Обработка каучука и создание резины

Пластикация. Одно из важнейших параметров каучука – пластичность – употребляется в производстве резиновых изделий. Чтоб смешать каучук с другими ингредиентами резиновой смеси, его необходимо поначалу умягчить, либо пластицировать, методом механической либо термической обработки. Этот процесс именуется пластикацией каучука. Открытие Т.Хэнкоком в 1820 способности пластикации каучука имело большущее значение для резиновой индустрии. Его пластикатор состоял из шипованного ротора, вращающегося в шипованном полом цилиндре; это устройство имело ручной привод. В современной резиновой индустрии употребляются три типа схожих машин до ввода остальных компонентов резиновой смеси в каучук. Это – каучукотерка, смеситель Бенбери и пластикатор Гордона.

внедрение грануляторов – машин, которые разрезают каучук на мелкие гранулы либо пластинки одинаковых размеров и формы, – упрощает операции по дозе и управлению действием обработки каучука. Каучук подается в гранулятор по выходе из пластикатора. Получающиеся гранулы смешиваются с углеродной сажей и маслами в смесителе Бенбери, образуя маточную смесь, которая также гранулируется. После обработки в смесителе Бенбери делается смешивание с вулканизующими веществами, серой и ускорителями вулканизации.

Приготовление резиновой смеси. Химическое соединение лишь из каучука и серы имело бы ограниченное практическое применение. Чтоб улучшить физические характеристики каучука и сделать его более подходящим для эксплуатации в разных применениях, нужно модифицировать его характеристики методом добавления остальных веществ. Все вещества, смешиваемые с каучуком перед вулканизацией, включая серу, именуются ингредиентами резиновой смеси. Они вызывают как химические, так и физические конфигурации в каучуке. Их назначение – модифицировать твердость, крепкость и ударную вязкость и увеличить стойкость к истиранию, маслам, кислороду, химическим растворителям, теплу и растрескиванию. Для производства резин различных применений употребляются разные составы.

Ускорители и активаторы. Некие химически активные вещества, называемые ускорителями, при использовании совместно с серой уменьшают время вулканизации и делают лучше физические характеристики каучука. Примерами неорганических ускорителей являются свинцовые белила, свинцовый глет (монооксид свинца), известь и магнезия (оксид магния). Органические ускорители еще более активны и являются принципиальной частью практически хоть какой резиновой смеси. Они вводятся в смесь в относительно малой доле: традиционно бывает довольно от 0,5 до 1,0 части на 100 частей каучука. Большая часть ускорителей полностью проявляет свою эффективность в присутствии активаторов, таковых, как окись цинка, а для неких требуется органическая кислота, к примеру стеариновая. Поэтому современные рецептуры резиновых смесей традиционно включают окись цинка и стеариновую кислоту.

Мягчители и пластификаторы. Мягчители и пластификаторы традиционно употребляются для сокращения времени приготовления резиновой смеси и понижения температуры процесса. Они также способствуют диспергированию ингредиентов смеси, вызывая набухание либо растворение каучука. Обычными мягчителями являются парафиновое и растительные масла, воски, олеиновая и стеариновая кислоты, хвойная смола, каменноугольная смола и канифоль.

Упрочняющие наполнители. Некие вещества усиливают каучук, придавая ему крепкость и сопротивляемость износу. Они именуются упрочняющими наполнителями. Углеродная (газовая) сажа в тонко измельченной форме – более распространенный упрочняющий наполнитель; она относительно дешева и является одним из самых эффективных веществ такового рода. Протекторная резина авто шины содержит приблизительно 45 частей углеродной сажи на 100 частей каучука.

Другими обширно используемыми упрочняющими наполнителями являются окись цинка, карбонат магния, кремнезем, карбонат кальция и некие глины, но все они менее эффективны, чем газовая сажа.

Наполнители. На заре каучуковой индустрии еще до появления кара некие вещества добавлялись к каучуку для удешевления получаемых из него товаров. Упрочнение еще не имело огромного значения, и такие вещества просто служили для роста размера и массы резины. Их называют наполнителями либо инертными ингредиентами резиновой смеси. Распространенными наполнителями являются бариты, мел, некие глины и диатомит.

Антиоксиданты. Внедрение антиоксидантов для сохранения подходящих параметров резиновых изделий в процессе их старения и эксплуатации началось после Второй мировой войны. Как и ускорители вулканизации, антиоксиданты – сложные органические соединения, которые при концентрации 1–2 части на 100 частей каучука препятствуют росту жесткости и хрупкости резины. Действие воздуха, озона, тепла и света – основная причина старения резины. Некие антиоксиданты также защищают резину от повреждения при изгибе и нагреве.

Пигменты. Упрочняющие и инертные наполнители и остальные ингредиенты резиновой смеси частенько называют пигментами, хотя употребляются и настоящие пигменты, которые придают цвет резиновым изделиям. Оксиды цинка и титана, сульфид цинка и литопон используются в качестве белых пигментов. Желтый крон, железоокисный пигмент, сульфид сурьмы, ультрамарин и ламповая сажа употребляются для придания изделиям разных цветовых цветов.

Каландрование. После того как сырой каучук пластицирован и смешан с ингредиентами резиновой смеси, он подвергается дальнейшей обработке перед вулканизацией, чтоб придать ему форму конечного изделия. Тип обработки зависит от области внедрения резинового изделия. На данной стадии процесса обширно употребляются каландрование и экструзия.

Каландры представляют собой машины, предназначенные для раскатки резиновой смеси в листы либо промазки ею тканей. Обычный каландр традиционно состоит из трех горизонтальных валов, расположенных один над иным, хотя для неких видов работ употребляются четырехвальные и пятивальные каландры. Полые каландровые валы имеют длину до 2,5 м и диаметр до 0,8 м. К валам подводятся пар и холодная вода, чтоб контролировать температуру, выбор и поддержание которой имеют решающее значение для получения качественного изделия с неизменной шириной и гладкой поверхностью. Соседние валы вращаются в противоположных направлениях, причем частота вращения каждого вала и расстояние меж валами точно контролируются. На каландре выполняются нанесение покрытия на ткани, промазка тканей и раскатка резиновой смеси в листы.

Экструзия. Экструдер применяется для формования труб, шлангов, протекторов шин, камер пневматических шин, уплотнительных прокладок для каров и остальных изделий. Он состоит из стального цилиндрического корпуса, снабженного рубахой для нагрева либо остывания. Плотно прилегающий к корпусу шнек подает невулканизованную резиновую смесь, предварительно нагретую на вальцах, через корпус к головке, в которую вставляется сменный формующий инструмент, определяющий форму получаемого изделия. Выходящее из головки изделие традиционно охлаждается струей воды. Камеры пневматических шин выходят из экструдера в виде непрерывной трубки, которая позже разрезается на части подходящей длины. Многие изделия, к примеру уплотнительные прокладки и небольшие трубки, выходят из экструдера в конечной форме, а позже вулканизуются. Остальные изделия, к примеру протекторы шин, выходят из экструдера в виде прямых заготовок, которые потом накладываются на корпус шины и привулканизовываются к нему, меняя свою первоначальную форму.

Вулканизация. Далее нужно вулканизовать заготовку, чтоб получить готовое изделие, пригодное к эксплуатации. Вулканизация проводится несколькими методами. Многим изделиям придается окончательная форма лишь на стадии вулканизации, когда заключенная в металлические формы резиновая смесь подвергается действию температуры и давления. Авто шины после сборки на барабане формуются до подходящего размера и потом вулканизуются в рифленых стальных формах. Формы инсталлируются одна на другую в вертикальном вулканизационном автоклаве, и в замкнутый нагреватель запускается пар. В невулканизованную заготовку шины вставляется пневмомешок той же формы, что и камера шины. По гибким медным трубкам в него запускаются воздух, пар, жгучая вода по отдельности либо в сочетании друг с другом; эти служащие для передачи давления текучие среды раздвигают основа шины, заставляя каучук втекать в фасонные углубления формы. В современной практике технологи стремятся к увеличению числа шин, вулканизуемых в отдельных вулканизаторах, называемых пресс-формами. Эти литые пресс-формы имеют полые стены, обеспечивающие внутреннюю циркуляцию пара, горячей воды и воздуха, которые подводят тепло к заготовке. В заданное время пресс-формы автоматом открываются.

Были разработаны автоматизированные вулканизационные прессы, которые вставляют в заготовку шины варочную камеру, вулканизуют шину и убирают варочную камеру из готовой шины. Варочная камера является составной частью вулканизационного пресса. Камеры шин вулканизуются в сходных пресс-формах, имеющих гладкую поверхность. Среднее время вулканизации одной камеры составляет около 7 мин при 155° С. При меньших температурах время вулканизации растет.

Многие изделия меньшего размера вулканизуются в металлических пресс-формах, которые располагаются меж параллельными плитами гидравлического пресса. Плиты пресса внутри полые, чтоб обеспечить доступ пара для нагрева без непосредственного контакта с изделием. Изделие получает тепло лишь через металлическую пресс-форму.

Многие изделия вулканизуются нагревом в воздухе либо углекислом газе. Прорезиненная ткань, одежда, плащи и резиновая обувь вулканизуются таковым методом. Процесс традиционно проводится в огромных горизонтальных вулканизаторах с паровой рубахой. Резиновые смеси, вулканизуемые сухим теплом, традиционно содержат меньшую добавку серы, чтоб исключить выход части серы на поверхность изделия. Для уменьшения времени вулканизации, которое, как правило, больше, чем при вулканизации открытым паром либо под прессом, употребляются вещества-ускорители.

некие резиновые изделия вулканизуются погружением в горячую воду под давлением. Листовой каучук наматывается меж слоями муслина на барабан и вулканизуется в горячей воде под давлением. Резиновые груши, шланги, изоляция для проводов вулканизуются в открытом паре. Вулканизаторы традиционно представляют собой горизонтальные цилиндры с плотно подогнанными крышками. Пожарные шланги вулканизуются паром с внутренней стороны и таковым образом играются роль собственных вулканизаторов. Каучуковый шланг втягивается вовнутрь плетеного хлопчатобумажного шланга, к ним прикрепляются соединительные фланцы и вовнутрь заготовки на заданное время под давлением нагнетается пар.

Вулканизация без подвода тепла может проводиться с помощью хлористой серы S2Cl2 методом или погружения в раствор, или действия паров. Лишь тонкие листы либо такие изделия, как фартуки, купальные шапочки, напальчники либо хирургические перчатки, вулканизуются таковым методом, поскольку реакция протекает скоро, а раствор при этом не проникает глубоко в заготовку. Дополнительная обработка аммиаком нужна для удаления кислоты, образующейся в процессе вулканизации.