コルクのプロセス進化を予測するための新しいモデリング アプローチ

Aug 12, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 8002 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

コルクとゴムのスラブの加硫プロセスの進展を予測するために、伝導による熱伝達と動力学モデルを組み合わせた数値的アプローチが開発されました。 一次元モデルを適用して、コルクとゴムの複合材料の加硫のさまざまな段階での温度と硬化度の変化を予測しました。 また、化合物によって劣化が確認されたため、既存の復帰モデルが問題に追加されました。 レオメーターのデータに基づいて、硬化パラメーターと戻りパラメーターが決定されました。 実験データは、一定値を仮定するか、硬化度および温度に従って、化合物の熱特性を決定するために使用されます。 シミュレーションによって得られた結果は、熱特性が一定であると仮定した場合でも、実験結果と良好な一致を示しました。 提案された方法論を適用すると、最終製品の均質性や特性を損なうことなく、各厚さのスラブに最適なプロセスパラメータに関する情報が得られます。これは、コルクゴム複合材料の開発および製品段階で貴重なツールとなり得ます。

コルクとゴムの複合材料は、コルク顆粒が充填されたゴムマトリックスで構成されるエラストマー材料です。 コルクの存在は、複合材に圧縮荷重がかかったときのポアソン比が低いため、回復性の向上と側方流動の減少に貢献します。 また、ゴム混合物の化学的安定性も高めます。 ゴムの種類にもよりますが、これらの複合材料は優れた耐流体性を備えているため、自動車産業や電力産業などで使用されるガスケットなどの用途に適しています。 コルクとゴムの複合材の他の用途には、パッドの形での振動または音響絶縁の目的が含まれます。 コルクとゴムの複合材料の製造は、他のゴム配合物と同様です1、2。 ゴムコンパウンド配合物には、混合段階でコルク顆粒が、加硫剤、加硫活性化剤、強化充填剤、加工助剤、劣化防止剤などの他の原料とともに添加されます。 均一な混合物と一定の厚さのスラブを得るために二本ロールミルを通過した後、材料は金型内に配置され、圧縮成形プレスで加硫されます。

加硫プロセスは、熱伝達と硬化反応という 2 つの現象の組み合わせによって起こります3。 この段階は、ゴム製品の最適な最終特性を達成するための重要なステップと考えられています。 加硫中に、一般にエネルギーの放出を伴ってポリマー鎖間の架橋が形成され、材料の特性が変化します4。 他の著者が報告しているように、ゴム製品の物理的および機械的特性は、加硫パラメータと非常に関連しています5、6。

硬化反応の進行を制御するには、示差走査熱量測定 (DSC)、振動ディスク レオメーター (ODR)、動的機械分析 (DMA)、移動ダイ レオメーター (MDR)、さらには誘電分析 (DEA) などのさまざまな方法を適用できます7。 レオロジーの観点から見ると、ゴムコンパウンドのせん断弾性率は、新しい架橋が形成されると増加します。 MDR テストは、ダイの 1 つのトルクを連続測定することにより、等温プロセスを受けたときの薄いディスク サンプルの硬化度の変化に関する情報を提供します8。 ゴムコンパウンドのレオロジーは、加硫温度や加硫時間などの最適な硬化パラメーターに関する情報も提供します。これらは加硫プロセスにおける影響力のある変数であるためです。

ただし、ゴム製品の期待される特性を達成することは、その形状、配合特性、および製造プロセスのその他の側面により困難な場合があります。 ゴムの加硫を最適化するためのツールとしてモデリング アプローチを適用することは、何人かの著者によって研究されています。 一般に、これらの研究は、モデルベース9、10、11 およびデータ駆動型アプローチ 12、13 を含む加熱問題と硬化を組み合わせた方法論を示しています。