一、硫化基本概念和工藝要素
硫化是橡膠制品生產(chǎn)的最后一個工藝過程。在這個過程中，膠料中的生膠與硫化劑發(fā)生化學(xué)發(fā)應(yīng)，由線型結(jié)構(gòu)的大分子交聯(lián)成為立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子，使塑性狀態(tài)的橡膠轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥誀顟B(tài)的橡膠制品，從而獲得完善的物理性能和機械性能和化學(xué)性能，成為有使用價值的高分子材料。在工業(yè)生產(chǎn)中，這種交聯(lián)反應(yīng)是在一定溫度，時間和壓力條件下完成的，這些條件稱為硫化條件。
1、橡膠的硫化反應(yīng)過程
誘導(dǎo)階段，交聯(lián)反應(yīng)階段，網(wǎng)狀形成階段。
2、硫化歷程圖
燒焦階段，熱硫化階段，平坦硫化階段，過硫化階段
3、硫化壓力
一般橡膠制品在硫化時要施以壓力，目的在于：
1)防止制品在硫化過程產(chǎn)生氣泡，提高膠料的致密性。
2)使膠料易于流動和充滿模槽
3)提高膠料與膠料的密著力
4)有助于提高硫化的物理機械性能
硫化工藝
加壓方式
壓力mpa
硫化工藝
加壓方式
壓力mpa
汽車外胎硫化
水胎過熱水加壓
外模加壓
2.2-4.8
15
注壓硫化
注壓機加壓
120-150
模型制品硫化
平板加壓
24.5
汽車內(nèi)胎蒸汽硫化
膠管直接蒸汽硫化
蒸汽加壓
蒸汽加壓
0.5-0.7
0.3-0.5
傳動帶硫化
平板加壓
0.9-1.6
膠鞋硫化
熱空氣加壓
0.2-0.4
輸送帶硫化
平板加壓
1.5-2.5
膠布直接蒸汽硫化
蒸汽加壓
0.1-0.3
硫化加壓的方式通常有下列幾種：一是用液壓泵通過平板硫化機把壓力傳遞給模型，再由模型傳遞給膠料；二是硫化介質(zhì)直接加壓（如蒸汽加壓）；三是以壓縮空氣加壓；四是由注壓機注壓等。
4、硫化溫度和硫化時間
硫化溫度是橡膠發(fā)生硫化反應(yīng)的基本條件，它直接影響硫化速度和產(chǎn)品質(zhì)量。硫化溫度高，硫化速度快，生產(chǎn)效率高。反之，硫化速度慢，生產(chǎn)效率低。硫化溫度高低應(yīng)取決于膠料配方，其中最重要的是取決于橡膠種類和硫化體系。但應(yīng)注意的是，高溫橡膠分子鏈裂解，至發(fā)生硫化返原現(xiàn)象，結(jié)果導(dǎo)致強伸性能下降，困此硫化溫度不宜太高。溫度是硫化三大要素之一，與所有化學(xué)反應(yīng)一樣，硫化反應(yīng)隨溫度升高而加快，并且大體適用范特霍夫定律，即溫度每上升8~10。c(約相當(dāng)于一個表壓的蒸汽壓力)，其反應(yīng)速度約增加一倍；或者說，反應(yīng)時間約減少一半。隨著室溫硫化膠料的增加和高溫硫化出現(xiàn)，硫化溫度趨向兩個極端。從提高硫化效率來說，應(yīng)當(dāng)認為硫化溫度越高越好，但實際上不能無限提高硫化溫度。首先受到橡膠導(dǎo)熱性極小阻礙，對于厚制品來說，采用高溫硫化很難使內(nèi)外層膠料同時達到平坦范圍；其次，各種橡膠的耐高溫性能不一，有的橡膠經(jīng)受不了高溫的作用，如高溫硫化天然橡膠時，溶于橡膠中的氧隨溫度提高而活性加大，引起強烈的氧化作用，破壞了橡膠的組織，降低了硫化膠的物理機械性能，第三，高溫對橡膠制品中的紡織物有害為棉纖維布料超過期作廢140℃時，強力下降，在240℃下加熱四小時則完全破壞。
各種膠料最宜硫化溫度范圍
膠料類型
最宜硫化溫度
膠料類型
最宜硫化溫度
天然橡膠膠料
143
丁基橡膠膠料
170
丁苯橡膠膠料
150
三元乙丙膠料
160-180
異戊橡膠膠料
151
丁腈橡膠膠料
180
順丁橡膠膠料
151
硅橡膠膠料
160
氯丁橡膠膠料
151
氟橡膠膠料
160
(1)用范特霍夫方程式計算等效硫化時間
t1/t2=k*exp((t2-t1)/10)
t1—溫度為t1時的硫化時間min
t2—溫度為t2時的硫化時間min
k—硫化溫度系數(shù)（通常k=2）
(2)阿累尼烏斯方程計算等效硫化時間
in(t1/t2)=e*((t2-t1)/t1*t2)/r
t1—溫度為t1時的硫化時間min
t2—溫度為t2時的硫化時間min
t1、t2—硫化溫度k
r—氣體常數(shù)（r=8.3143j.mol-1.k-1）
e—硫化反應(yīng)活化能，由實驗測得，kj/mol
利用以上公式可算出不同溫度下的等效硫化時間，據(jù)試驗表明用阿累尼烏斯公式計算結(jié)果比范堆夫公式更準(zhǔn)確。
二、硫化溫度系數(shù)
硫化溫度系數(shù)k是一個重要的硫化工藝參數(shù)。而且k值隨膠料配方和硫化溫度而變化，表2-5列出了幾種膠料在不同溫度下的k值。
膠料種類
溫度范圍℃
120-140
140-160
160-170
170-180
天然橡膠
1.70
1.6
——
——
丁苯橡膠-30a
1.5
1.5
1.95
2.3
氯丁橡膠
1.7
1.7
——
——
丁基橡膠
——
1.67
1.8
——
丁基橡膠-18
1.85
1.6
2.0
2.0
丁基橡膠-26
1.85
1.6
2.0
2.0
丁基橡膠-40
1.85
1.5
2.0
2.0
可采用硫化儀測各參數(shù)，然后計算k值
三、硫化仿真和微機群控系統(tǒng)
1、硫化熱傳導(dǎo)的計算
在橡膠制品的加熱硫化過程中，溫度總是由制品的表面?zhèn)鬟f到中心層的，橡膠是一種熱不良導(dǎo)體，由表面?zhèn)鬟^來的熱能需經(jīng)一定的時間才能傳遞到中心層里。傳熱過程溫度與時間關(guān)系的測定，除了直接測溫法，即將測溫單元（熱電隅）埋在需測溫的部位，記錄溫度和時間關(guān)系以外，另一種是用理論計算，
（1）薄層制品的熱傳導(dǎo)計算
公式：ts-tc/(ts-to)=s(z)
ts—薄板的表面溫度℃
tc—薄板的中心溫度℃
to—薄板的原始溫度℃
s(z)是一種無窮級數(shù)，數(shù)值可查表。
得，由t=zl2/a算出加熱傳導(dǎo)時間
（2）多層制品的熱傳導(dǎo)計算
雖然多層制品幾何形狀復(fù)雜，但傳熱方式和無界薄板非常相似，熱量只向厚度方向傳遞，可以忽略邊界的影響。因此仍然可以沿用無界薄板的計算公式進行熱傳導(dǎo)計算。
設(shè)基準(zhǔn)層的熱擴散率為a1，則要將熱擴散率為a2的膠層的厚度l2換算成基準(zhǔn)層的當(dāng)量厚度（設(shè)為l2c）,按下式計算
l2c=l2*(sqrt(a1/a2))
得，由t=zlc2/a算出加熱傳導(dǎo)時間
(3)立方體、短圓柱體等制品的熱傳導(dǎo)計算
1)長為l，寬為m的方形長棒制品
ts-tc/(ts-to)＝s(at/l2)s(at/m2)
2 )長為l,寬為m，高為n的立方制品
ts-tc/(ts-to)＝s(at/l2)s(at/m2) s(at/n2)
3)半徑為r,長為l的圓柱制品
ts-tc/(ts-to)＝c(at/r2)s(at/l2)
注：t—熱傳導(dǎo)時間,s
長度單位為cm
(4)熱擴散率a的確定
熱擴散率a是熱傳導(dǎo)計算的一個非常重要的參數(shù)。從物理意義說，a是衡量物料導(dǎo)熱時溫度變化快慢的一個標(biāo)志，其大小決定于材料的性質(zhì)。
公式：a=(p1a1+p2a2+…..)/s
a—所求膠料的熱擴散率，cm2/s
a1、a2….—各種配合劑的熱擴散率，cm2/s
p1、p2—各種配合份數(shù)
s—配合劑總份數(shù)s=p1+ p2….
2、硫化條件的選取和確定
壓力、溫度和時間等是構(gòu)成硫化工藝條件的主要因素，它們對硫化質(zhì)量有決定性影響，通常稱為“硫化三要素”。
一般說來，測出正硫化時間后，并不等于找到了具體產(chǎn)品的最宜硫化條件，還必須考慮以下因素。
1)制品的厚度。因為正硫化時間一般只適用厚度不到6mm的制品，若厚度超過6mm時，則應(yīng)在正硫化時間的基礎(chǔ)上另加滯后時間。這個滯后時間決定于導(dǎo)熱速率，而不取決于外溫，所以盡管硫化溫度提高，但滯后時間并不相應(yīng)縮短，大致厚度增加1mm，滯后時間需增加47s。
2)膠料的導(dǎo)熱系數(shù)，隨配方而異。
3)制品材料結(jié)構(gòu)中有無非橡膠材料也考慮進去，它們的導(dǎo)熱能力不同于橡膠。
4)模型尺寸、模型材料（例如鋁模的導(dǎo)熱效果超過鋼模）以及平板類型也都會影響硫化溫度和硫化時間。
（1）確定硫化條件的程序
1)通過膠料的物理性能試驗及工藝設(shè)備確定產(chǎn)品硫化溫度。
2)按照確定的硫化溫度，通過試驗確定硫化時間、硫化平坦時間及硫化溫度系數(shù)。
如果產(chǎn)品厚度在6mm以下，則通過以上兩步就可以求出正硫化條件，如果厚度超過6mm，則要繼續(xù)按照下述步驟進行。
3)根據(jù)上述資料定硫化時間及升溫階段的硫化條件。并由此算出各層溫度曲線和硫化溫度，掌握制品各層溫度變化情況。
4)根據(jù)硫化溫度和硫化時繪出硫化效應(yīng)圖，求出各層部位的硫化效應(yīng)面積。
5)核對各層硫化效應(yīng)是否位于各層膠料的平坦范圍內(nèi)，如不符合，應(yīng)修改硫化時間，直到各層的硫化效應(yīng)均在平坦時間以內(nèi)為止。
6)近計算好的硫化條件，用實物進行硫化，以熱電偶測定產(chǎn)品各部位各層次的實際升溫曲線。
(2)用硫化效應(yīng)法確定硫化條件③④⑤
①硫化效應(yīng)
e=iit
e—硫化效應(yīng)
ii—硫化強度
t—硫化時間，min
硫化強度是膠料在一定溫度下，單位時間內(nèi)所達到的硫化程度。它與硫化溫度系數(shù)和硫化溫度有關(guān)。
ii＝k*exp((t-100)/10)
其中t—硫化溫度℃
k—硫化溫度系數(shù)
②硫化強度。硫化強度是硫化效應(yīng)中應(yīng)用的工藝參數(shù)，根據(jù)硫化強度和硫化溫度系數(shù)的關(guān)系，可得到不同硫化溫度下的硫化強度值。
（2）厚制品硫化條件的確定
①硫化效應(yīng)。用硫化效應(yīng)確定硫化條件的原則，一般只適于薄壁制品，此時壁厚影響可以忽略。但膠料的熱傳導(dǎo)問題對厚制品來說則情況不同。橡膠是一種熱不良導(dǎo)體，隨著制品厚度的增大，外層和內(nèi)層之間的溫差也增大，所以在相同的硫化時間所取得的各層硫化效應(yīng)就不相等。但是，由于每一種膠料的硫化曲線中都有一段平坦范圍，只要各層膠料的硫化效應(yīng)都處于試片膠料的最大和最小硫化效應(yīng)范圍這內(nèi)，則其物理機械性能就可相近。為此，在確定厚制品的硫化條件時，首先要算出各層的硫化效應(yīng)，然后使其處于膠料試片的最大和最小硫化效應(yīng)范圍內(nèi)，要使內(nèi)層的硫化效應(yīng)大于試片最小硫化效應(yīng)，外層的硫化效應(yīng)小于試片最大硫化效應(yīng)。
為了計算各層的硫化效應(yīng)，首先必須知道各層的溫度。各層的溫度一般可用熱電偶測知，也可以用熱傳導(dǎo)的計算求得。
公式：e =△t((i0+im)/2+i1+i2+…+im-1)
式中△t—測溫的間隔時間（通常取時間間隔為5min）
i0—硫化開始溫度為t0的硫化強度
i1—第一個間隔時間溫度為t1的硫化強度
im-1—最后一個間隔時間溫度為tm-1的硫化強度
② 等效應(yīng)硫化時間法。等效硫化時間也可用來確定厚壁制品的硫化時間，即將制品的硫化效應(yīng)換算為膠料試片的等效硫化時間te檢驗它是否達到正硫化。
換算公式為te=e/it
te—為試片的等效硫化時間
it—試片在t溫度下的硫化強度
e—制品的硫化效應(yīng)
計算出te便可直接由試片測出的正硫化時間進行比較，只要te落在試片的最小和最大的硫化時間范圍內(nèi)，就說明制品已達到了正硫化。