Курсова робота за темою:
ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ПЕРЕРОБКИ СИНТЕТИЧНИХ КАУЧУКІВ
ВСТУП
Приготування і обробка гумових сумішей - найважливіша операція в шинному і гумовому виробництвах, від якої залежать пластоеластіческіе і міцнісні властивості, структура і гомогенність, а також технологічності сумішей гумових і резинокордних напівфабрикатів, створюються необхідні умови для отримання гумових виробів високої якості [1].
В даний час підготовчі цеху в шинній і гумової промисловості працюють в основному по одно-і двохстадійною режимам змішування і оснащені роторними гумозмішувача періодичної дії, черв'ячними і валковими машинами для подальшої доробки та переробки (грануляції, гортанні і ін) гумових сумішей.
Різні каучуки та суміші на їх основі ведуть себе при переробці дуже специфічне, що обумовлено особливостями їх реологічних властивостей, що залежать, у свою чергу, від молекулярно-структурних характеристик каучуків і надмолекулярної організації (НМО) [1]. Молекулярна структура та НМО визначаються перш за все хімічної природою каучуку, регулярністю його ланцюгів, характером міжмолекулярних взаємодій, а також типом мікроблоків НМО.
При регулярному молекулярній структурі і сильній взаємодії виникають впорядковані області представляють собою мікрокрісталліти різної будови - стрічки, ламелі (пластини), фібрили і сфероліти [2]. Надмолекулярні структури в аморфних полімерах нестійкі і характеризуються коротким часом життя крісталлітних заготовок [1]. Ці структури яскравіше проявляються в саженаполненних сумішах при знижених температурах і швидкостях деформацій (рис. 1).
Якщо механічні властивості вулканизата залежать головним чином від густоти тривимірної сітки та особливостей її будови [3], то у випадку лінійних або слабо розгалужених невулканізовану (незшитих) еластомерів специфічна мікрогетерогенності системи та флуктуаційні фізичні вузли взаємодії та перехльости молекулярних ланцюгів можуть стати основними факто рами, що впливають на реологічні властивості матеріалу L 3_6 J - Такі явища в еластомеру, що знаходяться в вязкотекучем стані, як аномалія в'язкості і тиксотропія, можуть природним чином пояснюватися виникненням і розпадом деяких структурних НМО [4]. Такий розпад відбувається внаслідок збільшення температури або тривалості випробування, а також зменшення міжмолекулярних сил або при механічних впливах. При цьому знижуються в'язкість і модуль еластичності, збільшується деформованість (податливість) каучуків і гумових сумішей (рис. 1). Під час «відпочинку» зруйновані структури й микроблок відновлюються з тією чи іншою швидкістю.
У процесі змішування одночасно з руйнуванням надмолекулярної і молекулярної структур каучуку виникають «сверхсет-ки» - гетерогенні структури, утворені наповнювачем і кау-чуком з наповнювачем, від яких залежать механічні свойст-ва як гумових сумішей, так і гум. Вузли взаємодії в цих «сверхсетках» можуть бути утворені як фізичними, так і ко-валентними хімічними зв'язками [4]. Про ступінь взаімодействіякаучук - наповнювач зазвичай судять за обсягом і частоті сітки са-же-каучукового гелю (СКГ), які визначаються експеріментальнимпутем.
При обробці наповнених сумішей доцільно створення великих механічних напружень при малому часу впливу, за яке ще не встигають розвинутися термохімічні і механохімічно деструктивні процеси.
Рис. 1 - Типи кристалічних утворень у полімерах: а - ламель (пластинчастий кристаліт): / - повністю упорядкована упаковка; 2 - ділянки ланцюгів, невошедшіе в ламель. Б - фібрила, орієнтована в поздовжньому напрямку (пачки, що перемежовувалися аморфною структурою з «прохідними» ланцюгами молекул). в - сфероліт, оріентіроваяний в радіальних напрямках (в двовимірному зображенні).
2. Диспергуючих ЗМІШУВАННЯ
Процес приготування гумових сумішей все ще залишається «вузьким місцем» у виробництві гумових виробів, однією з найбільш трудомістких і енергоємних операцій; на більшості шинних заводів вироблення становить близько 1-2 т суміші на людину в годину, а енерговитрати - близько 0,5-1 , 4 МДж / кг. Це витрата тільки на основний (багатостадійний) процес змішання, а з урахуванням пластикації, грануляції каучуків і доопрацювання сумішей в 'черв'ячних машинах і на вальцях він складе близько 2-3 МДж / кг [2].
Ефективність підготовчих цехів гумової промисловості залежить від різних факторів.
Оцінка ефективності та оптимізація підготовчого виробництва вимагають всебічного аналізу. Виготовлення гумових сумішей можна розглядати з різних точок зору: хімії і технології, механіки, гідродинаміки і реології, термодинаміки, інженерної та виробничої
Рис. 2 - Схема основних механічних і реологічних явища при дісаергірующем змішанні: 1 - дезагломерація, дроблення і подрібнення каучуків і компонентів (інгредієнтів); II - впровадження порошкоподібних і зернистих інгредієнтів в каучук; III - диспергування; IV - просте змішання (гомогенізація), 2, 3 - будь-який порошкоподібний або зернистий інгредієнт організації процесу, кібернетики, тобто можна розглядати цей процес як об'єкт автоматизації, регулювання та управління.
Останній аспект передбачає широке використання у виробництві гумових сумішей автоматичних систем і засобів сучасної електронно-цифрової і аналогової моделюючої та обчислювальної техніки.
При змішанні спостерігаються різні фізико-механічні та хімічні явища (рис. 2) перетворення великих агломератів інгредієнтів і блоків полімеру в більш дрібні, зручні для перемішування;
зниження в'язкості полімерної фази шляхом механічної або хімічної пластикації каучуку;
введення або «впровадження» порошкоподібних або рідких компонентів у каучук з подоланням його когезионной міцності та суцільності та освіта потім загальної маси суміші за рахунок ауто-гезіонного ефекту (самослипании);
диспергування технічного вуглецю, тобто зменшення розмірів його агрегатів або агломератів до мінімального розміру складових їх первинних частинок;
гомогенізація, або просте змішання, тобто переміщення частинок від однієї точки суміші до іншої без зміни їх фізичної форми для підвищення ентропії суміші або ступеня її невпорядкованості, випадковості або однорідності;
Механохімічне взаємодія полімеру і активного наповнювача, освіта посиленою структури наповненою суміші або сажекаучукового гелю (СКГ).
Найбільшу трудність, як вважають, представляє диспергування [2]. Просте змішання (гомогенізація) визначається головним чином накопиченої деформацією зсуву. Диспергуючу змішання залежить від напруги зсуву або в'язкості суміші. Таким чином, ці явища в процесі змішування обумовлені реологічними властивостями еластомерів і гідромеханікою процесу.
При масовому виробництві гумових сумішей основним обладнанням є закриті гумозмішувача (рис. 3.)
Гумозмішувача являє собою закриту камеру б, всередині якої назустріч одне одному обертаються два ротори 7. Каучук та інші матеріали завантажуються в камеру зверху через завантажувальну лійку 4, захоплюються лопатями обертових роторів, енергійно перетираються і перемішуються в зазорах між роторами і стінками камери. Оскільки в процесі змішування в гумозмішувача розвиваються високі температури, для запобігання надмірного перегріву сумішей стінки камери і ротора охолоджують холодною водою. Ротори обертаються в підшипниках, розташованих у припливах боковин змішувальної камери. Для запобігання попадання суміші та інгредієнтів у підшипники і виходу матеріалів назовні на змішувачі встановлені спеціальні ущільнюючі пристрої.
Рис. 3 - Пристрій закритого гумозмішувача 250-40: 1 - повітряний циліндр; 2 - кожух для приєднання до вентиляційної системи цеху-3 - вантаж верхнього затвора, 4 - завантажувальна лійка; 5 - отвір для установки інжектора подає мягчители; 6 - камера змішувача, 7 - ротори, 8 - нижній затвор ковзного типу; 9 - повітряний циліндр нижнього затвора; 10 - підстава змішувача; 11 - боковина змішувальної камери; 12 - кожух.
Для вивантаження суміші служить розвантажувальний отвір в днищі камери. Відкривання і закривання завантажувального і розвантажувального отворів виконується відповідно за допомогою верхнього та нижнього затворів. Верхній затвор, з'єднаний штоком з поршнем пневмоциліндра 1, переміщається у вертикальному напрямку, відкриваючи і закриваючи завантажувальну воронку 4. Опущений верхній затвор тисне на суміш або тільки власною вагою (поплавковое положення), або передає ще тиск повітря в пневмоциліндра. При цьому змішання йде при заданому тиску. Передане тиск може змінюватися і досягати 0,4 - 0,8 МПа; воно істотно впливає на якість і швидкість змішання. У тому випадку, якщо тиск затвора перевищує опір суміші, поршень доходить до упору і подальше змішання відбувається при постійному обсязі камери. Зі збільшенням тиску затвора в «поплавковому» його положенні і при відсутності упору тривалість змішування скорочується.
Нижній затвор 8 або переміщається стисненим повітрям у горизонтальному напрямку, або в сучасних змішувачах відкидається вниз. Верхня його частина утворює виступаючий гребінь, який при закриванні розвантажувального отвору входить до межроторное простір змішувальної камери.
Сучасні виробничі (не лабораторні) гумозмішувача розрізняються за обсягом змішувальної камери і частоті обертання роторів. На шинних заводах працюють гумозмішувача з частотою обертання роторів 30, 40 об / хв і більше. Деякі гумозмішувача мають змінну частоту обертання роторів, що дозволяє ефективно регулювати споживання енергії, температуру і тривалість змішування при виготовленні різних сумішей. Основні параметри і розміри гумозмішувача, що виготовляються вітчизняними заводами, регламентовані соответстствующім ГОСТ.
3. особливості сучасної технології приготування гумових сумішей
При переробці еластомерів змішання розглядається як їх модифікація, вироблена шляхом поєднання каучуку з активними наповнювачами, пом'якшувачами, вулканізуючими агентами та іншими інгредієнтами, а часто-з іншими каучуками або термопластами (ПЕ, СКЕПТ і т.п.). Змішання зазвичай передує Пластикація каучуків, здатних до деструкції. У процесі пластикації і змішання каучук піддається впливу одночасно підвищених температур і 'великих механічних напружень. Температура може зростати від 20 до 160 ° С (в окремих променях до 200 ° С), а механічні напруги зсуву-до), 6 МПа.
Відзначають, що при змішуванні в полі механічних напружень гротекают хімічні реакції, активовані механічної енергією [2], а при підвищених температурах - термоокислювальна деструкція і структурування [4]. Механічний розрив хімічних зв'язків призводить до появи активних радикалів, які залежно від складу суміші, (додаються напружень і температури можуть вести себе по-різному: сприяти структуруванню системи з утворенням сажекаучукового гелю (СКГ) або викликати деструкцію еластомеру з пониженням його в'язкості та еластичності.
Встановлено [5], що крім мехаіохіміческіх реакцій, що протікають найбільш інтенсивно на холоду, у гумовій суміші при підвищених температурах спостерігається взаємодія інгредієнтів між собою. Так, оксид цинку реагує, наприклад, з прискорювачами, стеаринова кислота - з сіркою і технічним вуглецем, неозон Д (феніл-р-нафтиламін) - з макрорадикалів каучуку
З цих причин режим змішування, порядок завантаження інгредієнтів і температурно-еременние умови цього 'процесу мають вплив на властивості і якість одержуваних гумових сумішей, напівфабрикатів та готових шин і ГТВ [4, 5].
Технологія змішування в промисловості ГТВ і шинної промисловості в принципі однакова. Основним устаткуванням в підготовчому виробництві є гумозмішувача. Для ГТВ готують на вальцях тільки 14-16% сумішей. Однак, якщо в шинної промисловості переробляють каучуки 10 - 15 типів і різновидів і до 40 видів інгредієнтів, то у виробництві ГТВ використовують каучуки 30-35 типів і до 100 видів інгредієнтів. Достаток і специфіка рецептур і режимів, а також широкий асортимент використовуваного обладнання (змішувачі та вальці різних типів і розмірів) створюють технічні складності у виробництві сумішей для РТВ. Склад сумішей відрізняється більш високим наповненням (120-140 мас. Ч. технічного вуглецю на 100 мас. Ч. каучуку замість 50-60 мас. Ч. у шинному виробництві). Тому тепловиділення і температура змішання зазвичай вищі, ніж у шинному виробництві, проблема теплообміну загострена і використання змішувачів великої одиничної потужності і ємності навряд чи можливо навіть у перспективі. Однак є позитивний досвід роботи із змішувачами типу «Інтер-мікс - Шоу», що володіють кращими, ніж у змішувачів типу «Фаррел - Бридж» («Бенбері»), характеристиками теплообміну і, мабуть, більш пристосованими для приготування жорстких сумішей для РТВ .
Впровадження нових типів каучуків і високоструктурних типів технічного вуглецю ще більше ускладнило переробку відповідних сумішей. Одночасно проведені широкі дослідження [4] з вивчення реологічних властивостей каучуків і гумових сумішей на їх основі, а також фізико-хімічних процесів, супутніх переробки, дозволили дати науково обгрунтовані рекомендації для побудови, оцінки та вибору режимів змішування, раніше розробляються на базі практичного досвіду.
3.1 Приготування сумішей на основі изопренового каучуку
При приготуванні сумішей на основі изопренового каучукамаркі СКІ-3 слід враховувати, що цей каучук вельми схильний механохімічної і термоокислювальної деструкції. Температура змішання повинна бути в інтервалі 100-110 ° С, тобто когдамеханіческіе напруги різко знижені, а окисні реакції ще уповільнені Технологічні прийоми пріготовленіясмесей на основі СКІ-3 подібні прийомам, використовуваним для про-виробництва сумішей з пластикатів НК. Разом з тим, ізмененіяструктури і властивостей ПК при переробці незначно відбиваються на властивостях сумішей і вулканизатов. Це, мабуть, свя-зано з тим, що деструкція НК при пластикації і змішанні ідетбез освіти розгалужених структур із збереженням лінійності макромолекул і подальша вулканізація 'відбувається такжедостаточно регулярно з утворенням рівномірної трехмернойсеткі.
СКІ-3 на відміну від НК схильний до значних незворотних нерегулярним змін у процесі переробки. Особливо сильно він деструктуючих при приготуванні на його основі каркасних сумішей з технічним вуглецем типу ПМ-50 * або ФІФ. Деструкція спостерігається також і при подальшій; доопрацюванні сумішей на вальцях, в черв'ячних машинах, а також при профілювання. Попередній підігрів СКІ-3 в резінюсмесітеле до 70-85 ° С дещо знижує його деструкцію у відповідності з закономірностями механохімічно реакцій.
Істотний недолік гумових сумішей на основі СКІ-3-їх невисока (у порівнянні з сумішами на НК) когезионной міцність. Він може бути виправлений за рахунок застосування рецептурних прийомів: введення речовин, що підвищують взаємодія каучуку з наповнювачем (наприклад, нітрозана К), що призводить одночасно до утворення в суміші лабільною просторової сітки.
Відзначають [7], що великий вплив на властивості сумішей і вулканизатов на основі СКІ-3 надає вміст у них надмірної вологості (вище 0,1-0,2%). При підвищенні вологості до 0,5% каучук інтенсивно деструктуючих при переробці, а потім може утворювати вторинні структури, що підвищує твердість і схильність сумішей до подвулканізаціі, погіршує розподіл технічного вуглецю і на 10-15% знижує міцність при розтягуванні вулканизатов.
3.2 Приготування сумішей на основі бутилкаучуку
Приготування і обробка гумових сумішей на основі бутилкаучуку (БК) ускладнюється його реологічними і фізико-хімічними особливостями: технологічної несумісністю з іншими каучуками, низькою адгезійної міцністю і слабкою аутогенним (самосліпаемостью).
Технологічна несумісність БК з іншими каучуками викликана тим, що він хімічно дуже інертний, має низьку не-лредельность і для його вулканізації необхідно застосовувати ультраускорітелі. Інші каучуки, випадково потрапляючи у суміш на основі БК, перевулканізовиваются, утворюючи крихту і тверді включення, що призводить до браку сумішей і гумових напівфабрикатів.
Якщо немає можливості для суміші на основі БК виділити окреме обладнання (наприклад, в автокамерном виробництві), то його потрібно ретельно очищати до і після випуску сумішей на основі БК-
Через низьку когезионной міцності і, мабуть, відсутність межі текучості [8], сам БК і суміші на його основі володіють великою плинністю при звичайній температурі («холодна течія). Заготівлі автокамери погано зберігають надану їм форму: при зберіганні на них утворюються утонения, пролежні і складки.
Одним із способів запобігання «холодної течії» гумових заготовок є обробка каучуку і виготовлення сумішей при підвищеній температурі (до 180-190 ° С). Таке високотемпературне змішання надає сумішей і заготівлях каркасного, а також покращує якість вулканизатов.
Відзначається [9], що хороші результати при приготуванні сумішей можна отримати, додаючи в неї канальний технічний вуглець, який містить хемосорбірованний кисень або спеціальні промотори, що стимулює корисне в даному випадку структурування бутилкаучуку. Краще розподіл технічного БК суміші на його основі з надлишком технічного вуглецю кришаться, а потім дуже повільно 'знову збираються в загальну масу. Тому рекомендують [5, 9] вводити наповнювач разом з частиною мягчители на початку циклу, щоб запобігти повному розсипання суміші.
Необхідними умовами хорошого змішання є великий об'єм завантаження (180-190 л) і високий тиск верхнього затвора на початку циклу. Роботу із сумішами на основі БК ускладнюють велика в'язкість, ковзання і повільний прогрів роздроблених шматків каучуку, а також утворення «хрящів», тобто непромешанних шматків каучуку, які обволікаються пом'якшувачами і технічним вуглецем і переміщуються т менше в'язкому середовищі без істотних деформацій, як сторонні тіла. Усунення таких «хрящів» можливе лише при сильному нагріванні всієї маси заправки і збільшення тривалості змішування, внаслідок чого суміші на основі БК вимагають підвищеної температури і подовжених циклів обробки.
3.3 Приготування сумішей на основі етиленпропіленового каучуку
Етіленпропілеіовий каучук (СКЕПТ) за комплексом експлуатаційних властивостей відноситься до каучуків загального та спеціального призначення. Каучук добре совулканізуется з бутилкаучуком у присутності сірки, прискорювачів і активаторів, але несумісний з більшістю високонепредельние каучуків, особливо неполярних.
СКЕПТ має високу тепло-і озоностойкость, а також хімічної стійкістю до ряду агресивних середовищ (лугів, кислот, спиртів і т.д.), високими діелектричними показниками, достатню міцність при розтягуванні і еластичністю.
Переваги СКЕПТ дозволяють застосовувати його в шинної, гумотехнічної, кабельної та інших галузях промисловості. Наприклад, введення до складу автокамерних сумішей на основі БК до 15 мас. ч. СКЕПТ значно підвищує напругу зсуву на початку процесу змішування за рахунок збільшення в'язкості середовища, що покращує якість розподілу БК в суміші й сприяє скороченню тривалості формування суміші [10].
3.4 Приготування сумішей на основі бутадієн-нітрильних каучуків
Бутадієн-нітрильних каучуки (СКН) - сополімери бутадієну і нітрилу акрилової кислоти виробляються різної твердості (жорсткості) і в'язкості. Їх властивості і нафтових значною мірою залежать від вмісту нітрильних груп, які повідомляють структурним одиницям здатність до міжмолекулярних взаємодій, знижують гнучкість полімерних ланцюгів і сприяють виникненню зшитих і розгалужених структур.
Специфічним для СКН є висока енергоємність змішання і утруднене розподіл інгредієнтів у суміші. Бутадієн-нітрильних каучуки типів СКН-26 і СКН-40 з в'язкістю по Муні порядку 90-120 од. і жорсткістю 18-22 Н пластіціруются на холодних вальцях 60 або 84 дюйми при мінімальних зазорах. Енергоємність пластикації значно вище, ніж для НК або БСК і становить близько 1,8 квт-ч/кг (для БСК <і НК на пластикації потрібно 1 і 0,85 кВт год / кг відповідно). Ця обставина, мабуть, пов'язано насамперед з високою в'язкістю СКН, приблизно в 2 рази перевищує в'яз / кістка каучуків загального призначення (енергія Обробки прямо пропорційна в'язкості матеріалу) [11].
Змішання супроводжується великими тепловиділеннями і підвищенням температури, оскільки системи теплообміну змішувачі лей і вальців не дозволяють відібрати надмірне тепло. При підвищених температурах і механічних напруженнях у сумішах на основі СКН на відміну від сумішей на основі СКІ або БСК преобла дає процес структурування, в'язкість зростає із збільшенням температури і тривалості обробки. З введенням в суміш високоактивних і структурних типів технічного вуглецю типу ФІФ, ХАФ, ПМ-70, ПМ-100 ще більше зростає в'язкість і утворюється жорсткий СКГ. Це призводить до такого зростання жорсткості, що подальша обробка сумішей та їх профілювання дуже важко.
У цьому випадку процес змішання треба проводити при знижених температурах, а оскільки теплоутворення зменшується зі зменшенням швидкості обробки, то і при невеликих швидкостях обертання роторів або валків (10-20 об / хв).
Специфічним для СКН технологічним прийомом, що дозволяє знизити температуру сумішей, є одночасне введення в змішувач технічного вуглецю і мягчителей, що уповільнює процес структурування, збільшує у два рази час до початку подвулканізаціі, але декілька погіршує розподіл наповнювача в полімері.
При високому наповненні (понад 80 мас, ч) технічний вуглець слід вводити в каучук у два-три прийоми, ретельно перемішуючи заправку кожен раз при опущеному верхньому затворі. Ефективним для зниження структурування та поліпшення властивостей сумішей і вулканизатов є використання двостадійний режимів змішування. Це особливо корисно, коли наповнення велике, а зміст мягчители мало.
Сірку значно краще розподіляти, якщо її вводити на початку циклу в гумозмішувача, а не на вальцях (коефіцієнт розкиду концентрації сірки в готової суміші 14-12% у гумозмішувача і 23-22% на вальцях).
Іншим спеціальним рецептурно-технологічним прийомом є використання тимчасових пластифікаторів типу полі-мерізаціонностюсобних олігоефіракрилатів [11]. При введенні ОЕА в гумові суміші в'язкість падає, як і при введенні звичайних мягчителей; при цьому знижуються теплоутворення і енерговитрати на змішання.
Проте дія ОЕА як пластифікаторів вичерпується на стадії змішування і їх добавки (до 5-8%) не знижують міцних показників вулканизатов. У процесі вулканізації каучуколігомерних систем в присутності ініціаторів радикальних реакцій протікає хімічна щеплення молекул ОЕА до ланцюга СКН, облегчающаяся подібністю їх хімічної природи. Відбувається додаткове структурування СКН і утворення в ньому мікроділянки жорсткої структури гомополімери ОЕА, що грають роль активного наповнювача [11].
4. Каландування ГУМОВИХ СУМІШЕЙ
Каландування - безперервний процес формування гумової суміші, при якому маса розм'якшеного і розігрітого матеріалу формується за допомогою приводних валків в нескінченні стрічки.
При каландрование потрібно випускати листи гумової суміші з можливо більш гладкою поверхнею і однорідної товщиною по довжині і ширині. Ширину і товщину (калібр) таких листів необхідно при цьому регулювати з високим ступенем точності (до 1-2%) [2-4]. Передбачається, що суміш вже досить гомогенізувати і «розігріта. У зв'язку з цим у лістовальном каландрі швидкості калібрують валків практично однакові (фрикції відсутній), поверхні валків полірованими, є спеціальні пристрої, що забезпечують компенсацію деформації та прогину валків під навантаженням.
Каландри використовують також для обрезіціванія технічних тканин, наприклад, корду або чефера [9]. Гідродинаміка, реологія та механіка процесу «чистого» каландрования і обрезініваніе тканин має багато спільного.
У четирехвалковом каландрі є три зазору між валками. Маса, оброблена в змішувачі й розігріта на вальцях або в черв'ячної машині холодного живлення, подається в зазор між валками і в міру проходження через нього зменшується в товщині, збільшуючись при цьому в ширині. Матеріал налипає на нижній валок, так як температура цього валка відрізняється від температури верхнього: вище на 3-4 ° при переробці сумішей на основі НК або нижче на 2-3 ° для сумішей на основі СК.
У другому зазорі процес повторюється, що призводить до подальшого зменшення калібру і деякого збільшення ширини листа. І, нарешті, після проходження останнього зазору лист виходить із заданими розмірами по товщині і ширині.
Швидкість руху матеріалу, захоплюваного валками, збільшується у міру проходження зазору і в мінімальному зазорі досягає максимального значення, що перевищує середню окружну швидкість валків, так як до швидкості перенесення матеріалу тут додається швидкість деформації. При виході із зазору швидкість маси зменшується, поки не зрівняється зі швидкістю руху валка. При цьому товщина листа в порівнянні з мінімальним зазором дещо збільшується, що пов'язано з матеріальним балансом потоку матеріалу. Крім збільшення товщини листа при зменшенні швидкості матері ал розбухає, або еластично відновлюється, з-за в'язкопружності.
Тиск, що деформує еластомер в зазорі, викликає прогин валків. Це тиск, так само як нормальні і тангенціальні напруги в зазорі, необхідно визначати при конструюванні та експлуатації каландра, щоб розрахувати конструкцію, вибрати привід, оцінити можливість переробки сумішей нових рецептур (наприклад, з підвищеною в'язкістю і твердістю) відповідний температурний режим процесу та встановити потрібні зазори .
Неврахування цих обставин може призвести не тільки до техніко-економічного програшу, але навіть до аварій і поломок каландра.
Конструкції каландрів відрізняються великою різноманітністю. У четирехвалкових каландрах валки можуть бути розташовані вертикально, у вигляді літер Z, L або 5. Є також трикутні тривалкові кордні каландри, двох-, п'яти-і шестівалковие машини. При каландрование застосовують високі (до 60 - 80 м / хв) швидкості.
Для випуску аркушів із заданими розмірами і допусками застосовують каландри з жорсткою регульованою посадкою валків, що виключає їх довільне зміщення. Тим не менш необхідно контролювати і регулювати товщину аркуша (наприклад, променевим калібромером з автоматичною стежить і корекційна системою шляхом зміни зазору і частоти обертання валків.
Необхідно враховувати прогин важких валків, фіксованих по кінцях, подібно закріпленої балці, а також з-за розпірних зусиль при деформації гумової суміші.
5. ОБРОБКА ГУМОВИХ СУМІШЕЙ на валкових МАШИНАХ
Вальцювання і каландрование є широко поширеними процесами в гумової промисловості [1].
При зовнішній схожості вальців і каландрів вимоги, які пред'являються до відповідних процесів, а також до вальцьованих і Каландрований заготівлях зовсім різні.
Вальцювання виробляють зазвичай або для гомогенізації гумової суміші, які вивантажуються з змішувача, або для підігріву її перед подачею в кордні або протекторні лінії. Змішання на вальцях за краще проводити у тих випадках, коли працюють з особливо в'язкими матеріалами. Іноді при вальцюванні вводять в суміш деякі інгредієнти (наприклад, сірку) або готують всю суміш (зазвичай у виробництві ГТВ). Частота обертання одного 'валка зазвичай на 25% вище, ніж іншого. Така різниця, чи фрикції, забезпечує додаткове сдвиговое вплив і покращує змішання. Якість (гладкість) поверхні вальцьованих аркушів суміші і їх товщина можуть широко змінюватися (допуски на товщину листів суміші після вальцювання можуть бути близько ± 10% і вище).
При вальцюванні забезпечується хороший тепловідвід і підтримується порівняно низька температура поверхонь валків, що дозволяє досягати високих напруг зсуву та значень накопиченої деформації зсуву y z, забезпечують хороше диспергування інгредієнтів і гомогенізацію суміші. При цьому для досягнення високих значень накопиченої деформації зсуву 2 липня використовують операції підрізування і загвинчування суміші в рулон. Подаючи потім рулон торцем в зазор вальців, домагаються хорошого змішання. Випускають виробничі вальці з довжиною робочої частини валків 630, 800, 1500, 2130 мм, а також лабораторні, з довжиною валків 320 мм і менше.
При роботі на лабораторних вальцях зазор зазвичай багато менше, ніж на виробничих. Охолоджуються (нагріваються) лабораторні вальці також набагато краще. Якщо порівняти поведінку сумішей при вальцюванні на лабораторних і виробничих вальцях, то в останньому випадку накопичена за цикл деформація Y s буде менше, а якість змішання - гірше. У лабораторії вальцювання виробляють в оптимальних умовах, які, як і якість обробки, не завжди реалізуються у виробництві. Очевидно, що для переходу від лабораторних умов до виробничих потрібно враховувати співвідношення подібності.
Найважливішими технологічними чинниками, - визначальними умови обробки еластомерів на вальцях, є: температури матеріалу і валків, їх швидкості і фрикції, зазор між валками, а також система підрізів, відбору та повернення в зазор частини суміші.
6. Переробки еластомерів НА Черв'ячні МАШИНАХ
Переробка каучуків і гумових сумішей на черв'ячних машинах (екструдерах) здійснюється з метою:
пластикації і додання безформної масі каучуку виду, зручного для автоматичного дозування (грануляція, гортанні);
очищення гумової суміші від сторонніх включень (стрейнірованіе);
формування гумової суміш (шприцевание, профілювання) для здійснення безперервної вулканізації без тиску, а також для полегшення заповнення вулканізаціоиних форм у виробництві ГТВ;
профілювання заготовок для подальшого складання складних виробів (шини, гумове взуття);
обрезініваніе дроту та текстильних шнурів;
розігріву гумової суміші в лініях каландрования.
Ці технологічні операції виконуються з допомогою спеціалізованих черв'ячних машин, що мають деякі конструктивні відмінності.
Відповідно до ГОСТ 11441-76 одночервячние машини для переробки гумових сумішей поділяються на три типи:
МЧТ - з теплим харчуванням, призначені для переробки гумових сумішей, що мають у момент надходження в завантажувальну воронку температуру не нижче 50 ° С, а для машин, що беруть гумову суміш із гумозмішувача, - від 80 до 200 ° С;
МЧХ - з холодним харчуванням, призначені для переробки гумових сумішей, що мають у момент надходження в завантажувальну воронку температуру не низькі 15 ° С, а в момент надходження до профілюючу голівку - не менше 60 ° С;
МЧХВ - з холодним харчуванням і вакуумуванням, мають додатково до характеристик попереднього типу машин зону вакуумування для видалення газів і парів, що виділяються з матеріалу у процесі шприцювання.
При розгляді теорії процесу переробки еластомерів (термоеластопластів, каучуків і гумових сумішей) в черв'ячних машинах використовується термін екструзія », а для опису технології-« шприцевание ». Термін «профілювання» включає в себе крім власне шприцювання за допомогою черв'ячної машини подальшу обробку на наступних агрегатах: витяжку, усадку, шероховки, маркування, дублювання, промазку клеєм, охолодження, мірний рез і ряд інших технологічних операцій, що впливають на остаточні розміри шпріцованних заготовок.
КОНСТРУКЦІЯ Черв'ячні МАШИН
Спільним для всіх черв'ячних машин є циліндр, в якому обертається черв'як (або черв'яки). Матеріал подається в циліндр через завантажувальну лійку і видавлюється через головку. Головка оснащується відповідними профілюючими каналами, листям валками, фільтрувальними сітками або гранулюючих пристроями. До конструктивним характеристикам черв'ячної машини відносяться число і діаметр черв'яків, ставлення робочої довжини черв'яка до діаметру, ступінь стиснення матеріалу по довжині черв'яка, а також характер (ступеневу або безступінчате) і діапазон регулювання частоти обертання черв'яка [4 с. 34-77]. Для переробки гумових сумішей в основному використовують одно-черв'ячні машини [5].
Сутність процесу шприцювання полягає в тому, що нагріта і спластіцірованная гумова суміш переміщається і ущільнюється в витках черв'яка, продавлюється через профільне отвір головки машини, в результаті чого набуває заздалегідь задані форму і розміри. На виході з профілюючого каналу голівки внаслідок прояву високоеластіческом властивостей гумової суміші відбувається скорочення заготовки по довжині і збільшення її поперечного перерізу - усадка. Для профілів складного перетину усадка по ширині профілю різна внаслідок відмінності швидкостей шприцювання через різні перетини вихідного отвору. При конструюванні профілюючих головок черв'ячних машин намагаються вирівняти швидкості потоку і передбачають так звані пресувальні виступи при вході в найбільш відкриту частину каналу. Для зменшення опору течії суміші по крайках в профілюючої планці вирізують розвантажувальні вікна. При екструзії важливе значення має коефіцієнт зовнішнього тертя між полімером і черв'яком і між полімером і циліндром машини особливо на ділянці завантаження, заповненому неразогретим і непластіцірованним твердим матеріалом. Щоб матеріал взагалі міг переміщатися і деформуватися в зоні завантаження уздовж осі машини, коефіцієнт його тертя об поверхню черв'яка повинен бути малим, а об стінки цілінометрдра великим.
Тому черв'яки необхідно полірувати, а гільза циліндра може мати такий низький клас чистоти обробки, який лише дозволяє проводити її очищення [6]. Якщо це основна умова не виконується, може відбуватися обертання матеріалу разом з черв'яком і ковзання по корпусу без всякого осьового переміщення з нульовою продуктивністю [7].
Крім механічних властивостей робочих поверхонь, на екструзію впливає і їх температура. У видавлюють зоні, де розігрітий матеріал знаходиться в вязкотекучем стані, він піддається дії протилежних факторів. Так зване вимушене рух (напір) виникає внаслідок обертання черв'яка; зворотний рух, або протитечія, - з'являється з-за наявності тиску в кінці зони видавлювання (перед головкою). Противоток великий при екструзії нагрітих матеріалів малої в'язкості. При шприцевание заготовок з гумових сумішей, в'язкість яких приблизно на порядок вище в'язкості розплавів термопластів, протитечія може бути незначним. До протитоку приєднується потік витоку через зазор між внутрішньою поверхнею циліндра і гребенем черв'яка б. При переробці гумових сумішей цей зазор для нових машин повинен перебувати в межах 0,02-0,05 D [4, с. 34; 5], а для знаходяться в експлуатації - не перевищувати 0,08 D [4, с. 34]. Великий зазор може істотно не позначитися на продуктивності машини, але викликає шлюб заготовок через подвулканізаціі гумової суміші, що потрапила в зазор.
ЛІТЕРАТУРА
. Бекина Н.Г., Шанін Н. П. Обладнання заводів гумової промисловості. Л., Хімія, 1969. 250 с.
. Мак-Келві Д. М. Переробка полімерів. М, Хімія, 1965. 442 с.
. Бекина Н. Г. Валкові машини для переробки гумових сумішей. Ярославль, ЯПІ, 1969. 80 с.
Лебедєв Г.А., Красовський В.М. - В кн.: Вальцювання і каландрование / Под ред. Брагінського В. А. М., Хімія, 1973, с. 55.
Мідлман С. Перебіг полімерів. М., Мир, 1971. 259 с. Аскадскій А. А. Деформація полімерів. М., Хімія, 1973. 448 с.
Токіті М. Доповідь на конф. «Технологія гуми 1974», Блекпул, Англія, 21-23 травня, 1974.
Салтиков А. В. Основи сучасної технології автомобільних шин.
Вострокнутов Є.Г., Прозорівська Н.В., Кирилюк JI. В. - хутра. полімер, 1969, № 3, с. 539-542.
Pasley PS - 1. Appl. Mechan., 1957, v. 24, № 3, p. 602-608.
Майзель At. M. Машини та апарати виробництва штучної шкіри. М.
Вострокнутов Є.Г. та ін - У кн.: Машини і технологія переробки каучуків, полімерів і гумових сумішей. Ярославль, ЯПІ, 1972, с. 26-32.
Лукач Ю.Є., Рябінін Д.Д., Метлов Б. І. Валкові машини для переробки пластмас і гумових сумішей. М., Машинобудування, 1967. 201 с.