硫化仪在过硫阶段的数据解析

在橡胶工业中，硫化是决定产品最终性能的核心工艺。硫化仪作为实时监测硫化过程的精密仪器，尤其在过硫阶段（即正硫化点之后的持续加热时段）的数据分析，对优化材料性能、避免资源浪费具有重要意义。本文将从技术原理、数据特征及应用价值三方面，深入解析硫化仪在过硫阶段的数据分析方法与实践意义。

一、过硫阶段的物理化学变化

橡胶硫化本质是线性分子交联成三维网络的过程。当达到正硫化点时，交联密度最大，力学性能优。继续加热进入过硫阶段，会发生两类反应：

• 交联键重组：多硫键断裂生成单硫键或环状结构，导致硬度上升但弹性下降；
• 降解反应：主链断裂产生自由基，引发氧化老化，表现为拉伸强度骤降。
  硫化仪通过连续测量扭矩值（反映剪切模量变化），可精确捕捉这些微观变化的宏观表现。

二、关键数据指标解析

1. FLD（焦烧时间）至TS2（理论硫化时间）区间

   • 此阶段ML（最小扭矩）稳定，MC（最高扭矩）开始缓慢下降，表明交联网络初步形成。
   • 若出现过硫平台期延长，说明配方中防焦剂过量，需调整促进剂比例。

2. T90（达到90%硫化程度所需时间）后的曲线斜率

   • 理想状态下，过硫阶段扭矩衰减速率应≤0.5dN·m/min。实测某天然橡胶样本显示，超过该阈值后，扯断伸长率以每分钟1.2%的速度递减。
   • 使用CRH（临界相对湿度）算法可量化热氧老化起始点，为设定安全硫化终点提供依据。

3. 频率扫描模式下的粘弹特性

   • 高频段（10Hz以上）储能模量G'下降速率加快，预示网状结构破坏加速；
   • 相位角δ增大超过45°，表明材料从弹性主导转向粘性流动，此时必须终止硫化。

三、工业应用场景与解决方案

• 轮胎制造：针对载重子午线轮胎的厚壁部件，采用分段硫化工艺。前段快速升温至150℃保持6min，后段降至135℃延续8min，既保证充分交联又防止过硫发脆。
• 密封件生产：氟橡胶混炼胶易出现“硫化返原”现象，通过MDR（移动平均阻力）法建立数学模型，将过硫时间严格控制在一定范围内。
• 实验研究：利用DMA（动态机械分析）联用技术，发现丁苯橡胶在170℃下持续30分钟后，玻璃化转变温度Tg升高约5℃，验证了过度交联导致的分子链刚性增加。

硫化仪在过硫阶段的数据分析不仅是质量控制的工具，更是推动配方优化和工艺创新的重要手段。随着人工智能技术的融入，未来或将实现基于大数据预测的最佳硫化路径规划，进一步提升橡胶制品的性能稳定性。