ПРОИЗВОДСТВО РЕЗИНЫ
Пластификация. Одно из самых важных свойств каучука – пластичность – используется в производстве резиновых изделий. Чтобы смешать каучук с другими ингредиентами резиновой смеси, его необходимо первым делом умягчить, или пластицировать, методом механической или термической обработки. Этот процесс называется пластикацией каучука. Открытие Т. Хэнкоком в 1820 возможности пластикации каучука имело важное значение для резиновой промышленности. Его пластикатор состоял из шипованного ротора, вращающегося в шипованном полом цилиндре; это устройство имело ручной привод. В современной резиновой промышленности применяются три вида такого рода механизмов до ввода других компонентов резиновой смеси в каучук. Это – каучукотерка, смеситель Бенбери и пластикатор Гордона.
Применение грануляторов – механизмов, которые разрезают каучук на небольшие гранулы или пластинки одинаковых размеров и формы, – облегчает операции по дозировке и управлению процессом обработки каучука. Каучук поступает в гранулятор по выходе из пластикатора. Получающиеся гранулы смешиваются с углеродной сажей и маслами в миксере Бенбери, формируя маточную смесь, которая также гранулируется. По окончании обработки в смесителе Бенбери осуществляется смешивание с вулканизующими компонентами, серой и ускорителями вулканизации.
Приготовление
резиновой смеси. Химическое соединение лишь из каучука и серы имело бы ограниченное практическое применение. Чтобы улучшить физические свойства каучука и сделать его более пригодным для функционирования в самых разных применениях, следует изменить его свойства путем добавления других компонентов. Любые вещества, смешиваемые с каучуком перед вулканизацией, включая серу, называются ингредиентами резиновой смеси. Они вызывают как химические, так и физические изменения в каучуке. Их назначение – модифицировать твердость, прочность и ударную вязкость и улучшить стойкость к теплуистиранию, маслам, кислороду, химическим растворителям, и растрескиванию. Для производства резин разных применений применяются те или иные составы.
Ускорители и активаторы. Вещества, именуемые ускорителями, при использовании вместе с серой уменьшают время вулканизации и улучшают физические свойства каучука. Примерами неорганических ускорителей считаются свинцовые белила, свинцовый глет (монооксид свинца), известь и магнезия (оксид магния). Органические ускорители намного более активны и считаются немаловажной частью почти любой резиновой смеси. Они вводятся в смесь в сравнительно малой доле: часто бывает достаточно от 0, 5 до 1, 0 части на 100 частей каучука. Большинство ускорителей стопроцентно проявляет свою эффективность в присутствии активаторов, таких, как окись цинка, а для кое-каких нужна органическая кислота, скажем стеариновая. Поэтому в наше время рецептуры резиновых смесей всегда включают окись цинка и стеариновую кислоту.
Мягчители (пластификаторы). Мягчители и пластификаторы обычно используются для уменьшения времени изготовления резиновой смеси и снижения температуры процесса. Они достаточно часто помогают диспергированию ингредиентов смеси, вызывая набухание или растворение каучука. Типичными мягчителями остаются парафиновое и растительные масла, битумы и дибутилфталатолеиновая и стеариновая кислоты, вазелин, каменноугольная смола и канифоль, воски, хвойная смола, . Количество мягчителей занимает 8—30 % массы каучука.
Наполнители. Компоненты, добавляемые к каучуку для экономии получаемых из него продуктов (наполнители или инертные наполнители). Некоторые вещества усиливают каучук, придавая ему прочность и сопротивляемость износу, они называются упрочняющими наполнителями (или активными, или усиливающими наполнителями). Углеродная (газовая) сажа в тонко измельченной форме – наиболее распространенный упрочняющий наполнитель; она сравнительно дешева и остается одним из самых эффективных компонентов такого рода. Протекторная резина автомобильной шины содержит приблизительно 45 частей углеродной сажи на 100 частей каучука. Другими часто используемыми упрочняющими наполнителями являются карбонат магния, карбонат кальция и некоторые глиныокись цинка, кремнезем, , однако все они менее эффективны, чем газовая сажа. Стоит упомянуть, что часто в состав резиновой смеси вводят регенерат — продукт переработки старых резиновых изделий и отходов резинового производства. Кроме снижения стоимости регенерат улучшает качество резины, снижая ее склонность к старению.
Антиоксиданты и противостарители. Использование антиоксидантов для сохранения нужных свойств резиновых изделий в процессе их старения и использования началось после Второй мировой войны. Как и ускорители вулканизации, антиоксиданты – сложные органические соединения, ведь они при концентрации 1–2 части на 100 частей каучука препятствуют росту жесткости и хрупкости резины. Воздействие тепла воздуха, озона, , света – основная причина старения резины. Некоторые антиоксиданты еще и защищают резину от повреждения при изгибе и нагреве. Упрощенно, действие антиоксидантов заключается в том, что они задерживают окисление
каучука посредством окисления их самих или за счет разрушения образующихся перекисей каучука применяются альдоль, неозон Д и др. ). Противостарители (парафин, воск)же оставляют поверхностные защитные пленки, они используются реже.
Пигменты. Хотя упрочняющие и инертные наполнители и иные ингредиенты резиновой смеси часто называют пигментами, применяются и настоящие пигменты, которые придают цвет резиновым изделиям. Оксиды цинка и титана, сульфид цинка, литопон применяются в качестве белых пигментов. Желтый крон, сульфид сурьмы, железоокисный пигмент, ультрамарин и ламповая сажа применяются для придания изделиям разных цветовых оттенков. Многие красящие вещества (белые, желтые, зеленые) поглощают коротковолновую часть солнечного спектра и тем защищают резину от светового старения.
Каландрование. После того, как сырой каучук пластицирован и смешан с ингредиентами резиновой смеси, он подвергается дальнейшей обработке перед вулканизацией, чтобы придать ему форму конечного изделия. Тип обработки будет зависеть от области использования резинового изделия. На данной стадии процесса зачастую используются каландрование и экструзия.
Каландры представляют собой машины, предназначенные для раскатки резиновой смеси в листы или промазки ею тканей. Стандартный каландр обычно состоит из трех горизонтальных валов, расположенных один над другим, хотя для некоторых видов работ применяются четырехвальные и пятивальные каландры. Полые каландровые валы имеют длину до 2, 5 м и диаметр до 0, 8 м. К валам подключаются пар и холодная вода, чтобы контролировать температуру, выбор и поддержание которой имеют решающее значение для получения высококачественного изделия с регулярной толщиной и гладкой поверхностью. Соседние валы вращаются в противоположных направлениях, причем частота вращения каждого вала и расстояние между валами точно контролируются. На каландре выполняются нанесение покрытия на ткани, промазка тканей и раскатка резиновой смеси в листы.
Экструзия. Экструдер используется для формования шлангов, труб, протекторов шин, камер пневматических шин, уплотнительных прокладок для автомобилей и других изделий. Он изготавливается из стального цилиндрического корпуса, снабженного рубашкой для нагрева или охлаждения.
Нагретую на вальцах, через корпус к головке, в которую вставляется сменная фильера, определяющий форму получаемого изделия. Выходящее из головки изделие часто охлаждается струей воды. Камеры пневматических шин выходят из экструдера в виде непрерывной трубки, которая впоследствии разрезается на части требуемой длины. Многие изделия, например уплотнительные прокладки и маленькие трубки, выходят из экструдера в окончательной форме, а потом вулканизуются. Другие изделия, например протекторы шин, выходят из экструдера в виде прямых заготовок, которые впоследствии накладываются на корпус шины и привулканизовываются к нему, меняя свою первоначальную форму.
Вулканизация. Далее следует вулканизовать заготовку, дабы получить готовое изделие, пригодное к эксплуатации. Вулканизация осуществляется несколькими способами. Многим изделиям придается окончательная форма исключительно на стадии вулканизации, когда заключенная в металлические формы резиновая смесь подвергается воздействию температуры и давления. Автомобильные шины после сборки на барабане формуются до требуемого размера и затем вулканизуются в рифленых стальных формах. Формы устанавливаются 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. .
Камеры шин вулканизуются в сходных пресс-формах, имеющих гладкую поверхность.
