분자구조로 보는 가황공정과 질소황화공정 개요

[dhleepaul]

전통적인 고무 가황 공정

1. 경화 공정에 영향을 미치는 주요 요인들 :

유황 소비.

복용량이 높을수록 경화 속도가 빠르며 경화도가 높아집니다.

고무에 대한 황의 용해도는 제한적이며 "황 스프레이"로 일반적으로 알려진 접착제의 표면에서 과량의 황을 침전시킬 수 있습니다.

유황 분무를 줄이려면 가능한 가장 낮은 온도 또는 적어도 황의 녹는 점보다 낮은 온도에서 유황이 필요합니다.

고무 제품의 사용 요구 조건에 따라 부드러운 고무의 황 함량은 일반적으로 3 % 이하이며, 반 경질 고무의 양은 일반적으로 약 20 %이고 경질 고무의 양은 40 % 이상.

경화 온도.

고온 10 ℃에서는 경화 시간이 반으로 단축됩니다.

고무는 열전 도성이 좋지 않으므로 가황 공정은 각 부품의 온도에 따라 다릅니다.

보다 균일 한 가황도를 보장하기 위해, 두꺼운 고무 제품은 일반적으로 장시간 가열, 저온을 사용하여 장시간 가황 처리합니다.

2. 경화 시간 : 이것은 경화 과정의 중요한 부분입니다. 경화 시간이 너무 짧고 경화 정도가 불충분합니다 (유황으로도 알려져 있음).

너무 오래, 너무 높은 정도의 유황.

적절한 정도의 가황 (보통 양압 가황으로 알려짐)만이 최상의 종합 성능을 보장 할 수 있습니다

고무 가황 공정

경화 조건에 따라 냉간 경화, 상온 경화, 고온 경화의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

1. 콜드 큐어는 2 % ~ 5 %의 염화 황을 함유 한 이황화 탄소 용액에 담근 후 세척 및 건조 된 박막 제품의 경화에 사용할 수 있습니다.

2. 실온에서 경화 될 때, 실온 및 실 압력 하에서, 예를 들어 상온 가황 접착제 (혼합 접착제 용액)를 사용하여 자전거의 내부 튜브 조인트를 수리 및 수리하는 것과 같은 경화 프로세스가 수행됩니다.

3. 고온 가황은 고무 제품을 가황시키는 주요 방법입니다.

상이한 경화 매체 및 경화 방법에 따라, 열 경화는 직접 경화, 간접 경화 및 혼합 가스 경화로 나눌 수있다.

직접 가황, 뜨거운 물 또는 증기 매체 가황에 직접 배치 된 제품.

가황 처리를 위해 뜨거운 공기 중에 제품을 놓으십시오.이 방법은 고무 신발과 같이 엄격한 외관 요구 사항이있는 일부 제품에 일반적으로 사용됩니다.

건식 혼합 가스는 공기로 먼저 경화시킨 다음 직접 증기로 경화시킵니다.

이 방법은 제품 외관에 영향을 미치는 스팀 가황의 결함을 극복 할 수있을뿐만 아니라 열풍의 열 전달이 늦고 경화 시간이 길고 노화되기 쉬운 단점을 극복합니다.

Iii. 고무 가황 공정 :

가황 전에는 분자 사이에 가교 결합이 없으므로 고무는 물리적 및 기계적 특성이 부족하고 실용적인 가치가 거의 없습니다.

고무 가황 제와 함께 첨가 될 때, 고무 분자 사이의 가교 결합은 열처리 또는 3 차원 네트워크 구조를 형성하는 다른 수단을 통해 형성 될 수 있으며, 이는 그 성능, 특히 인장 응력과 같은 일련의 물리적 및 기계적 특성을 크게 향상시킨다. 고무의 탄성, 경도 및 인장 강도를 크게 향상시킬 수 있습니다.

고무 거대 분자는 가열 하에서 가교제 황과 화학 반응을 일으켜 가교가 3 차원 네트워크 구조가된다.

경화 후 고무를 가황 고무라고합니다.

가황은 고무 가공의 마지막 단계이며 실제 가치를 지닌 고무 제품을 얻을 수 있습니다.

Iv. 사출 성형 경화 공정 :

보통 성형과 사출 성형의 가장 명백한 차이점은 전자가 차가운 상태에서 금형 캐비티로 공급되는 반면, 후자는 접착제와 함께 가열되어 혼합되어 경화 온도 근처의 금형 캐비티에 배치된다는 점입니다.

따라서 사출 성형 과정에서 황화물을 유지하기 위해 열량만으로 가열 된 템플리트가 곧 190 ℃에서 220 ℃까지 가열 된 고무가 될 것입니다.

몰드 프레스 공정에서는 고무의 열전도율이 좋지 않기 때문에 난방용 거푸집 공사에서 제공하는 열을 먼저 접착제를 예열해야하며 제품이 매우 두꺼우면 제품 센터로 열을 오래 옮겨야합니다 시각.

고온 경화는 또한 작동 시간을 어느 정도 단축 할 수 있지만 종종 핫 플레이트 근처에서 제품의 열분해를 초래합니다.

성형 사이클을 단축하고 대량 생산에 가장 적합한 자동 제어를 구현할 수 있습니다.

사출 압력은 또한 다음과 같은 장점이 있습니다 : 반제품, 금형 및 제품 수리 절차 준비;

그것은 안정적인 크기와 우수한 물리적 및 기계적 특성을 가진 고품질의 제품을 생산할 수 있습니다.

경화 시간 단축, 생산 효율 개선, 접착제 사용량 감소, 자본 비용 절감, 낭비 감소 및 기업 경제적 이익 개선

5. 사출 성형 및 가황 공정 관련 유의 사항 :

적당한 스크류 속도, 역압을 사용하여 적절한 사출 기계 온도를 제어하십시오.

일반적으로 토출구 접착제와 제어 순환 온도 사이의 간격을 30도 이하로 유지하는 것이 좋습니다.

인젝터 스크류의 목적은 선택된 온도와 일정한 온도에서 각 사이클에 충분한 양의 접착제를 준비하는 것입니다.

그것은 분명히 인젝터의 출력에 영향을 미칩니다.

배압은 사출 실린더의 오일 배출구의 흐름을 늦춤으로써 발생되며, 사출기의 사출 성형은 사출 실린더의 푸싱 작용으로 제한됩니다.

실제로, 배압은 가황 생성물의 물리적 특성을 감소시키지 않으면 서 접착제의 전단을 약간 증가시킨다.

노즐 설계 :

노즐은 인젝터 헤드 및 몰드와 연결되어 있으며 열 균형에 일정한 영향을 미칩니다.

노즐을 통한 압력 손실은 주입에 의해 열로 변환됩니다.

접착제는이 장소에서 가황 처리를 허용하지 않습니다.

따라서 노즐 영역의 마찰열 생성, 접착제 주입에 필요한 압력 및 충전 시간에 영향을 미치는 적절한 노즐 직경을 선택하는 것이 매우 중요합니다.

적절한 금형 온도, 최적의 경화 조건.

접착제의 최상의 조합을 선택한 후에는 사출 성형 조건과 경화 조건이 서로 협조하는 것이 중요합니다.

금형 표면과 내부 온도의 분포가 다르기 때문에 금형 표면과 내부가 최적의 가황 조건에 도달하도록 좋은 가황을 달성하기 위해 고정밀 온도 제어가 수행되어야합니다.

고온은 고무의 수축을 증가 시키지만, 그 관계는 선형이며 생산 전에 완전히 예측되어야합니다.

또한, 성형 압력에 관한 한 고압 성형은 압력과 수축의 역 관계 때문에 매우 유용합니다.

안전하고 합리적인 배합.

사출 및 가황 성형 용 고무 재료에는 다음과 같은 특성이 필요합니다.

접착제의 경화 시간은 최대한의 안전을 확보하기 위해 가능한 한 길어야합니다.

일반적으로 무니의 경화 시간은 실린더의 접착제 시간의 두 배가되어야합니다.

다른 vulcanizing 시스템의 합리적인 선택을 통해 빠른 경화 속도, 적절한 발기인을 추가, 사출 압력 경화 효율의 고무 재료가 만족되도록.

좋은 활동, 좋은 성능은 접착제의 유지 시간을 줄이고, 분사 시간을 단축하며, 코크스 연소를 방지하는 능력을 향상시킵니다.

질소 황화 공정

질소 황화의 주요 이점은 에너지 절약과 캡슐 수명 연장으로 증기 80 %를 절약 할 수 있으며 캡슐 수명을 두 배로 연장 할 수 있습니다.

타이어는 가황 공정에서 많은 에너지와 전기를 소비하므로 에너지 절약 가황 공정을 개발하고 대중화하는 것이 중요합니다.

분자량이 작고 질소의 열용량이 적기 때문에 타이어 캡슐의 내부 공동에 질소가 채워지면 열을 흡수하지 않아 온도가 내려 가고 캡슐 산화 균열의 파괴를 일으키기 쉽지 않습니다 .

질소 황화의 공정 특성

먼저 고온 고압의 스팀을 통과시킨 다음 몇 분 후에 질소를 켭니다.

원래 몇 분 안에 원래의 경화 온도가 150 ℃ 이하로 떨어지지 않는 한 이론적으로 타이어 가황을 유지하기에 충분한 증기 열이 있기 때문입니다.

그러나, 질소가 황화에 사용되는 경우, 고온 및 고압의 증기가 먼저 도입되어, 상부 및 하부 타이어면 사이의 온도차가 발생한다. 상부 및 하부 타이어 측면 사이의 온도 차이를 제거하기 위해, 가황 매체의 주입 위치를 합리적으로 배치하고 밀봉 및 열 파이프 라인 시스템을 개선 할 필요가있다.

질소 황화물의 순도는 99.99 %, 바람직하게는 99.999 %에 도달해야하며, 기업은 사용 비용을 줄이기 위해 자체 질소 시스템을 만드는 것이 좋습니다.

질소는 캡슐의 서비스 수명에 영향을 미칠 정도로 순수하지 않습니다.

"압력 유지 및 온도 변화"질소 황화의 황화 원리는 뜨거운 물 가황의 전통적인 재활용 과정의 변형에 적용됩니다.

경화 될 때, 먼저 고온 고압 증기로 통과 한 다음 몇 분 후에 뜨거운 물로 전환 한 다음 수분 후 밸브를 닫아 순환을 멈추고 잠재 열 가황을 사용하여 끝낼 때까지 기다리십시오.

이론적 인 계산에 따르면, 새로운 방법의 에너지 소비는 전통적인 방법의 에너지 소비의 1/2에 불과합니다.

경화 과정

경화 과정의 핵심 요소

물성 시험 및 생산 경험에 따라 경화 시간을 단축하십시오.

이로 인해과 가황도가 어느 정도 감소합니다.

고온 경화.

최근에는 소형 타이어의 경화 공정이 고온 경화로 발전하고 있습니다. 후 경화의 효과를 고려하면 경화 시간이 짧아서과 황의 균일 성을 감소시키고 경화도를 향상시키는 데 일정한 효과가있다.

가황 온도를 측정하여 생성물에서 가장 느린 가황 점을 발견 하였다.

상기 방법은 가황 효율 및 가황 균일 성을 향상 시키는데 사용될 수있다.

그러나 타이어의 각 부분의 실제 온도는 실제 생산시에만 관찰되는 외부 온도로는 알 수 없으며 온도는 매번 고정되어 있지 않습니다. 따라서 온도 측정에 따른 계산 결과와 실제 가황 결과 간에는 큰 오차가 있습니다.

두꺼운 고무 제품의 가황 중 온도 장의 시뮬레이션 및 예측은 온도 불균일이 타이어 외부 타이어의 가황 불균일을 야기시키는 주요 요인임을 보여줍니다.

고무 산업은 일반적으로 일정한 외부 온도가 품질 보증을위한 중요한 조건이라고 생각합니다.

두께가 아닌 고무 제품에는 적용되지만 타이어 커버와 같은 두꺼운 고무 제품에는 적용되지 않습니다.

타이어는 모델에서 가열되고 가황 처리됩니다.

고무는 열이 약한 도체이며 온도가 서서히 상승하며 가열 초기에 타이어의 모든 부분에 명백한 온도 구배가 있으며 평형에 도달하는 데 오랜 시간이 걸립니다.

RGEC은 D 타입 펜더, 드럼 펜더, 콘 펜더, 실린더 펜더, 다리 펜더 및 기타 고무 펜더를 전문으로합니다.

2024. 12. 11. 00:57

[고무 가황과 황(Sulfur)의 역할]

고무 제품 제조 공정에서 “가황(Vulcanization)”은 원료 고무에 황(Sulfur)을 첨가하고 열과 압력을 가하여 고무의 분자 사슬을 화학적으로 가교(cross-link)시키는 핵심 과정입니다. 이 과정을 통해 고무는 비가황 상태에서 갖는 부드럽고 끈적한 성질을 벗어나, 높은 탄성, 우수한 기계적 강도, 내열성, 내화학성 등 뛰어난 특성을 획득합니다. 그 중에서도 황은 가황 공정에서 결정적인 역할을 담당하는 핵심 원료입니다.

 1. 황의 출처와 생산 방식

황은 자연계에서 비교적 풍부하게 존재하는 원소입니다. 과거에는 화산 지대나 황 광산에서 직접 채굴하는 방식으로 주로 확보했으나, 현대에는 석유나 천연가스 정제 과정에서 황 화합물을 제거하는 공정을 통해 대량 생산하는 추세입니다. 대표적인 방법인 클라우스 공정(Claus Process)을 이용하면 황화수소(H₂S)를 산소와 반응시켜 순수한 황을 얻을 수 있으며, 이를 통해 현재 전 세계 산업계는 안정적으로 황을 공급받고 있습니다.

 2. 황의 역할: 분자 사슬 가교 형성

비가황 고무는 고분자 사슬들이 약한 반데르발스 결합에 의존하고 있어 탄성은 있으나 열이나 변형에 취약합니다. 반면, 황을 첨가해 고온에서 가황을 진행하면 황 원자가 고무 사슬 간에 화학적 “다리(bridge)”를 만들어줍니다. 이로써 고무 분자 간에 강력한 가교 결합이 형성되어 다음과 같은 이점을 얻습니다.

• 기계적 강도 향상: 가교 구조로 인해 고무의 인장강도, 인열강도 등이 크게 개선됩니다.
• 탄성 및 내구성 증대: 분자 간 결합이 사슬 운동을 적절히 제어하여 변형 후 원상태 복원이 용이해지고, 오래 사용해도 변형이나 파손이 줄어듭니다.
• 내열성 및 내화학성 개선: 가황고무는 열과 오존, 화학물질 등에 더 안정적으로 대응하게 됩니다.

3. 황의 첨가 형태

가황을 위해 고무 컴파운드(배합물)를 준비할 때, 황은 주로 분말 형태로 첨가됩니다. 그러나 공정별, 제품별 요구사항에 따라 다른 형태의 황을 선택하기도 합니다.

• 분말 황(Powdered Sulfur): 가장 흔한 형태로, 미세 입자의 황을 사용하면 고무 내 균질한 분산이 쉬워 균일한 가황 반응이 가능합니다.
• 불용성 황(Insoluble Sulfur): 고온에서 조기 가황(Scorching)을 방지하고자 고무 내에 미리 불균질한 형태로 존재하며, 실제 가황 온도에 도달하면 반응성 황으로 전환됩니다. 타이어 제조 등 대형 제품 생산시 유용하게 쓰입니다.
• 입상 황(Granular Sulfur): 분말에 비해 다루기 쉽고 먼지 발생이 적어 작업 환경 개선에 유리합니다.

이렇듯 황은 고무 컴파운드 제조 단계에서 이미 고무, 충전재, 가속제, 유황 등의 첨가제와 섞여 공급됩니다. 이후 열성형 단계에서 가황 조건(고온·고압)에 도달하면 황은 본격적으로 가교 결합을 형성하여 최종 고무 제품 특성을 결정합니다.

4. 배합 및 가황 조건에 따른 특성 변화

가황고무의 최종 특성은 단순히 황을 추가하는 것만으로 결정되지 않습니다. 기본 원료 고무(천연고무, SBR, NBR, CR, IIR, 불소고무 등), 충전재(카본블랙, 실리카), 가속제, 방화제, 유연제 등 다양한 첨가제 조합과 가황 온도, 시간, 압력 조건에 따라 물성이 변화합니다. 황은 이 복잡한 조합 속에서 핵심적으로 작용하며, 가교 밀도를 결정하는 주요 인자로서 제품의 물성 최적화를 위한 핵심 변수 중 하나입니다.

5. 결론

가황 공정은 고무 산업의 핵심 기술이며, 그 중심에는 황이라는 원료가 자리잡고 있습니다. 비가황 고무에 황을 통한 가교 결합을 형성함으로써 고무는 기존보다 훨씬 뛰어난 강도, 탄성, 내구성을 갖춘 “산업용 재료”로 거듭나게 됩니다. 현대 산업에서는 다양한 형태와 특성을 지닌 황을 적절히 활용함으로써, 자동차 타이어, 산업용 씰 및 패킹, 전선 피복, 생활용품까지 수많은 제품의 품질과 성능을 향상시키고 있습니다.

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