Главная » О прессовании РТИ » Производство РТИ

Стадии изготовления резинотехнических изделий

К основным стадиям технологического процесса изготовления формовых резинотехнических изделий относятся получение заготовок, формование из­делий и их вулканизация, механическая обработка свулканизованных изделий. 

Получение заготовок

На стадии изготовления заготовок резиновой смеси, как пра­вило, им придается форма, приближающаяся к форме готового изде­лия РТИ. Эта стадия обычно включает две операции — обработку ре­зиновой смеси давлением и последующую ее резку. Наиболее распространенными способами обработки резиновых смесей дав­лением являются каландрование и экструзия. Оба процесса осу­ществляются непрерывно.

При каландровании резиновые смеси получается лентообразной формы и заданной толщины, установленной ширины и необходимой длины.

Одним из основных параметров, определяющих процесс каландрования, является величина давления резиновой смеси в зазоре между валками.

В условиях течения аномальной жидкости максимальное давление возникает на некотором расстоянии от минимального за­зора в зоне втягивания и истечения обрабатываемой резиновой смеси. В самом зазоре давление составляет несколько больше половины максимального.

Основным требованием к каландрованному материалу является точность размеров толщины по всей площади ленты. Для конт­роля толщины применяются автоматические регистрирующие при­боры которые обычно устанавливают на приемном транспортере.

Для каландрования важное значение имеет температурный режим. Температура поверхности валков регулируется путем

подачи во внутрь охлаждающей воды.

При производстве заготовок с использованием каландрова­ния необходимо учитывать калан­дровый эффект резиновой снеси.

При каландровании наблюдается деформация трех видов:

- упругая (мгновенная), при которой проис­ходит выпрямление цепей поли­мера;

- высокоэластическая, при которой происходит выпрямление элементов цепи полимера;

- необ­ратимая (пластическая), соответ­ствующая скольжению цепей по­лимера относительно друг друга.

Величину последних двух видов деформаций можно до известной степени регулировать измене­нием температуры и времени механического воздействия на резиновую смесь. Следствием деформации, происходящей при механическом воздействии, является ориентирование структуры с параллельным расположением макромолекул. Для снятия или уменьшения ве­личины каландрового эффекта используют нагрев резиновой смеси.

Вторым наиболее распространенным способом формования ре­зиновых смесей для получения заготовок является экструзия. Процесс экструзии осуществляется на червячных машинах.

Процесс экструзии зависит от:

-  механического и термического воздействия на материал (пути и скорости частиц материала, величины и направления действующих на них сил и моментов, интенсивности охлаждения и нагрева резиновой смеси на разных стадиях экструдирования);

- условий питания экструдера.

В настоящее время экструдеры являются машинами холодного пита­ния. В таких машинах разогрев и гомогенизаиия резиновой смеси осуществляются более равномерно.

Считается, что при экструзии резиновой смеси:

- процесс  изотермический,

- резиновая   смесь — вязкая,   несжимаемая,   ньютоновская жидкость,

- течение смеси по каналам нарезки шнека установившееся,

- при определении  производительности существенным считается лишь изменение составляющей скорости по координатам.

В настоящее время для экструзии резиновых смесей с после­дующей их резкой на заготовки используются машины плунжер­ного типа, у которых процесс экструдирования выполняется периодически. Основное преимущество этих машин состоит в от­носительной простоте управления технологическим процессом за счет поддержания температурного режима материального ци­линдра, требуемой величины давления и скорости выдавливания резиновой смеси через профилирующую шайбу.

При работе на этих машинах в материальный цилиндр закла­дывается подогретая резиновая смесь, которая затем выдавливается плунжером через формующий инструмент. Перемещение плунжера осуществляется гидроцилиндром.

Резка резиновых заготовок

После того как резиновые смеси обработаны давлением и полу­чила определенную форму, осуществляется операция резки, ко­торая и завершает процесс производства заготовок.

Процесс изготовления изделия из резины  должен   предусматривать:

-  минимальное количество отходов,

-  получение точных по форме и размерам, а в некоторых случаях по массе, заготовок из сырой резины,

- минимальные деформации заготовок (растяжение, сжатие, смятие),  которые могут изменить их размеры и форму,

- возможность быстрого перехода на резку заготовок других видов и размеров,

- максимальную механизацию и  автоматизацию  процесса.

Из экструдированного профиля заготовки получают резанием с помощью плоских или дисковых ножей, а из каландрованного листа, как правило, резанием штанцевыми ножами, имеющими замкнутый контур.

Для устранения слипания нарезанных заготовок в процессе хранения осуществляется их обработка антиадгезивными сред­ствами. Природа воздействия антиадгезивных средств на рези­новые смеси объясняется их способностью снижать свободную или поверхностную энергию и тем самым препятствовать слипанию контактирующих поверхностей.

В качестве сухих антиадгезивов применяют тальк, мел, као­лин, стеорат цинка, углекислую магнезию  и другие вещества.

В последнее время использование сухих антиадгезнвов ограни­чено.  Сухие антиадгезивы заменяются различными смазками, эмульсиями, суспензиями, поверх­ностно-активными веществами, которые можно наносить на ма­териал путем пульверизации, разбрызгивания или макания с по­следующей сушкой или без нее.

Суспензии — это системы, в которых мелкие твердые частицы взвешены в жидкости. В состав суспензий входит хозяйственное мыло, жидкое мыло_, сажа, каолин, тальк, вода и другие веще­ства. Приготовление суспензий, как правило, идет в два этапа - получение концентрата и разбавление последнего до рабочей концентрации.

Эмульсии — дисперсные системы, в которых обе фазы жид­кие, причем они нерастворимы или мало растворимы друг в друге. Обязательными компонентами эмульсий являются диспергируе­мая жидкость, дисперсионная среда и стабилизатор. 

Формование резиновых изделий

Формование резинотехнических изделий любой сложности является одной из основных стадий технологи­ческого процесса изготовления изделия из резины и заключается в доведении перерабатываемой смеси до вязкотекучего состояния (обычно за счет разогрева смеси) и придания ей необходимой формы. Осуществляется это различными способами, наибольшее распространенным методом являет горячее прессование. В основе формования лежит течение резиновых компазиций под воздействием давления.

Основными параметрами формования являются давление, при­ложенное к смеси, температура смеси и формы, скорость и время формования.

На протекание процесса и свойства получаемых изделий оказывают существенное влияние конфигурация и раз­меры формы, свойства смеси (реологические, теплофизические, вулканизационные и т. д.), особенности пластикации и разогрева смеси, характер течения, способ передачи давления, обогрев формы и др.

При формовании изделий одновременно протекают гидродина­мические, тепловые, релаксационные процессы, а также процесс подвулканизации. При этом параметры каждого процесса непре­рывно изменяются.

Вулканизация

Сырая резина проходит процесс вулканизации. Вулканизация представляет собой соединение макромолекул каучука по реакционноспособным участкам поперечными хими­ческими связями и как правило, сопровождается тепловыми, оки­слительными, полимеризацнонными явлениями.

Количество и структура возникающих химических связей зависят от способов вулканизации, наибольшее распространение из них получили следующие:

- горячая (или серная), применяемая чаще всего при изготовлении изделий из резиновых смесей на основе каучуков общего назначения,

- холодная (при помощи хлористой серы),

- перекисная (нагреванием каучуков, синтезированных на основе диенов, с органическими перекисями),

- син­тетическими смолами (для бутилкаучука),

- бессерная при помощи дималеймидов (для этиленовых и этиленпропиленовых каучу­ков),

- радиационная (каучуки на основе диенов) и на базе ультрафиолетового света (фотовулканизация).

В зависимости от количества химических связей (определяю­щего степень сшивания каучука) и их структуры значительно из­меняются модуль, твердость, относительное удлинение, остаточ­ные деформации, устойчивость к набуханию, сопротивление раз­растанию пореза, теплообразование, динамическое затухание и эластичность по отскоку при повышенной температуре резиновых смесей и вулканизатов. В меньшей степени изменяются проч­ность на разрыв, эластичность по отскоку и гистерезис при ком­натной температуре, а также сопротивление истиранию, газопроницаемость, морозостойкость, электрическое сопротивление.

Процесс вулканизации состоит из четырех стадий:

1.  Подвулканизация – стадия, в конце которой из-за образования ча­сти поперечных химических связей сырая резина теряет спо­собность к  пластическому течению,

2. Недовулканизацня – стадия, которая характеризуется увеличивающейся степенью вулканизации; при этом свойства вулканизатов изменяются монотонно, приближаясь к максимальным значениям,

3.  Оптимум вулканизации - стадия, при которой резинотехническое изделие любой сложности достигается наилучшее сочетание физико-механических свойств, в частности максимальные прочность на разрыв и сопротивление старению,

4. Перевулканизация — стадия, в которой для многих синтетических каучуков еще несколько повышается модуль. При перевулканизации сырая резина  из натурального и синтетического изопренового каучуков характеризуется уменьшением степени сшивки. Наступает реверсия вулканизации, когда распадается большее  количество связей, чем образуется вновь.

Наилучшие сочетания свойств — прочности на разрыв, мо­дуля, устойчивости к старению, сопротивления истиранию — ха­рактерны для оптимума вулканизации. Однако устойчивость к набуханию, теплообразование, морозостойкость, эластичность, оста­точное удлинение и сжатие, динамический гистерезис приобретают наиболее желательные значения в области слабой перевулканизации. Сопротивление разрастанию пореза, динамическое со­противление образованию трещин, относительное удлинение достигают максимальных значений в стадии сла­бой недовулканиэации.

В области значительной перевулканизацни, особенно при склон­ности резиновых смесей  к реверсии, большая часть свойств ухудшается. Промежуток  времени  вулканизации  в течение  которого сохраняются оптимальные или близкие к ним показатели, называется   плато вулканизации.

Скорость вулканизации резиновой смеси определяет про­должительность вулканизации и производительность процесса изготовления формового изделия. Значение скорости, необходи­мое как для выбора параметров технологического процесса, так и для расчета параметров реализующего этот процесс оборудования.

Наиболее распространенным способом технической вулкани­зации РТИ в промышленности является вулканизация под дав­лением в формах, обогреваемых паром или электрическими элементами, так называемые закрытые формы обогрева. Реализуются они на прессовом оборудовании и оборудовании для литья под давлением.

При открытых способах обогрева в качестве теплоносителей используется горячий воздух, пар (насыщенный или перегретый), паровоздушная смесь, вода при атмосферном давлении или выше атмосферного. За последнее время более широкое примене­ние находит нагрев вулканизуемой смеси токами высокой частоты, а также вулканизация в растворах и расплавах солей.

По мере развития промышленности изготовления резинотехнические изделия любой геометрии, применяют все более высокие температуры вулканизации, что позволяет резко сокра­тить продолжительность процесса.

Скорость прогрева вулканизуемой смеси и равномерность тем­пературы по всей массе вулканизуемого изделия так же, как и температура, существенно влияют на время вулканизации, производительность используемого оборудования и качество полу­чаемого продукта.

Теплотехнические факторы изготовления РТИ (повышение параметров теплоно­сителей и коэффициентов их теплоотдачи, увеличение темпера­туропроводности вулканизационных элементов и вулканизуемого изделия, использование новых, более эффективных видов обогрева) являются наряду с рецептурными и конструктивными основами определяющими для интенсификации режимов вулканизации изделия из резины.

Механическая обработка вулканизованных резиновых изделий

Данная стадия изготовления резинотехнического изделию любой сложности закан­чивается обработкой их после вулканизации. Основными видами этой обработки являются удаление выпрессовок (облоя) и обработка резанием рабочих поверхностей резинового изделия.

Механическая обработка рабочих поверхностей формовых РТИ производится в тех случаях, когда получение удовлетворительного качества невозможно методом формова­ния. Формовые изделия из резины проходят механическую обработку в том случае, если невозможно получить требуемую точность при формовании в гнездах формы. Часто это встречается при изготовлении изделий для тормозных гидравлических систем (кольца прямоугольного сечения, втулки и т. д.).

Для удаления облоя с формовых резиновых изделий использу­ются два способа:

-  резиновыми ножами и шлифовка,

- удаление облоя с использованием низких температур.

Из приспособлений, реализующих первый из способов, полу­чили распространение механические обрезатели заусенцев. Ре­жущая часть их состоит из двух дисковых ножей, оси вращения которых расположены под прямым углом.

В последнее время широко применяется групповое штанцевание формовых РТИ. Оно заключается в том, что при проектировании форм заранее планируют получение в плоскости разъема облоя толщиной 0,3—1 мм. Этим облоем изделия многогнездной формы соединены друг с другом в виде «коврика». После съема с пресса «коврик» закладывается в групповой штанец, в котором каждое изделие попадает в свое гнездо. Вырубка изделий с одно­временным удалением облоя осуществляется на прессе.

Для компенсации отклонений по высоте как одного штанца (в его различных частях), так и штанцев в комплекте (при груп­повом штанцевании) под рабочую плиту устанавливают упругие амортизаторы (обычно прокладки из эбонита), которые устраняют перегрузку деталей пресса при работе штанцем, изготовленным по нижнему допуску. Естественно, что при штанцевании будет затрачиваться дополнительная энергия на деформацию как амортизатора, так и деталей пресса.

При удалении облоя шлифованием используются приспособ­ления, в которых на вращающейся оправке закрепляется резиновое изделие с последующим воздействием на нее вращающегося абразивного круга.

У некоторых изделий удаление облоя осуществляют сыпучим абразивным материалом в шлифовальных барабанах. Для этой цели применяют цилиндрические барабаны, вращающиеся во­круг горизонтальной оси. В качестве шлифующего материала для изделий из мягкой резины применяют молотый кирпич, для жестких резин - пемзовый порошок. Обрабатывае­мые изделия из резины с абразивным материалом загружают в барабан одно­временно, затем барабан приводится в движение. Обработка формового изделия из резины не только ведет к удалению облоя, но и к снятию слоя материала по всей поверхности изделия. Если требуется усилить эффект шлифования, внутреннюю поверхность барабана футеруют наждачной бумагой, а ось вращения барабана распола­гают под углом к его геометрической оси. В этом случае происхо­дит наиболее эффективное встряхивание содержимого барабана.

Перспективным способом удаления облоя с формовых РТИ является обработка их с использованием низких температур. Достоинством способа является его универсальность и высокая производительность. Суть способа с использованием низких тем­ператур заключается в том, что при отрицательной температуре резина теряет вязкоупругие свойства, превращаясь в твердое тело, а облой, толщина которого составляет 0,05—0,8 мм, становится хрупким и при механичес­ком воздействии на него легко сламывается. При этом процесс обра­ботки ведут таким образом, чтобы изделие заморозить на глубину, примерно равную толщине облоя. Полное замораживание изделия нежелательно (возможно частичное повреждение наружной по­верхности РТИ и увеличение расхода хладагента).

В   качестве    хладагента    наибольшее   применение   получили жидкий азот и двуокись углерода (сухой лед). Чаще используется двуокись углерода, так как этот вид хладагента позволяет сравни­тельно легко вести процесс обработки без полного заморажива­ния изделия.

Сухой лед, размельченный с помощью дробилок, в виде по­рошка вводится в барабан вместе с обрабатываемыми деталями. Недостатком этого хладагента является то, что при хранении и дроблении теряется около 15% льда.

Средний расход сухого льда или азота на 1 кг обрабатываемых изделий составляет от 0,5 кг (для больших изделий) до несколь­ких килограммов в случае обработки изделий из рези­новых смесей на основе силиконовых каучуков.

Формовое из­делие из резины обрабатывается с использованием вибрационных устройств, этот метод наиболее интересен. Суть способа заключается в помещении на вибрирующую наклонную плоскость замороженных деталей совместно с наполнителями в виде керами­ческих шариков диаметром 3—6 мм. Падение и удары шариков об изделия за счет вибрации способствуют обламыванию облоя. Уста­новки этого типа позволяют вести удаление облоя непрерывным способом.

Наиболее перспективным способом удаления облоя с формо­вых резиновых изделий является дробеметный, который состоит в том, что с помощью турбины струя металлической или пластмас­совой дроби направляется на предварительно замороженные изделия.