2.2.3 Термоокислительная пластикация

В промышленности такой способ пластикации применяют только при переработке бутадиен-стирольных каучуков высокотемпературной полимеризации, вырабатываемых в небольших масштабах (механическая пластикация этих каучуков малоэффективна). Изменения пласто-эластических свойств каучуков при термоокислительной пластикации обусловлены термоокислительной деструкцией макромолекул. В реальных условиях пластикация одновременно, но с различными скоростями развиваются деструкция и сшивание; на первых стадиях пластикации превалирует первый, на более поздних — второй процесс. Сшивание,

которое наиболее отчетливо проявляется при малых концентрациях кислорода и высоких температуpax, тормозится при введении в каучук антиоксидантов, солей железа, а также при снижении температуры (в пределах, не вызывающих резкого замедления деструкции).

Оптимальные условия термоокислительной пластикации, которую проводят в котлах с циркуляцией воздуха, - 120 - 140°С и давление - 0,3 Мн/м² (~ 3 кгс/см²). Однако и в этих условиях в каучуке образуются разветвленные и сшитые структуры. Поэтому смеси из термопластицированного каучука имеют худшие технологические свойства, чем смеси из каучука, подвергнутого механической пластикации при низких температурах (в частности, повышенное эластическое восстановление), а резины - пониженные механические характеристики.

2.3 Приготовление резиновых смесей (смешение)

Резиновая смесь является сложной многокомпонентной системой, в состав которой входят каучуки и различныеАингредиенты, равномерно распределенные в массе каучука. Для получения резиновых смесей каучук и ингредиенты смешивают до образования однородной массы.

В процессе смешения система с упорядоченным расположением ингредиентов превращается в систему с неупорядоченным, статистически случайным распределением.

Простое смешение рассматривается как процесс, в результате которого происходит только изменение первоначального распределения компонентов об объеме. При простом смешении энтропия системы возрастает; при этом физическое состояние компонентов не изменяется.

Большинство порошкообразных ингредиентов, особенно технический углерод, вводят в смесь в виде более или менее крупных агломератов, поэтому процесс ^смешения сопровождается диспергированием (измельчением) этих компонентов.

Процесс смешения включает несколько этапов: измельчение твердых компонентов; введение компонентов в каучук; диспергирование агломератов; смешение.

Процесс смешения каучука с ингредиентами сопровождается рядом физико - химических и химических явлений, которые существенно влияют на состояние смеси и само смешение.

При смешении происходит диффузия и растворение некоторых компонентов в смеси, что приводит, с одной стороны, к более равномерному их распределению, а с другой (особенно, при введении пластификаторов), - к существенному уменьшению вязкости, снижению напряжений сдвига и изменению других реологических характеристик смеси. В случае введения некоторых порошкообразных нерастворимых в каучуке ингредиентов

(технического углерода) возможно существенное увеличение вязкости смеси вследствие образования прочной саже-каучуковой структуры (саже-каучуковый гель), гидродинамических эффектов и главным образом в результате адсорбции каучуков на поверхности частиц наполнителей, а также хемосорбции, активированной механическими напряжениями.

При смешении в результате действия возникающих напряжений сдвига происходят механохимические процессы: деструкция полимера, сопровождающаяся снижением его вязкости (пластикация), и активация взаимодействия полимера с наполнителем, сопровождающаяся увеличением вязкости.

В процессе смешения резиновая смесь вследствие внутреннего трения интенсивно разогревается, что приводит к снижению вязкости смеси и уменьшению напряжений сдвига, ускорению термоокислительных процессов, а также к преждевременной вулканизации смеси.

Действие различных факторов, определяющих процесс смешения, часто оказывается взаимно противоположным, поэтому выбирать режим смешения следует в соответствии с применяемым оборудованием, учитывая состав резиновой смеси, требования, предъявляемые к качеству смеси, и экономические показатели процесса смешения.

Для получения резиновой смеси высокого качества необходимо в процессе смешения: обеспечить деформацию и напряжение сдвига, достаточные для смешения и диспергирования, но не приводящие к перепластикации смеси; определить оптимальные температурные условия процесса, от которых зависят напряжения сдвига, расход энергии при смешении, термоокислительная деструкция каучука и подвулканизация резиновой смеси, а также обеспечить высокую интенсивность процесса, определяющую производительность труда.