Analysis of Temperature Distribution and Thermal Conductivity of Rubber Compound during Compression Molding Processการวิเคราะห์การกระจายตัวของอุณหภูมิและค่าการนำความร้อนของยางคอมปาวด์ในระหว่างกระบวนการอัดขึ้นรูป

Abstract

กระบวนการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ยางที่มีความหนา มักประสบปัญหาเรื่องการสุกตัวที่ไม่สม่ำเสมอตลอดความหนาของชิ้นงาน ซึ่งมีสาเหตุมาจากการกระจายตัวของอุณหภูมิและค่าการนำความร้อนของสารประกอบยางที่เปลี่ยนแปลงไปในระหว่างกระบวนการคงรูป ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ได้ งานวิจัยนี้ได้ศึกษาอิทธิพลของระบบการคงรูป ชนิดและปริมาณสารตัวเติมที่มีต่อการกระจายตัวอุณหภูมิและค่าการนำความร้อนของยางคอมปาวด์ในระหว่างกระบวนการอัดขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์ทดสอบที่ได้ออกแบบและจัดสร้างขึ้น จากผลการทดลองพบว่า ยางคอมปาวด์ที่ใช้ระบบการคงรูปแบบประสิทธิภาพ (Efficient Vulcanization: EV) มีการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่สูงกว่ายางที่ใช้ระบบการคงรูปแบบดั้งเดิม (Conventional Vulcanization: CV) และเมื่อนำผลการกระจายตัวอุณหภูมิไปวิเคราะห์ค่าการนำความร้อนของยางคอมปาวด์และยางคงรูป พบว่า ยางที่ผ่านกระบวนการคงรูปแล้วมีค่าการนำความร้อนที่ลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับยางคอมปาวด์ โดยค่าการนำความร้อนของยางคงรูปและยางคอมปาวด์มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มปริมาณสารตัวเติม จากผลศึกษาการกระจายตัวอุณหภูมิและค่าการนำความร้อนภายในยางคอมปาวด์ที่ผสมเขม่าดำ แสดงให้เห็นว่า ค่าการนำความร้อนของยางคอมปาวด์มีแนวโน้มลดลงอย่างมากเมื่อถึงอุณหภูมิที่ยางคอมปาวด์เริ่มเกิดปฏิกิริยาคงรูป โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อผสมเขม่าดำในปริมาณสูงและชิ้นงานมีความหนามาก ส่งผลให้ชิ้นงานยางมีระดับการคงรูปที่ไม่สม่ำเสมอตลอดความหนาชิ้นงาน งานวิจัยนี้ได้นำเสนอวิธีการคงรูปแบบลำดับขั้น ซึ่งจากผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่า วิธีการคงรูปแบบลำดับขั้น ทำให้มีการกระจายอุณหภูมิภายในเนื้อยางคอมปาวด์ที่ดีขึ้น ส่งผลให้ชิ้นงานที่ได้มีระดับการคงรูปที่สม่ำเสมอกว่าวิธีการคงรูปแบบดั้งเดิม

Uneven cure of thick-wall rubber products is regarded as one of the most undesirable phenomena since it results in a significant loss of mechanical properties. The primary objective of this study was to investigate the effect of the curing system, filler type, and content on the temperature distribution and thermal conductivity of rubber compounds during the compression molding process. A special compression mold was designed and constructed to measure the temperature distribution across the thickness of rubber parts. The measured results indicated that the efficient vulcanizing system (EV) gave a better temperature distribution across the thickness than conventional vulcanization (CV). Concerning the thermal conductivity of rubber compounds and vulcanizates, it was found that the thermal conductivity increased with the increase of filler content. In addition, the thermal conductivity of cured rubber dramatically decreased as compared to uncured rubber. Furthermore, it should be noted that the decreasing thermal conductivity of rubber compounds, especially for high carbon black loading and thick-wall moldings, directly affected the uneven cure of rubber products. In this work, the step cure was proposed to enhance the temperature distribution across the thickness of rubber compounds. The results obtained in this measurement showed that the step cure could improve the vulcanization efficiency as compared to the conventional method.