Технология получения резины

Электронная библиотека

Процесс изготовления резины и резиновых деталей состоит из приготовления сырой резиновой смеси, получения из нее полуфабрикатов или деталей и их вулканизации. Этот процесс включает в себя следующие операции: вальцевание, каландрирование, получение заготовок, формование и вулканизацию, обработку готовых деталей.

Для приготовления сырой резины каучук разрезают на куски и пропускают через вальцы (рис. 7.1) для придания пластичности. Затем в специальных смесителях каучук смешивают с порошкообразными компонентами, входящими в состав резины (вулканизирующими веществами, наполнителями, ускорителями вулканизации и т.д.), вводя их в резиновую смесь точно по весовой дозировке. Перемешивание можно производить и на вальцах. Таким образом, получают однородную, пластичную и малоупругую массу – сырую резину. Она легко формуется, растворяется в органических растворителях и при нагревании становится клейкой.

Провальцованная сырая резина поступает на каландр (рис. 7.2), где получают листы заданной толщины. Из каландрованных листов заготовки деталей получают: вырезкой по шаблонам, вырубкой шанцевыми ножами, формованием на шприц-машине.

Для изготовления резиновых деталей формовым способом используют гидравлические вулканизационные прессы с электрообогревом. Прессование производят в пресс-формах методами прямого и литьевого прессования. Литье под давлением применяют для изготовления деталей сложной конфигурации.

Для получения прочных высокоэластичных изделий (покрышек, трансмиссионных лент, ремней, рукавов) резиновую смесь наносят на высокопрочные ткани (корд, бельтинг) из хлопчатобумажного, полиамидного или полиэфирного волокна. Для сцепления резины с тканью применяют способы напрессования или пропитывания. В первом случае тонкие листы каландрованной резины на специальных дублировочных каландрах напрессовывают на ткань. Во втором случае ткань пропитывают раствором резиновой смеси (резиновым клеем) и сушат для удаления растворителя. Прорезиненную ткань раскраивают, собирают в пакеты и прессуют в изделия.

Многие резиновые изделия армируют металлическими деталями. Металлические детали (за исключением латунных) не обладают адгезией к резине, поэтому легко вырываются из изделия. Чтобы увеличить адгезию металлической арматуры к резине, на металл наносят клеевую пленку или осуществляют латунирование.

Любой процесс формования заканчивается процессом вулканизации (нагревания с серой). Каучук состоит из линейных молекул. При нагревании с серой происходит укрупнение молекул и образование сетчатой структуры молекул, при этом каучук превращается в резину. В резине, кроме линейных, есть двух- и трехмерные молекулы.

Усложнение и укрупнение молекул приводит к тому, что вещество приобретает упругость, без снижения эластичности, а, кроме того, и стойкость к термическим и химическим воздействиям. Кроме того, в резину добавляют сажу, которая увеличивает его прочность.

Длительность и температура вулканизации зависит от рецептуры резиновой смеси (от типа каучука и эффективности введенного ускорителя). Обычно вулканизацию проводят при температуре 120 – 150 °С.

При формовании деталей вулканизация их производится в пресс-формах на вулканизационных гидравлических прессах с паровым или электрическим обогревом. Формовой метод вулканизации дает более плотную, однородную структуру, более точные размеры и более гладкую поверхность резинового изделия. При невозможности вулканизации в пресс-форме, особенно изделий, полученных на шприц-машине накатыванием и дублированием, вулканизацию проводят в вулканизационном котле.

Почти все синтетические каучуки получают методом эмульсионной полимеризации в водных средах. Размеры образующихся в этих условиях частиц полимера получаются близкими к размерам коллоидных частиц. В присутствии специально вводимых веществ (эмульгаторов) частицы полимеров образуют устойчивую эмульсию полимера в воде, которая называется латексом.

В настоящее время выпускается большое количество латексов, из которых можно непосредственно изготавливать резиновые изделия. Латексы применяются для получения фрикционных изделий, для пропитки корда, для изготовления шлифовальных камней, резиновых нитей, эластичных волосяных подушек, перчаток, воздушных шаров, тонкостенных изделий, для замены клеев эластичными пастами, для получения резиновых пеноматериалов. Для получения резиновых изделий толщиной не более 0,2 мм форму (обычно стеклянную) несколько раз погружают в латекс. После каждого погружения на форме остается слой латекса, из которого высушиванием удаляют воду.

Процесс изготовления изделий из латексов состоит из следующих операций: смешивания латекса с вулканизирующими агентами и другими компонентами резиновой смеси; высаживания резины на форму в виде пленки; вулканизации.

Технология изготовления резиновых изделий

23.1. Технология изготовления резиновых изделий

Резины — пластмассы с редкосетчатой структурой, в которых связующим выступает полимер, находящийся в высокопластическом состоянии. В резинах связующим являются каучуки натуральные (НК) или синтетические (СК). Каучукам присуща высокая пластичность, обусловленная особенностями строения их молекул. Линейные и слаборазветвленные молекулы каучуков имеют зигзагообразную или спиралевидную конфигурацию и отличаются

Чистый каучук ползет при комнатной температуре особенно при повышенной, хорошо растворяется в органических растворителях. Такой каучук не может использоваться в готовых изделиях. Для повышения упругих и других физико-механических свойств в каучуке формируют редкосетчатую молекулярную структуру. Это осуществляют вулканизацией — путем введения в каучуки химических веществ — вулканизаторов образующих поперечные химические связи между звеньями макромолекул каучука. Механические свойства резины определяют по результатам испытания на растяжение и на твердость. При вдавливании тупой иглы или стального шарика диаметром 5 мм по величине измеренной деформации оценивают твердость.

В процессе эксплуатации под воздействием внешних факторов (свет, температура, озон, кислород, радиация и др.) резины изменяют свом свойства — стареют. Старение резин оценивают коэффициентом старения. Определяют, выдерживая стандартизованные образцы в термостате при температуре -70 °С в течение 144 ч, что соответствует естественному старению резины в течение 3 лет:

23.2. Технология приготовления резиновых смесей и формообразования деталей из резины

Помимо основы — каучуков — в состав резин вводят: вулканизирующие вещества, ускорители вулканизации, наполнители, пластификаторы и красители.

Вулканизирующие вещества (сера, оксиды цинка или магния и нитросоединения) непосредственно участвуют в образованна связей между макромолекулами. Их содержание в резинах составляет 5—7%, а в твердых резинах, например эбоните, — до 30%.

Наполнители по воздействию на каучуки подразделяют на активные и инертные. Активные наполнители (сажа, оксид кремния) повышают твердость и прочность резины и увеличивают ее сопротивление истиранию. Инертные наполнители (тальк, мел и др.) вводят в состав резин с целью их удешевления.

Пластификаторы (вазелин технический, парафин, стеариновая кислота, минеральные и растительные масла и т. д.), присутствуя в составе резин (8—30%), облегчают их переработку, увеличивают эластичность и морозостойкость.

Противостарители замедляют процесс старения резни, препятствуют присоединению кислорода. В результате макромолекулы каучука разрываются на части, укорачиваются. Это приводит к потере эластичности, охрупчиванию и появлению сетки трещин на поверхности. Противостарители различают химического и физического действия. Противостарители химического действия (альдоль, неозон), взаимодействуя с кислородом, задерживают его окисление. Противостарители физического действия (парафин, воск, образуя поверхностные пленки, затрудняют диффузию кислорода).

Красители (охра, ультрамарин) выполняют не только декоративные функции, но в задерживают световое старение, поглощая коротковолновую часть света.

Решающая роль в формировании основных свойств резин принадлежит каучукам. Натуральный каучук получают из сока (латекса), извлекаемого из стволов каучуковых деревьев. В латексе содержится 30 — 37% каучука, частицы которого имеют округлую форму диаметром 0,14 — 0,6 мкм. Каучук из латекса выделяют коагуляцией с помощью органических кислот (муравьиной или уксусной). Затем рыхлый сгусток промывают водой, раскатывают в листы и сушат. Наибольшее распространение получили сорта натурального каучука смокед шит янтарного цвета и светлого крена.

Натуральный каучук — мягкий эластичный материал плотностью 0,91—0,94 г/см. Он хорошо растворяется в органических растворителях (бензине, бензоле, хлороформе). При длительном хранении возможна его кристаллизация.

При температуре -70 °С натуральный каучук утрачивает эластичность и становится хрупким. Нагрев натурального каучука выше 70 °С делает его пластичный, а при температуре выше 200 °С он разлагается. Резины на основе натурального каучука имеют высокую прочность и эластичность, высокие электроизоляционные свойства.

Более широкое применение в производстве резин получили синтетические каучуки, отличающиеся разнообразием свойств. Синтетические каучук получают из спирта, нефти, попутных газов нефтедобычи, природного газа и т.,

Бутадиеновый каучук. Это некристаллизующийся каучук, отличающийся пониженной прочностью при растяжении, растворимый в неорганических растворителях. Морозостойкость бутадиенового каучука невысокая и находится в пределах от -40 до -50 °С. СКБ каучук чаще идет на изготовление специальных резин.

Бутадиеннитрильный каучук. Имеют низкие электроизоляционные свойства. Они стойки в бензине и нефтяных маслах и по этим показателям превосходя наирит. По термостойкости превосходят натуральный каучук. Производят и масляные шланги.

23.3. Приготовление резиновых смесей и формообразование деталей из резины

Технология приготовления резиновых смесей состоит из ряда операций выполняемых в определенной последовательности. Основные операции — подготовка ингредиентов, их смешивание и получение полуфабриката требуемой формы.

Перед смешиванием ингредиентов каучук нарезают на куски и пластифицируют путем многократного пропускания через нагретые до 40—50 °С валки. Таким образом улучшают способность каучука смешиваться с другими составляющими. При смешивании строго соблюдают не только отленные пропорции, но и последовательность смешивания ингредиентов. Первым обычно вводят в смесь противостарители, а последними —вулканизаторы (серу или оксиды цинка, магния) и ускорители вулканизации. Процесс смешивания проводят в резиносмесителях закрытого типа или на вальцовочных машинах. Полученная в результате смешивания масса подвергается каландрованию.

Каландрование резиновых смесей проводят на специальных машин каландрах — и получают в результате сырую резину в виде листов или лент определенной толщины. По конструкции каландры представляют трехвалковую клеть листопрокатного стана. Два валка, верхний и средний, имеют температуру 60—90 °С, а нижний — 15 °С. Резиновая масса, проходя в между верхними валками, нагревается, обволакивает средний валок и выходит через зазор между средним и нижним валками.

Листы каландреванной сырой резины (не вулканизированной) наматывают на деревянные бобины, предварительно разделив прокладочной бумагой и тем самым предотвращая их слипание. В таком виде сырая резина сохраняться при 5—20 °С до трех месяцев, а отдельные виды резин шести месяцев.

23.4. Формообразование деталей из резины

Из сырой резины методами прессования и литья под давлением изготавливают детали требуемой формы и размеров. Каждый метод имеет ему присущие технологические возможности и применяется для изготовления определенного вида деталей.

Прессование. Детали из сырой резины формуют в специальных пресс-формах на гидравлических прессах под давлением 5—10 МПа. Заготовка укладывается в пресс-форму, если необходимо, то с армирующим материалом, и под действием давления принимает необходимую форму. В случае, если прессование проходило в холодном состоянии, отформованное изделие затем подвергают вулканизация. При. горячем прессовании с формовкой протекает вулканизация. Изготавливают уплотнительные кольца, муфты, клиновые ремни.

Литье под давлением — более прогрессивный истод, В этом случае форма заполняется предварительно разогретой пластичной сырой резиновой смесью под давлением 30—150 МПа.

Резиновая смесь приобретает форму, соответствующую рабочей полости формы. Прочность резиновых изделий увеличивается при армировании их стенок стальной проволокой, сеткой, капроновой или стеклянной нитью.

Сложные изделия — автопокрышки, гибкие бронированные шланги и рукава — получают методом последовательной намотки на полый металлический стержень слоев резины и изолирующих и армирующих материалов (ткань, металлическая проволоках).

Вулканизация. Горячую вулканизацию проводят в котлах, в прессах-автоматах, на непрерывного действия под давлением при строгом температурном режиме в пределах 130—150 «С. Вулканизационной средой могут быть горячий воздух, водяной пар, горячая вода, расплав соли.

При вулканизации имеет место химическое взаимодействие каучука с вулканизирующим веществом (серой, пероксидными или ми соединениями) по месту двойной связи:

Вулканизацию возможно проводить при комнатной температуре. В этом случае сера отсутствует в составе сырой резины, а изделие обрабатывают в растворе или рарах дихлорида серы или в атмосфере сернистого газа. Осуществлять вулканизацию можно с помощью сверхвысокочастотного или у-излучения,

В результате вулканизации увеличиваются прочность и упругость резины, сопротивление старению, действию различных органических растворителей, изменяются электроизоляционные свойства.

Резинам свойственна большая обратимая деформация, достигающая 1000%, при сравнительно низких напряжениях.

Нагрев, как правило, снижает прочностные свойства резин.

При низких отрицательных температурах резины практически полностью утрачивают высокоэластичные свойства и переходят в стеклообразное состояние.

Технологический процесс производства автомобильных шин

Шины являются связующим звеном между дорогой и автомобилем. Удивительно, но от пятна контакта размером с ладонь напрямую зависит уровень безопасности. Именно это заставляет производителей автомобильных шин строго придерживаться технологического процесса.

Весь процесс производства шин можно условно разделить на пять этапов: изготовление резиновой смеси, изготовление деталей покрышек, сборка шины, вулканизация и проверка качества.

На этапе изготовления резиновых смесей происходит смешение различных компонентов до получения однородной массы. Это происходит в специальном смесителе закрытого типа при нагреве до 120 градусов Цельсия. Для разных типов смесей, которые используются в разных частях шины, используются различные компоненты, интенсивность смешения и температура процесса. Более подробно про резиновые смеси можно прочитать в нашей статье «Резиновая смесь протектора».

Для производства одного типа шин требуется несколько различных по составу резиновых смесей. Один тип резины используется в производстве протектора, а другие предназначены для изготовления деталей шин.

На этапе изготовления деталей покрышки происходит подготовка материалов, усиливающих конструкцию шины: пропитка, сушка, термообработка и обрезинивание. Обрезиниванию подвергаются бортовые кольца, текстильный корд и стальной брекер. Последним этапом в изготовлении компонентов является придание деталям конечной формы.

Всего в производстве одной покрышки используется до 30 компонентов, большинство из которых играют роль усилителей конструкции шины.

Готовые детали поступают на станок для сборки шин. На современных предприятиях такой станок представляет собой автоматизированный комплекс, работающий под управлением оператора (сборщика). Он состоит из вращающихся барабанов, на которых собираются заготовки, и подающего устройства для снабжения сборщика компонентами для сборки.

Сборка шин является самым сложным процессом, который, несмотря на механизацию и автоматизацию имеет большую долю ручных операций. На одном барабане собирается каркас шины, а на другом его боковая часть. После окончания сборки барабаны совмещают и прижимают заготовки, придавая им форму шины. Как правило, на заводах установлено сразу несколько сборочных станков работающих для производства малогабаритных, среднегабаритных и крупногабаритных шин.

В процессе вулканизации заготовка шины поступает в отверждающий пресс (вулканизатор), где формуется протектор, а резиновая смесь необходимую эластичность. Для этого ее помещают в вулканизационную пресс-форму, где мембрана под давлением горячей воды и пара формует рисунок протектора. Процесс протекает при высокой температуре, которая активирует процесс влуканизации, при котором сера, содержащаяся в резиновой смеси, создает связи с цепочками полимеров. В этот момент каучук переходит от пластичного состояния к эластичному.

У каждого производителя свой собственный процесс контроля качества, обеспечивающий соблюдение внутренних норм и международных стандартов. Как правило, он состоит из двух этапов. На первом этапе шины проходят визуальный осмотр, а на втором проверку на специальном оборудовании. Визуальный осмотр позволяет выявить внешние дефекты, которые могут повлиять на эксплуатационные характеристики шины. Далее шина поступает через специальное оборудование, на котором измеряется ее вес, баланс, внутреннее строение и характеристики под нагрузкой.

По результатам прохождения контроля качества шины маркируются согласно типоразмеру, индексам скорости и нагрузки и складируются.

Производство резины и резинотехнических изделий: оборудование и технология. Из чего делают резину

Резиновые материалы и комбинированные резинотехнические изделия невозможно заменить другой продукцией. Уникальное сочетание характеристик и эксплуатационных качеств позволяет использовать такие материалы в сложных рабочих процессах, дополняя устройство машин, станков, приборов и строительных конструкций. Современное производство резины заметно продвинулось технологически, что отразилось и на качестве выпускаемой продукции . Технологи стремятся повышать долговечность, прочность и стойкость изделий к воздействию сторонних факторов.

Из какого сырья делают резину?

Большая часть резиновых материалов получается в результате промышленной обработки синтетических и натуральных каучуковых смесей. Достигается эта обработка посредством сшивки каучуковых молекул химическими связями. Последнее время используется порошкообразное сырье для производства резины, характеристики которого специально рассчитаны на образование литьевых форм. Это готовые композиции на базе жидкого каучука, из которых в том числе выпускают эбонитовые изделия. Сам процесс вулканизации не обходится без специальных активаторов или агентов – это химические вещества, способствующие сохранению оптимальных рабочих качеств смеси. Обычно для данной задачи используют серу. Это компоненты, составляющие основу набора, требуемого для изготовления резины. Но, в зависимости от требуемых эксплуатационных качеств и назначения продукта, технологи вводят производственные этапы, на которых структура изделия обогащается и модифицирующими элементами.

Добавки для модификации резиновых смесей

В процессе изготовления резиновая смесь может наполняться ускорителями, активаторами, агентами вулканизации, смягчителями и другими компонентами. Поэтому вопрос о том, из чего делают резину, в немалой степени определяется вспомогательными добавками. Например, для сохранения структуры материала используют регенераты. С помощью данного наполнителя резиновый продукт может подвергаться вторичной вулканизации. Немалая часть модификаторов не оказывает влияния на конечные технико-эксплуатационные свойства, но играет существенную роль непосредственно в процессе изготовления. Тот же процесс вулканизации корректируют ускорители и замедлители химических реакций.

Отдельную группу добавок представляют пластификаторы, то есть смягчители. Их используют для понижения температуры при вулканизации и диспергирования других ингредиентов состава. И здесь может возникнуть другой вопрос – насколько добавки и сам каучук влияют на химическую безопасность формируемой смеси? То есть из чего делают резину с точки зрения экологической чистоты? Отчасти это действительно опасные для здоровья смеси, которые включают ту же серу, битумы и дибутилфталаты, стеариновые кислоты и т. д. Но часть ингредиентов представляют натуральные вещества – природные смолы, тот же каучук, растительные масла и восковые компоненты. Другое дело, что в разных смесях соотношение вредной синтетики и натуральных ингредиентов может меняться.

Этапы процесса изготовления резиновых изделий

Промышленное изготовление резины начинается с процесса пластификации сырья, то есть каучука. На этом этапе обретается главное качество будущей резины – пластичность. Посредством механической и термической обработки каучук смягчается до определенной степени. Из полученной основы в дальнейшем будет осуществлено производство резины, но перед этим пластифицированная смесь подвергается модификации рассмотренными выше добавками. На этой стадии формируется резиновый состав, в который добавляют серу и другие активные компоненты для улучшения характеристик состава.

Важным этапом перед вулканизацией является и каландрование. По сути, это формование сырой каучуковой смеси, прошедшей обогащение добавками. Выбор способа каландрирования определяет конкретная технология. Производство резины на этом этапе может предполагать также и выполнение экструзии. Если обычное каландрование ставит целью создание простых резиновых форм, то экструзия позволяет выполнять сложные изделия в виде шлангов , кольцевых уплотнителей , протекторов для автомобильных шин и т. д.

Вулканизация как завершающий этап производства

В процессе вулканизации заготовка проходит финальную обработку, благодаря которой изделие получает достаточные для эксплуатации характеристики. Сущность операции заключается в воздействии давления и высокой температуры на модифицированную каучуковую смесь, заключенную в металлическую форму. Сами формы устанавливаются в специальной автоклаве, подключенной к паровому нагревателю. В некоторых сферах производство резины может предусматривать и заливку горячей воды, которая стимулирует процесс распределения давления через текучую среду. Современные предприятия также стремятся к автоматизации этого этапа. Появляются все новые пресс-формы, которые взаимодействуют с подающими пар и воду форсунками на основе компьютерных программ.

Как производятся резинотехнические изделия?

Это комбинированные изделия, которые получаются путем соединения тканевых материалов с каучуковой смесью. В процессе изготовления резинотехнической продукции нередко используется паронит – гибридный материал, получаемый путем соединения термостойкой резины и неорганических наполнителей. Далее заготовка проходит обработку вальцеванием и вулканизацию. Получают резинотехнические изделия и с помощью шприц-машин. В них на заготовки оказывается термическое воздействие, после чего осуществляется пропуск по профилирующей головке.

Оборудование для процессов изготовления резины

Полный производственный цикл осуществляет целая группа машин и агрегатов, выполняющих разные задачи. Один лишь процесс вулканизации обслуживают котлы, прессы, автоклавы, форматоры и другие устройства, обеспечивающие промежуточные операции. Отдельный установки применяют для пластификации – типовая машина такого типа состоит из шипованного ротора и цилиндра. Вращение роторной части производится посредством ручного привода. Не обходится производство резины без варочных камер и каландровых агрегатов, которые осуществляют раскатку каучуковых смесей и термическое воздействие.

Заключение

Процессы изготовления резиновых изделий во многом стандартизированы как в плане механической обработки, так и в части химического воздействия. Но даже при условии использования одинаковых производственных аппаратов характеристики получаемых изделий могут быть разными. Это доказывает и резина отечественного производства, предлагающая разные наборы эксплуатационных свойств. Наибольшую долю резиновой продукции в российском сегменте промышленности занимают автомобильные шины. И в этой нише особенно ярко проявляются способности технологов к гибкой модификации составов в соответствии с жесткими требованиями к конечной продукции.

Выбирая детали, обращайтесь в РТИ-Промэкспорт , Наши изделия – стабильность и надежность вашего оборудования!

Не забывайте ставить «палец вверх» и подписываться на наш канал , чтобы получать больше полезной информации каждый день.