Лазерный мир

Демин Александр Витальевич, Петров Андрей Анатольевич // Сборник тезисов Конференция:IV Всероссийский конгресс молодых ученых, Раздел:Инженерные системы и приборостроение, Рубрика:Лазерная техника и лазерные технологии, Год:2015, УДК: 621.373.826

Процесс вулканизации резиновых колец с помощью лазерного излучения достигается с помощью нагрева лазерным излучением непосредственно резины, находящейся в специальной форме из оптически прозрачного материала. При достижении температуры вулканизации и необходимого давления, происходит процесс вулканизации. Данная технология является сверх инновационной, обладает массой преимуществ по сравнению с обычной вулканизацией в горячем прессе.

Вулканизация — технологический процесс взаимодействия каучуков с вулканизующим агентом, при котором происходит сшивание молекул каучука в единую пространственную сетку. При этом повышаются прочностные характеристики каучука, его твѐрдость и эластичность, снижаются пластические свойства, степень набухания и растворимость в органических растворителях. Вулканизующими агентами могут являться: сера, пероксиды, оксиды металлов. Открыл процесс вулканизации Чарльз Гудьир, запатентовавший его в 1844 году.
На сегодняшний день изготовление любых резино-технических изделий(далее РТИ) требует изготовления дорогостоящих пресс-форм из сплавов, устойчивых к длительному пребыванию в горячем прессе с температурой не менее 150° С (температура вулканизации наиболее часто используемых резин) и давлении не менее 1 тонны. Такие пресс-формы перед укладкой в них заготовки из резиновой смеси помещаются в пресс и разогреваются до необходимой температуры в течение часа, и только после разогрева могут использоваться для вулканизации заранее приготовленной резиновой смеси.

Процесс вулканизации резиновых колец с помощью лазерного излучения достигается путем нагрева лазерным излучением непосредственно резины, находящейся в специальной форме из оптически прозрачного материала, не поглощающего излучение. При достижении температуры вулканизации, зависящей от конкретного типа используемой резиновой смеси, и необходимого давления, происходит процесс вулканизации. Таким образом, применение лазерного излучения позволяет использовать другие материалы для изготовления пресс-форм. Данная технология является особенно актуальной ввиду своей инновационности. Обладает массой преимуществ по сравнению с обычной вулканизацией в горячем прессе, эти преимущества выражены в существенной экономии средств на изготовлении пресс-форм, а так же экономии энергетических ресурсов при проведении вулканизации.
В качестве основной и первостепенной цели данной работы была поставлена задача доказать возможность использования лазерного излучения для осуществления вулканизации резиновой смеси. Форма кольца в качестве заготовки использовалась исключительно в практических целях: в данном случае распределение плотности мощности по всей поверхности кольца получается более однородным, чем при использовании любой другой заготовки. Так же целью данной работы был подбор оптимального режима работы используемого лазера: мощности, расстояния от плоскости выходной апертуры до плоскости заготовки, а так же необходимого времени вулканизации.
Исследования проводились на базе кафедры ЛТиЭП НИУ ИТМО, в работе использовались пластины 3мм из резины ИРП 2025 ТУ38-105-160-84, изготовленные НИИРПИ, так же, в качестве подложки и формы для кольца использовалось основание пресс-формы для изготовления колец D=15мм, d=13мм, где D- внешний диаметр кольца, d-внутренний диаметр кольца. Пластина изготовлена из конструкционной стали ст.40, покрыта хромом Х-18. В качестве верхней плиты(крышки) была использована плита из поликарбоната. Стоит отметить, что в качестве верхней плиты может быть использован любой оптически прозрачный материал, температура размягчения которого будет выше пороговой температуры вулканизации использованной резиновой смеси. Для большинства используемый резиновых смесей температура вулканизации составляет 150° С, это значит, что кроме поликарбоната могут быть использованы такие материалы как дифлон, полиамиды, полиэтилентерефталат, фторопласт(3М, 4, 4м). В качестве основания может быть использован любой материал, температура размягчения которого будет выше пороговой температуры вулканизации использованной резиновой смеси, при условии, что этот материал по своим свойствам будет подходить для создания на его поверхности формы посадочного места для заготовки будущего резинового изделия. Таким материалом может быть высокотемпературный пластик, сталь, а так же алюминий и другие металлические и неметаллические сплавы. В качестве источника излучения использовался 100-ваттный Иттербиевый непрерывный лазер с длиной волны 1,06-1,1 мкм, изготовленный компанией НТО «ИРЭ-полюс», для контроля температуры использовался инфракрасный пирометр. В процессе исследование было выбрано оптимальное расстояние между плоскостью заготовки и плоскостью выходной апертуры лазера, равное 0,36 м, а так же была
подобрана такая мощность, при которой температура заготовки оставалась неизменной, равной 150° С: 16% от максимальной мощности лазера.
В результате проведения данного исследования были получены несколько колец разной степени вулканизации, в зависимости от времени воздействия излучения. У данных колец отсутствует ярко выраженное набухание в органических растворителях, что может свидетельствовать о том, что процесс вулканизации прошел успешно. В целях установления
работоспособности данных колец, они могут быть испытаны на герметичность соединения узлов.

Полное содержание статьи: http://publications.ifmo.ru/file.php?id=2092