus, the duration of vulcanization of a plate with a thickness of 2 mm, taking into account and without taking into account the heat of the reaction, differs by 1.6%, plates with a thickness of 5 mm – by 13%, plates with a thickness of 10 mm – by 50%. This indicates the need to take into account the thermal effect when calculating the state of cure compound of rubber compounds, especially for thick products.