Подготовка каучуков
Для механизации и автоматизации дозировки каучуков, поступающих в виде кип, брикетов или рулонов, их гранулируют или режут на куски определенной формы и массы. Кипы или брикеты закристаллизовавшихся каучуков (натуральные, хлоропреновые каучуки (с регулярной структурой) при хранении кристаллизуются, что приводит к повышению жесткости и, как следствие, затрудняет резку и дальнейшую переработку) разогревают до температуры 40-500С, иногда разрезая на куски, чтобы сократить время прогрева до 10 – 24ч. Если количество потребляемого каучука небольшое декристаллизацию проводят в распарочных камерах 5*6*5м, камеры которых обогреваются горячим воздухом. Кипы натурального каучука прогревают либо при Т=700С в течение 35 – 50ч, либо при Т=500С летом 50ч, а зимой 72ч. Минусы такого способа заключаются в неравномерном прогреве каучука по массе, окислении поверхности каучука, а плюсы – в простоте конструкции и обслуживания.
При большом потреблении каучука, его декристаллизуют на специальных установках в поле токов высокой частоты (высокочастотное электрическое поле с переменной частотой 20 – 75МГц). Эти установки бывают двух видов: непрерывного (состоят из нескольких последовательно расположенных камер, через которые по транспортеру движутся кипы каучука) и периодического действия (состоят из одной камеры). Степень декристаллизации каучука проверяют путем погружения в кипу металлической иглы при постоянном давлении, если игла не может проколоть кипу за определенное время, то кипа поступает на повторную декристаллизацию.
Каучуки, разрезанные на куски, обычно декристаллизуют в распарочных камерах непрерывного действия, обогреваемых воздухом. (схема1)
Схема 1.
Воздушная камера непрерывного действия для декристаллизации НК
1— теплоизолирующие стенки камеры; 2 —подвесной конвейер; 3 входной и выходной проемы для конвейера; 4 — натяжная станция конвейера; 5, 7 — рольганги; 6 — вертикальные ножи для резки каучука; 8 — наружная ветвь конвейера; 9 — отборочный ленточный транспортер; 10 — помещение для установки вентиляторов, создающих тепловую завесу.
Принцип действия
Кипы НК рольгангом 7 подаются к гидравлическим ножам вертикального типа, где режутся на 6 частей. Рольгангом 5, нарезанные куски НК подают на подвесной конвейер 2 (он расположен в несколько ярусов) и далее через входное отверстие в разогревательную камеру 1. Разогретые куски проходят всю камеру (продолжительность прогрева зависит от температуры в камере и закристаллизованности каучука, например, НК при1000С 4 -6ч) и сбрасываются на отборочный ленточный траспортер. НК режут на вертикальных или вертикальных ножах с гидравлическим приводом, которые иногда имеют многолучевые головки, на которых закреплено несколько радиально расположенных лезвий. Брикеты или рулоны синтетического каучука режут с помощью дисковых ножей, которые имеют до 4-х дисковых устройств.
Технические способы пластикации каучука.
1. Термопластикация каучуков.
Ее проводят при повышенной температуре и в присутствии кислорода. При правильном выборе оптимальных температуры и давления процессы деструкции могут преобладать над структурированием. В основном, термопластикации подвергают жесткие высокомолекулярные, нерегулярные каучуки (например бутадиен-стирольные). Процесс проводят в котлах при температуре 120 – 1400С и давлении 0,25 – 0,30МПа, где каучук раскладывается в виде тонких полосок на металлических противнях. При термопластикации, в отличие от механической пластикации (разрыв наиболее длинных молекул, преимущественно в средней части, без увеличения низкомолекулярных фракций, сужение ММР, что приводит к повышению эластических свойств), происходит глубокое окисление и деструкция полимера, с увеличением низкомолекулярных фракций (из-за этого понижаются эластические и прочностные свойства вулканизатов, поэтому они уступают вулканизатам на основе механических пластикатов).
Пластикация в червячных машинах
Червячные машины предназначены для пластикации, гранулирования каучуков, приготовления резиновых смесей и их формования, являются наиболее производительным оборудованием для пластикации натурального каучука и применяются на крупных предприятиях. Процессы в этих аппаратах непрерывные.
По конструкции эти аппараты подразделяют на одностадийные (с одним червяком) и двухстадийные (с двумя червяками цилиндры, которых могут быть расположены друг над другом, на двух параллельных осях или последовательно на одной оси).
Схема 2.
Продольный разрез двухстадийного пластикатора:
1 – головка; 2 – наконечник червяка; 3 – стальной стакан цилиндра; 4 – передний цилиндр; 5 – задний цилиндр; 6 – червяк; 7 – загрузочная воронка; 8 – упорный подшипник; 9 – трубка для подачи охлаждающей воды в корпус опорного подшипника; 10 – большая приводная шестерня; 11 – труба для подачи пара или воды в полость червяка; 12 – роликовые опорные подшипники; 13 – станина; 14 – регулирующий винт механизма для осевого перемещения цилиндров пластикатора; 15 – диск для осевого перемещения цилиндров пластикатора; 16 – стойка выносного подшипника; 17 – выносной подшипник.
Принцип работы:
Червяк 6 двухстадийного пластикатора с последовательным расположением цилиндров на одной оси в зоне загрузки (задний цилиндр 5) имеет треугольную нарезку с большим шагом у первых витков, а в зоне пластикации (передний цилиндр 4) — нарезку в форме неравнобокой трапеции с переменным уменьшающимся шагом. Перемещая с помощью диска 15 и регулирующего винта 14 вдоль оси передний цилиндр вместе с головкой, можно изменять размер выходного отверстия для пластиката и одновременно толщину стенки трубчатой формы пластиката.
В головке 1 расположен наконечник 2, который с помощью резьбового соединения закреплен в червяке, составляя продолжение червяка и выполняя роль дорна. Наконечник, выходящий из головки, закрепляется в подшипнике 17 на стойке 16. Червяк вращается в роликовых опорных подшипниках 12. Осевые усилия, возникающие при работе червяка, воспринимаются упорным подшипником 8.
Вращение червяку передается от большой приводной шестерни 10, насаженной на вал червяка и находящейся в зацеплении с малой приводной шестерней, в свою очередь насаженной на выходной вал редуктора, который присоединен к электродвигателю мощностью около 500 кВт.
В процессе работы внутренняя поверхность цилиндра изнашивается быстрее других деталей, поэтому внутри цилиндров запрессовываются стальные стаканы 3, имеющие ребристую поверхность, для более интенсивной обработки каучука. По мере износа стаканы заменяются.
Для поддержания температурного режима пластикации основные детали машины охлаждают или напревают. Так, во внутреннюю полость червяка непрерывно подают холодную или горячую воду; отработанную воду отводят через внешнюю трубу. Полость наконечника 2, цилиндры 4 и 5, головку 1 и мундштук охлаждают или обогревают водой, подаваемой в рубашки. Такую же систему охлаждения имеет упорный подшипник 8.
Машина работает в следующей последовательности. Каучук в виде кип или кусков загружают в воронку 7, имеющую пневматический толкатель. Нарезкой червяка в цилиндре 5 (первая зона пластикации) он захватывается и перемещается при значительном давлении к цилиндру 4.
Пластицированный каучук выходит из кольцевого зазора между наконечником и мундштуком в виде трубы диаметром 150— 200 мм с толщиной стенки 15—20 мм. На выходе трубки каучука из мундштука установлен нож, разрезающий ее в продольном направлении. Благодаря такой конструкции подшипник 17 и стойка 16 не препятствуют выходу каучука. Полученную ленту подают на охлаждающий транспортер и режут на куски. Толщину стенок трубы пластицированного каучука можно регулировать изменением кольцевого зазора между головкой и наконечником.
Постоянство заданного температурного режима в различных участках пластикатора обеспечивается автоматическими регуляторами температуры за счет регулирования подачи охлаждающей воды и греющего пара.
Пластикация каучука в червячных пластикаторах обусловлена сдвиговыми деформациями, возникающими в каучуке в осевом направлении при вращении червяка, и силами трения между каучуком и стенками цилиндра, каучуком и поверхностью червяка. Напряжение сдвига зависит от вязкости каучука, температуры, скорости сдвига, геометрии червяка, зазора между червяком и стенками цилиндра и других факторов. Скорость сдвига зависит от диаметра червяка и частоты его вращения. Вследствие трения каучука о стенки камеры и о поверхность червяка, а также в результате внутреннего трения происходит интенсивное нагревание каучука при пластикации. Практически вся потребляемая пластикатором энергия превращается в тепло, которое частично рассеивается в окружающую среду, а в основном уносится охлаждающей водой и нагретым пластицированным каучуком.
За один пропуск в присутствии ускорителя пластикации получают пластикат П-1 с пластичностью 0,21—0,30. Для повышения пластичности пластикат П-1 необходимо пропустить вторично через пластикатор после его полного охлаждения. Полученный пластикат П-2 будет иметь пластичность 0,31—0,40.
Пластикация каучуков в закрытых резиносмесителях.
По сравнению с червячным пластикатором резиносмеситель имеет меньшую поверхность охлаждения, а теплообразование в нем более значительное. Процесс пластикации в резиносмесителях происходит в условиях термоокислительной деструкции, активированной механическим напряжением в камере 250л и частотой заднего ротора 40об/мин, при выгрузке температура пластиката достигает 140 – 1800С. Иногда пластикацию каучуков в скоростных смесителях совмещают с приготовлением резиновых смесей.