ПРОИЗВОДСТВО РЕЗИНЫ
Пластификация. Одно из важнейших свойств каучука – пластичность – используется в производстве резиновых изделий. Дабы перемешать каучук с иными ингредиентами резиновой смеси, его нужно первым делом умягчить, или пластицировать, методом механической или термической обработки. Такой 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 используются три вида таких машин до ввода остальных компонентов резиновой смеси в каучук. Это – каучукотерка, смеситель Бенбери и пластикатор Гордона.
Применение грануляторов – машин, которые разрезают каучук на маленькие 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 смесителе Бенбери, образуя маточную смесь, которая также гранулируется. По окончании обработки в смесителе Бенбери осуществляется смешивание с вулканизующими компонентами, серой и ускорителями вулканизации.
Изготовление резиновой смеси. Химическое соединение исключительно из каучука и серы имело бы ограниченное практическое использование. Чтобы улучшить физические качества каучука и изготовить его более пригодным для использования в самых разных применениях, необходимо модифицировать его свойства методом добавления других веществ. Любые вещества, смешиваемые с каучуком перед
вулканизацией, включая серу, называются компонентами
резиновой смеси. Они могут вызвать как химические, так и физические изменения в каучуке. Их назначение – модифицировать твердость, прочность и ударную вязкость и улучшить стойкость к химическим растворителям, теплу кислороду, маслам, истиранию, и растрескиванию. Для изготовления резин различных применений берутся самые разные составы.
Ускорители и активаторы. Вещества, называемые ускорителями, при применении вместе с серой уменьшают время вулканизации и повышают физические качества каучука. Примерами неорганических ускорителей являются свинцовые белила, свинцовый глет (монооксид свинца), известь и магнезия (оксид магния). Органические ускорители намного более активны и считаются главной 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. Подавляющее большинство ускорителей полностью проявляет свою эффективность в присутствии активаторов, таких, как окись цинка, а для кое-каких нужна органическая кислота, например стеариновая. Поэтому современные рецептуры резиновых смесей часто включают окись цинка и стеариновую кислоту.
Мягчители (пластификаторы). Мягчители и пластификаторы обычно используются для сокращения времени приготовления резиновой смеси и понижения температуры процесса. Они помимо того помогают диспергированию компонентов смеси, вызывая набухание или растворение каучука. Типичными мягчителями являются парафиновое и растительные масла, вазелин, каменноугольная смола и канифоль, хвойная смола, олеиновая и стеариновая кислоты, битумы и дибутилфталатвоски, . Масса мягчителей составляет 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 – весьма распространенный упрочняющий наполнитель; она относительно дешева и считается одним из самых эффективных веществ этого рода. Протекторная резина автомобильной шины содержит около 45 частей углеродной сажи на 100 частей каучука. Иными зачастую применяемыми упрочняющими наполнителями являются кремнезем, окись цинка, карбонат магния, карбонат кальция и некоторые глины, однако все они менее эффективны, чем газовая сажа. Нужно упомянуть, что иногда в состав резиновой смеси вводят регенерат — продукт переработки старых резиновых изделий и отходов резинового производства. Помимо снижения стоимости регенерат улучшает качество резины, снижая ее склонность к старению.
Антиоксиданты и противостарители. Применение 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, они при концентрации 1–2 части на 100 частей каучука препятствуют росту жесткости и хрупкости резины. Воздействие воздуха, озона, , светатепла – основная причина старения резины. Многие антиоксиданты еще и защищают резину от повреждения при изгибе и нагреве. Утрированно, действие антиоксидантов заключается в том, что они задерживают окисление каучука путем окисления их самих или за счет разрушения образующихся перекисей каучука применяются альдоль, неозон Д и др. ). Противостарители (парафин, воск)же образуют поверхностные защитные пленки, они используются реже.
Пигменты. Хотя упрочняющие и инертные наполнители и иные ингредиенты резиновой смеси часто называют пигментами, используются и настоящие пигменты, которые придают цвет резиновым изделиям. , литопонОксиды цинка и титана, сульфид цинка применяются в качестве белых пигментов. Железоокисный пигмент, Желтый крон, ультрамарин и ламповая сажасульфид сурьмы, используются для придания изделиям всевозможных цветовых оттенков. Некоторые 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. Вариант обработки зависит от области применения резинового изделия. На данной стадии процесса нередко используются каландрование и экструзия.
Каландры представляют собой механизмы, предназначенные для раскатки резиновой смеси в листы или промазки ею тканей. Стандартный каландр как правило изготавливается из трех горизонтальных валов, расположенных один над другим, хотя для некоторых видов работ используются 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, чтобы контролировать температуру, выбор и поддержание которой имеют решающее значение для получения качественного изделия с регулярной толщиной и гладкой поверхностью. Соседние валы крутятся в противоположных направлениях, причем частота вращения каждого вала и расстояние между валами точно контролируются. На каландре делаются нанесение покрытия на ткани, промазка тканей и раскатка резиновой смеси в листы.
Экструзия. Экструдер применяется для формования труб, камер пневматических шин протекторов шин, шлангов, уплотнительных прокладок для автомобилей и других изделий. Он состоит 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 затем разрезается на части нужной длины. Почти все 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 потом накладываются на корпус шины и привулканизовываются к нему, изменяя свою первоначальную форму.
Вулканизация. Далее предстоит вулканизовать заготовку, чтобы получить готовое изделие, пригодное к эксплуатации. Вулканизация проводится 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 по окончании сборки на барабане формуются до нужного 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.
