Обоснование технологического процесса, параметров и оборудования резинового производства - вулканизации

2 Обоснование технологического процесса, параметров и оборудования

Вулканизация – технологический процесс резинового производства, при котором пластичный “сырой” каучук превращается в резину. При вулканизации повышается прочностные характеристики каучука, его твердость, эластичность, тепло- и морозостойкость, снижаются степень набухания и растворимость в органических растворителях. Сущность вулканизации – соединение линейных макромолекул каучука в единую “сшитую” систему, так называемую вулканизационную сетку. В результате вулканизации между макромолекулами образуются поперечные связи, число и структура которых зависят от метода вулканизации. Степень вулканизации, при которой достигается наилучшее сочетание различных физико-механических свойств резины, называются оптимумом вулканизации.

Вулканизации подвергаются обычно каучуки с различными веществами, обеспечивающими необходимые эксплутационные свойства резин (наполнители, мел, каолин, мягчители, противостарители и т. д.).

В большинстве случаев каучуки общего назначения вулканизуют, нагревая их с элементарной серой при 140-160ºС (серная вулканизация). Образующиеся межмолекулярные поперечные связи осуществляются через один или несколько атомов серы.

Серная вулканизация может быть ускорена добавлением небольших количеств органических соединений, так называемых ускорителей вулканизации – каптакса, тиурама и др. Действительно этих веществ в полной мере проявляется только в присутствии активаторов – окислов металлов (окиси цинка).

Вулканизация возможна также под действием ионизирующей радиации –
γ-излучения радиоактивного кобальта, потока быстрых электронов (радиационная вулканизация). Методы бессерной и радиационной вулканизации позволяют получать резины, обладающие высокой термической и химической стойкостью.

Так же существуют и другие способы вулканизации, основными из них являются: вулканизация в среде жидкого теплоносителя, вулканизации в псевдо- и

магнитоожиженном слое частиц, непрерывная вулканизация горячим воздухом, непрерывная вулканизация с использованием токов сверхвысокой частота.

Вулканизации в среде жидкого теплоносителя проводится в расплаве солей. Из расплавов солей наибольшее распространение получил сплав представляющий собой смесь нитрата калия, нитрата натрия и нитрита натрия. Он при температуре вулканизации представляет собой жидкость, имеющую высокий коэффициент теплоотдачи. Расплав солей выдерживает температуру до 450ºС, и позволят точно регулировать температуру вулканизации. К недостаткам данного способа следует отнести: большой расход теплоносителя за счет его уноса профилем, необходимость промывки профиля после вулканизации и, как следствие загрязнение сточных вод, возможность воспламенения вулканизуемого изделия в случае местного перегрева, возможность деформации профиля при вулканизации пористых изделий.

Псевдо- и магнитоожиженные слои имеют довольно высокий коэффициент теплоотдачи к резине, обеспечивают равномерность температурного поля в рабочем объеме вулканизационной ванны и возможность быстрого разогрева и охлаждения теплоносителя. В качестве материала для псевдоожиженного слоя  применяют твердые вещества – стеклянные, керамические, кварцевый песок. Для получения магнитоожиженного слоя используют железные опилки. Ожиженные слои имеют низкую плотность, что дает возможность вулканизировать пористые изделия без деформации профиля. Недостатками данного способа являются: ограничения в выборе каучуков из-за окисления резин при высокой температуре и необходимость чистки поверхности вулканизованного профиля от частиц теплоносителя.

Использование токов сверх высокой частоты позволяет быстро нагреть изделия до температуры вулканизации. В поле токов сверхвысокой частоты изделие прогревается от центра к поверхности. При частоте 2375 МГц достигается практически равномерный прогрев по сечению изделия, что особенно важно для толстослойных изделий. Использование токов сверхвысокой частоты обеспечивает высокое качества готовой продукции. В поле этих токов быстро греется резина на основе полимерных каучуков, для повышения тепловыделения в резинах на основе не

полимерных каучуков необходимо вводить специальные  добавки, а это может привести ухудшению свойств резины.

При вулканизации горячим воздухом, воздух служит как среда для вулканизации и имеет ряд недостатков, главными из которых являются: низкий коэффициент теплоотдачи и возможность окисления резин при повышенной температуре. Однако установки непрерывного действия, в которых резина вулканизуется, горячим воздухом, отличаются простотой конструкции и низкими эксплуатационными расходами. Такие установки используют для вулканизации прорезиненных тканей и тонких каландровых полотен.

Для производства резиновых изделий используют метод прессования. Прессованием называется метод формования изделий из полимерного материала, заключающийся в его пластической деформации при воздействии температуры и давления, с целью предания материалу нужной формы. Прессование РТИ осуществляется тремя основными методами: компрессионным прессованием, литьевым и профильным.

Для производства патрубка используют метод компрессионного прессования, поэтому рассмотрим данный метод подробнее.

Резиновую заготовку в виде шприцованного жгута помещают в устанавливаемую между плитами пресса горячую пресс-форму, которая затем смыкается, а материал под действием давления заполняет свободные полости формы и вулканизируется. При этом часть резиновой смеси благодаря ее избытку выдавливается за пределы оформляющей полости, что приводит к образованию выпрессовок.

В зависимости от состава резиновой смеси может возникнуть необходимость вывода из формы паров и газов, выделившихся из расплавленного материала. Для этого пресс-форму размыкают на высоту, достаточную для выхода газов, и снова смыкают. Эта операция называется подпрессовкой. Чаще всего применяют два-три цикла смыкания пресс-формы. Один из наиболее важных параметров прессования, от которого зависит и производительность пресса – время вулканизации. Температура пресс-форм обычно составляет 140-160ºС.

Процесс компрессионного прессования включает ряд вспомогательных операций: изготовление заготовок, укладку их в форму, обрезку облоя и заусенцев после вулканизации. Количество отходов резиновой смеси в виде выпрессовок зависит от размеров изделия и может достигать 50% при изготовлении изделий.

Для изготовление патрубка процесс ведётся при следующих параметрах: Т=190+/-5°С; время вулканизации 5+/-0,5 минут; давление в гидросистеме 12-14 МПа (120-140 кГс/см²).