Пластикація каучуку
Пластикація - технологічний процес і саме явище, в результаті якого підвищується пластичність каучуку (легкість деформування і здатність зберігати форму після зняття навантаження, що деформує), знижується його в'язкість і еластичне відновлення, а також впливає на фізичні властивості гумових сумішей і вулканізатів. З підвищенням пластичності, полегшується формування, знижується в'язкість розчину каучуку (можна отримати концентровані клеї при меншій витраті розчинника), але в той же час погіршуються механічні властивості, опір стирання, збільшується залишкова деформація. При виготовленні гумових сумішей треба використовувати каучук із певними пластичними властивостями, з урахуванням призначення гумового виробу. Початкове підвищення пластичності каучуку відбувається через руйнування глобулярної структури в процесі механічної обробки, але якщо структура не є глобулярною, пластикація пояснюється деструкцією макромолекул каучуку та зниженням його молекулярної маси під дією механічних напружень та окисних процесів. Розрив макромолекул під дією механічних напруг можливий, якщо розмір цих макромолекул перевищує деяке мінімальне значення, що визначається природою та структурою полімеру та швидкістю деформації. Розрив макромолекул каучуку під дією механічних напруг можливий, якщо розмір цих макромолекул перевищує деяке мінімальне значення, що визначається природою та структурою полімеру та швидкістю деформації. Розриву молекулярних ланцюгів каучуку при механічній обробці сприяє утворення фізичних «зачеплень» і захлестів (переплетень) макромолекул, кількість яких підвищується із збільшенням молекулярної маси полімеру та його розгалуженості. Привикористання хімічних пластифікаторів збільшується ефект пластикації, оскільки запобігають рекомбінації радикалів та їх взаємодії з молекулами полімеру. Як прискорювач пластикації широке застосування знаходять деякі ароматичні меркаптани і дисульфіди. Ефективним прискорювачем пластикації є меркаптобензтіазол. При використанні прискорювачів пластикації збільшується швидкість деструкції натурального каучуку при низьких, так і при високих температурах; найбільшу активність вони виявляють за нормальної температури вище 80 °З. На 100 мас. каучуку припадає 0,1-0,3 мас. ч. прискорювачів пластикації.
Для механізації та автоматизації дозування каучуків, що надходять у вигляді стосів, брикетів або рулонів, їх гранулюють або ріжуть на шматки певної форми та маси. Кіпи або брикети каучуків, що закристалізувалися (натуральні, хлоропренові каучуки (з регулярною структурою) при зберіганні кристалізуються, що призводить до підвищення жорсткості і, як наслідок, ускладнює різання і подальшу переробку) розігрівають до температури 40-500С, іноді розрізаючи на кус прогріву до 10 - 24ч. Якщо кількість каучуку, що споживається, невелику декристалізацію проводять у розпарювальних камерах 5*6*5м, камери яких обігріваються гарячим повітрям. Кіпи натурального каучуку прогрівають або за Т=700С протягом 35 – 50ч, або за Т=500С влітку 50ч, а взимку 72ч. Мінуси такого способу полягають у нерівномірному прогріві каучуку по масі, окисленні поверхні каучуку, а плюси – у простоті конструкції та обслуговування.
При великому споживанні каучуку його декристалізують на спеціальних установках у полі струмів високої частоти (високочастотне електричне поле зі змінною частотою 20 – 75МГц). Ці установки бувають двох видів: безперервного (складаються здекількох послідовно розташованих камер, через які по транспортеру рухаються стоси каучуку) та періодичної дії (складаються з однієї камери). Ступінь декристалізації каучуку перевіряють шляхом занурення в стос металевої голки при постійному тиску, якщо голка не може проколоти стос за певний час, то стос надходить на повторну декристалізації.
Каучуки, розрізані на шматки, зазвичай декристалізують у розпарювальних камерах безперервної дії, що обігріваються повітрям. (схема1)
Повітряна камера безперервної дії для декристалізації ПК
1- теплоізолюючі стінки камери; 2-підвісний конвеєр; 3 вхідний та вихідний отвори для конвеєра; 4 - натяжна станція конвеєра; 5, 7 - рольганги; 6 - вертикальні ножі для різання каучуку; 8 - зовнішня гілка конвеєра; 9 - відбірний стрічковий транспортер; 10 - приміщення для установки вентиляторів, що утворюють теплову завісу.
Кіпи НК рольгангом 7 подаються до гідравлічних ножів вертикального типу, де ріжуться на 6 частин. Рольгангом 5, нарізані шматки НК подають на підвісний конвеєр 2 (він розташований у кілька ярусів) і далі через вхідний отвір у розігрівальну камеру 1. Розігріті шматки проходять всю камеру (тривалість прогріву залежить від температури в камері, наприклад, 0 -6год) і скидаються на відбірний стрічковий транспортер. НК ріжуть на вертикальних або вертикальних ножах з гідравлічним приводом, які іноді мають багатопроменеві головки, на яких закріплено кілька радіально розташованих лез. Брикети або рулони синтетичного каучуку ріжуть за допомогою дискових ножів, які мають до 4 дискових пристроїв.
Технічні методи пластикації каучуку.
1. Термопластикація каучуків.
Її проводять при підвищеній температурі та у присутності кисню. При правильному виборі оптимальних температури та тиску процеси деструкції можуть переважати структурування. В основному, термопластикацію піддають жорсткі високомолекулярні, нерегулярні каучуки (наприклад бутадієн-стирольні). Процес проводять у котлах при температурі 120 – 1400С та тиску 0,25 – 0,30МПа, де каучук розкладається у вигляді тонких смужок на металевих деках. При термопластикації, на відміну від механічної пластикації (розрив найбільш довгих молекул, переважно в середній частині, без збільшення низькомолекулярних фракцій, звуження ММР, що призводить до підвищення еластичних властивостей), відбувається глибоке окислення та деструкція полімеру, зі збільшенням низькомолекулярних фракцій (через цього знижуються еластичні та міцнісні властивості вулканізатів, тому вони поступаються вулканізатам на основі механічних пластикатів).
Пластикація в черв'ячних машинах
Черв'якові машини призначені для пластикації, гранулювання каучуків, приготування гумових сумішей та їх формування, є найбільш продуктивним обладнанням для пластикації натурального каучуку та застосовуються на великих підприємствах. Процеси у цих апаратах безперервні.
За конструкцією ці апарати поділяють на одностадійні (з одним черв'яком) і двостадійні (з двома черв'яками циліндри, яких можуть бути розташовані один над одним, на двох паралельних осях або послідовно на одній осі).
Поздовжній розріз двостадійного пластикатора:
1 – головка; 2 – наконечник черв'яка; 3 – сталева склянка циліндра; 4 – передній циліндр; 5 – задній циліндр; 6 – черв'як; 7 – завантажувальна вирва; 8 – завзятий підшипник; 9 - трубка для подачі охолоджувальної води в корпусопорного підшипника; 10 – велика приводна шестерня; 11 - труба для подачі пари або води в порожнину черв'яка; 12 – роликові опорні підшипники; 13 – станина; 14 – регулюючий гвинт механізму для осьового переміщення циліндрів пластикатора; 15 - диск для осьового переміщення циліндрів пластикатора; 16 – стійка виносного підшипника; 17 - виносний підшипник.
Черв'як 6 двостадійного пластикатора з послідовним розташуванням циліндрів на одній осі в зоні завантаження (задній циліндр 5) має трикутну нарізку з великим кроком у перших витків, а в зоні пластикації (передній циліндр 4) - нарізку у формі нерівнобічної трапеції зі змінним. Переміщаючи за допомогою диска 15 і гвинта 14, що регулює, уздовж осі передній циліндр разом з головкою, можна змінювати розмір вихідного отвору для пластикату і одночасно товщину стінки трубчастої форми пластикату.
У головці 1 розташований наконечник 2, який за допомогою різьбового з'єднання закріплений в черв'яку, становлячи продовження черв'яка і виконуючи роль дорну. Наконечник, що виходить із головки, закріплюється в підшипнику 17 на стійці 16. Черв'як обертається в роликових опорних підшипниках 12. Осьові зусилля, що виникають при роботі черв'яка, сприймаються завзятим підшипником 8.
Обертання черв'яку передається від великої приводної шестерні 10, насадженої на вал черв'яка і що знаходиться в зачепленні з малою приводною шестернею, у свою чергу насадженою на вихідний вал редуктора, який приєднаний до електродвигуна потужністю близько 500 кВт.
У процесі роботи внутрішня поверхня циліндра зношується швидше за інші деталі, тому всередині циліндрів запресовуються сталеві склянки 3, що мають ребристу поверхню, для більш інтенсивної обробки каучуку. У міру зношування склянки замінюються.
ДляПідтримка температурного режиму пластикації основні деталі машини охолоджують або напрівають. Так, у внутрішню порожнину черв'яка постійно подають холодну або гарячу воду; відпрацьовану воду відводять через зовнішню трубу. Порожнину наконечника 2, циліндри 4 і 5, головку 1 і мундштук охолоджують або обігрівають водою, що подається в сорочки. Таку саму систему охолодження має завзятий підшипник 8.
Машина працює у наступній послідовності. Каучук у вигляді стосів або шматків завантажують у вирву 7, що має пневматичний штовхач. Нарізкою хробака в циліндрі 5 (перша зона пластикації) він захоплюється і переміщається при значному тиску до циліндра 4.