книги из ГПНТБ / Салтыков, А. В. Основы современной технологии автомобильных шин
.pdfС к о т т Д. |
Р. |
Физические испытания каучука и резины. М., «Химия» 1968 |
|
316 с. |
|
■ |
’ |
С м и р н о в а |
Н. |
Л., С м у ш к е в и ч Б. Л. Современное состояние |
испытатель- |
ной техники для исследования свойств резиновых смесей и вулканизатов
Обзор. Сер. «Производство шин, РТИ и АТИ». М„ ЦНИИТЭНесЬтехим 1969. 98 с.
Старение и стабилизация полимеров. Под ред. А. С. Кузьминского. М., «Химия»,
1966. 130 с. |
|
|
|
|
|
|
|
Ф е д ю к и н Д. Л„ З а х а р е н к о |
Н. В., С у з д а л ь н и ц к а я |
Ж. С. Приборы |
|||||
и методы оценки пласто-эластических вулканизационных и технологических |
|||||||
свойств резиновых смесей. Обзор. Сер. «Производство шин, РТИ |
и АТИ». |
||||||
М., ЦНИИТЭНефтехим, 1968, 80 с.. |
|
|
|
|
|||
C l a x t o n W. Е., H o l d e n Н. |
С., Li s k а I. W. |
A Blend |
Optimizer |
for |
the |
||
Rubber Industry. Rubb. World, |
1968, v. 159, № 3, p. 47—54. |
|
and |
the |
|||
К r i s t e n s e n I. M., |
G u n t e r |
W. |
D., W a l k e r |
J. The Compounder |
|||
Computer. Rubb. J. |
1971, v. 153, № 8, p. 41—45. |
|
|
|
|
||
Г л а в а 7
СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ШИН И ПРИГОТОВЛЕНИЕ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ
СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Технологический процесс изготовления пневматических шин мо жет быть разделен на следующие основные стадии:
1. |
Подготовка ингредиентов резиновых смесей к производству. |
2 . |
Развеска материалов. |
3.Приготовление резиновых смесей (смешение).
4.Приготовление клеев и смазок.
5.Изготовление деталей покрышки (заготовительные опе рации).
6. Сборка покрышек.
7. Формование и вулканизация покрышек.
8 . Изготовление автокамер и ободных лент.
9. Изготовление диафрагм для вулканизации покрышек.
Принципиальная схема технологического процесса изготовле ния автомобильных покрышек показана на рис. 7.1.
В этой главе дается также описание подготовительного про изводства (подготовка ингредиентов и каучука, развеска мате риалов и приготовление шинных смесей).’ Остальные процессы
производства автомобильных шин рассматриваются в последую щих главах.
ПОДГОТОВКА ИНГРЕДИЕНТОВ
Материалы, поступающие на шинные заводы, должны полно стью отвечать требованиям соответствующих ГОСТ и технических условий. Для приема и хранения поступающих материалов за
вод должен располагать складами и необходимым оборудо ванием.
Подготовка жидких и легкоплавких материалов. Жидкие и легкоплавкие пластификаторы (мазут, петролатум, олеиновая кис лота и, т. п.) в большинстве случаев поступают на завод в желез нодорожных цистернах. Для приема и хранения материалов в под вале или на первом этаже здания оборудуют специальное хра нилище (рис. 7.2), в котором располагают металлические баки с подогревом 2, объемом 50 м3 каждый (на одну железнодорож ную цистерну). Иногда баки зарывают в землю, но при таком
способе хранения возникают серьезные неудобства, осложняющие работы,
144
Рис. 7.1. Принципиальная схема технологического процесса изготовления автомобильных покрышек:
J —каучук; 2 —резка" каучука; 3 —усреднительный барабан; 4 —пластикатор-гранулятор; 5 —участок развески материалов и приготовления маточ ных смесей (первая стадия смешения); 6 —гранулирование; 7 —развеска материалов и приготовление резиновых смесей (вторая стадия смешения);
■8 — листование резины; |
9—подогревательные вальцы; 10 —питательные вальцы; |
11 —спаренные шприц-машины (изготовление протекторов); |
12— корд; 13 —пропитка |
и сушка корда; 14— обрезинивание корда (каландры); |
15— раскрой корда; 16— наложение резиновых прослоек; 17 — |
стальная проволока; 18 —обрезинивание проволоки; 19 — изготовление бортовых колец; 20— изготовление крыльев; 21 —сборка покрышек; 22 —не- вулканизованные покрышки; 23 —формование и вулканизация покрышек (форматор-вулканизатор); 24— готовая покрышка.
Жидкие материалы перед выгрузкой из цистерн разогревают до определенной вязкости с помощью обогреваемого паром ци линдрического змеевика.
Обычно применяют циркуляционную систему разогрева. Подогретый материал через заборную трубу и фильтр 7 перекачивают насосом 6 в теплообменник 4 и обратно в цистерну 3 до. полного расплавления находящегося в ней материала. Затем за борную трубу переключают и расплавленное вещество из тепло обменника 4 подают в баки-хранилища 2.
Необходимо тщательно следить за тем, чтобы во время подо грева и слива жидких материалов в баки не попадала вода, Для
Рис. 7.2. Схема устройства склада пластификаторов:
/ —воронки для приема пластификаторов из бочек; 2—баки с пластификаторами;3 —железно- дорожная цистерна; 4 —теплообменник; 5—насос для подачи пластификаторов в производ ство; 6 —шестеренчатый насос для перекачивания расплавленных пластификаторов из железно дорожной цистерны и обеспечения их циркуляции; 7 —фильтр; 5—цилиндрический змеевик,.
этого баки-хранилища снабжают устройствами для подогрева пла стификатора (обычно змеевиками) и сливными кранами для уда ления воды и грязи. Из баков-хранилищ мягчители перекачивают насосом 5 либо в смесительный бак, где готовят смесь из двух или более материалов, либо в расходные баки на производство. Обогрев трубопроводов проводится при помощи паровой трубыспутника или системы «труба в трубе»; применяется также элек трообогрев.
Пластификаторы, поступающие на завод в бочках, переливают в баки 2 через воронки /. В случае надобности бочки предвари тельно подогреваются. Для разогрева бочек над баками смонти ровано соответствующее приспособление.
Расходные баки на производстве снабжаются автоматическими регуляторами уровня, препятствующими их переполнению, покры ваются термоизоляцией и также обогреваются. Трубопроводы и баки, предназначенные для кислых пластификаторов (сосновая смола, жирные кислоты и др), изготавливают из некорродирую щих материалов.
Все жидкие материалы перед подачей в расходные баки на производство очищают от загрязнений путем фильтрации через
146
сетчатые фильтры (сетка 900 отв/см2 или 1600 отв/см2). Трубо проводы должны иметь приспособления для осмотра и чистки.
Ряд материалов (мазут, гудрон) коксуется в трубах; чтобы предотвратить зарастание труб твердыми продуктами коксования, рекомендуется избегать высоких температур при подогреве ма
териалов. Поэтому трубопроводы часто обогревают горячей водой при 100—110 °С.
Подготовка |
тугоплавких материалов. Тугоплавкие материа |
|
лы — рубракс, |
канифоль |
и ■другие— подвергают поверхностной |
очистке путем |
снятия (скалывания) наружного слоя, а также |
|
дроблению на |
молотковой |
дробилке. Рубракс размельчается на |
куски размером 0,5— 1 мм, а канифоль— 1—5 мм. При длитель ном хранении, особенно в жаркое время года, куски канифоли и рубракса слипаются, поэтому большого запаса дробленого мате риала создавать не следует. Для предохранения от слипания руб ракс пропудривают мелом.
Имеется тенденция выпускать рубракс в виде гранул.
Подготовка порошкообразных материалов. Сыпучие порошко образные материалы, поступающие на завод в железнодорожных вагонах, разгружают в общезаводской склад. Если материалы от
вечают требованиям ТУ, их высыпают из |
тары непосредственно |
в бункера-хранилища, снабженные редкой |
сеткой (100 отв/см2) |
для отсева крупных частиц. |
|
Для лучшего, более равномерного распределения ингредиентов в резиновой смеси-и уменьшения пылеобразования порошкообраз
ные материалы |
(серу, мел, каолин) часто смешивают с нефтяным |
|
маслом (10%). Смешение проводят в мешалках, используемых для |
||
перемешивания порошкообразных |
веществ. |
|
П р и г о т о в л е н и е с у х и х к о м п о з и ц и й с ы п у ч и х м а |
||
т е р и а л о в . |
Для уменьшения |
числа материалов, подлежащих |
взвешиванию, а следовательно, и числа необходимых для этого автоматических весов, изготавливают сухие композиции. В состав сухих композиций входят либо материалы, употребляемые в не больших количествах, — ускорители, противостарители, замедли тели подвулканизации, окись цинка, канифоль и другие, либо все ингредиенты, за исключением саж и мягчителей, входящие в ре цептуры смесей для первой и второй стадий смешения.
Сухие композиции готовят, в мешалках для перемешивания порошкообразных материалов. Иногда в композицию добавляют небольшое количество масла. Готовые смеси хранят в бункераххранилищах, расположенных около резиносмесителей.
Для облегчения взвешивания на автоматических весах компо зиции гранулируют.
Хотя применение сухих композиций и упрощает процесс изго товления смесей в резиносмесителях, но несколько усложняет про
изводство. |
с у с п е н з и й с в ы с о к о й |
к о н ц е н |
||
П р и г о т о в л е н и е |
||||
т р а ц и е й т в е р д ы х |
в е щ е с т в . |
Одну из проблем |
рези |
|
новой промышленности, |
связанную |
с трудностями |
в |
работе |
147
с порошкообразными веществами — запыленностью складов и ра бочих мест и большими затратами денежных средств на транспор тировку, в мировой практике пытаются решить путем применения текучих дисперсий порошкообразных материалов. Такие дисперсии содержат свыше 80% твердых неорганических порошков (каоли на, окиси цинка, мела и др.), взвешенных в нефтяных маслах, ма зуте и других мягчителях, и занимают объем в 2 раза меньше, чем исходные компоненты. Дисперсии транспортируют от заводов-из- готовителей к потребителям в металлических контейнерах и с по мощью передвижных насосов перекачивают через счетчики к бакам, установленным около резиносмесителей. Контейнеры имеют
емкость |
900 л |
и оборудованы насосом производительностью |
15 л/мин. |
При |
применении указанной дисперсии обеспечивается |
экономия денежных средств 0,01 доллар/кг материала при одновре
менной экономии капиталовложений, |
так как для хранения диспер |
сий могут быть использованы емкости из под мягчителей. |
|
П р и г о т о в л е н и е м а т о ч н ы х |
с м е с е й . С появлением но |
вых видов синтетических каучуков, особенно маслонаполненных с низкой вязкостью и небольшим сопротивлением срезывающим уси лиям, возникли трудности в диспергировании ингредиентов резино вых смесей, главным образом ускорителей.
Вещества, температура плавления которых ниже температуры смешения, диспергируются лучше, чем вещества с высокой темпе ратурой плавления, так как в процессе смешения расплавляются. Ведутся работы по снижению стоимости обработки смеси изыска нием ускорителей, имеющих низкие температуры плавления (ниже 80 °С). Для улучшения диспергирования тугоплавких ускорите лей рекомендуется изготавливать маточные смеси, содержащие 50—80% ускорителей. Затем их развешивают и добавляют в ос новные смеси в дозировках, обеспечивающих заданное содержа ние ускорителей. Использование маточных смесей улучшает ка
чество шинных резин, |
но |
удорожает процесс производства. |
|
П р и г о т о в л е н и е |
у с к о р и т е л ь н о й |
п а с т ы . Оригиналь |
|
ный метод изготовления |
ускорительной |
пасты, предложенный |
|
В. П. Чесноковым и И. А. Левитиным, позволил уменьшить потери ускорителей при развеске и загрузке их в резиносмеситель. По этому способу ускорители смешивают с нейтральным пластифика тором или жирной кислотой с добавками окиси цинка и красителя. Краситель необходим для придания пастам цвета, по которому их можно отличить друг от друга. Смешение проводят в мешалках с подогревом. Полученную достаточно гомогенную жидкую смесь выливают в специальные формы, где она застывает, образуя ку ски определенной формы.
Применение паст требует высоких температур смешения, иначе диспергирование в каучуке осложняется. Иногда для улучшения диспергирования паст в каучуке их в расплавленном состоянии через автоматические весы или дозаторы подают непосредствен но в резиносмесители. Пасты в отличие от маточных смесей обес печивают лучшее распределение ускорителей в резиновой смеси,
148
благодаря чему физико-механические показатели вулканизатов повышаются. Этот метод дает значительную экономию в электро энергии и рабочей силе.
Подготовка сажи. Гранулированная сажа поступает на шинные заводы в железнодорожных вагонах-бункерах.
Бункерные склады для хранения непылящей сажи экономиче ски целесообразно строить только в том случае, если месячный расход ее составляет не менее 14 вагонов. На крупных заводах для одновременного хранения нескольких сортов сажи строят ме таллические или железобетонные бункерные хранилища по типу зерновых элеваторов (рис. 7.3). Склад располагают вдоль желез нодорожной заводской ветки и оборудуют системой шнеков или скребковых конвейеров и элеваторов.
При наличии такого склада на заводе около резиносмесителей устанавливают промежуточные металлические бункера, имеющие отделения для различных сортов сажи. Эти бункера служат для питания автоматических весов. Сажу со склада к промежуточным бункерам транспортируют с помощью системы ленточных транс портеров, червячных или скребковых конвейеров.
На некоторых шинных заводах Западной Европы транспорти ровку сажи и белых ингредиентов осуществляют с помощью пневма тической системы с высокой концентрацией твердой фазы с подачей воздуха низкого давления. Расход воздуха в этой системе меньше, чем при обычных пневмоподачах. Гранулы сажи при транспорти ровке не повреждаются. Система более экономична по капиталовло жениям и эксплуатационным затратам.
В связи с тем что автоматическая развеска эффективна только при использовании гранулированных материалов, возникла тен денция к переходу исключительно на гранулированные ингре диенты. Гранулирование значительно упрощает и облегчает про цессы транспортирования и хранения, так как исключается воз можность забивания бункеров и транспортеров. Сажи, окись цинка, окись магния, ускорители, противостарители и регенерат гранулируются заводами-поставщиками, а остальные материалы — непосредственно шинными заводами. Опыт показывает, что в целях рациональной организации работы все виды материалов, поддаю щиеся обработке, должны поступать на завод гранулированными.
ПОДГОТОВКА КАУЧУКА
Синтетические и натуральные каучуки перед подачей их в резиносмеситель подвергаются предварительной обработке: распа ковке, разогреву и измельчению, а некоторые виды и пластикации. Синтетические каучуки, поступающие на завод в полиэтиленовой оболочке (БСК, СКИ, СКД), разрезаются на гильотинных или дисковых ножах. Для ряда смесей допускается подача кип кау чука в смесители и в оболочках, если их поверхность предвари тельно очищена от загрязнений. В отличие от подготовки синте тических каучуков процесс подготовки . натурального каучука трудоемок. Натуральный каучук извлекают из тары и очищают от
149
Рис. 7.3. Бункерный склад для одновременного хранения нескольких сортов гранулированной сажи:
1 бункерный вагон для сажи, 2 —приемное устройство; 3 —винтовой или скребковый конвейер; 4 —наклонная течка левая; 5—наклонная течка правая; о элеваторы для подачи сажи в производство; 7—элеваторы для загрузки бункеров; 8 —верхние винтовые или скребковые конвейеры; “ течка для подачи сажи в элеваторы; /0 —автоматические весы; Г/ —нижние винтовые или скребковые конвейеры.
загрязнений. Если он был в мешках, то каучук опаливают горелнами, чтобы сжечь прилипшие к его поверхности текстильные во локна. Если каучук поступил на завод без тары, его очищают щетками, иногда снимают поверхностные листы («рубашку»). Осо бого внимания требует снятие железных бандажей, часто находя щихся на кипах. Для этого бандажи нагревают электрическим током, применяя низковольтный трансформатор.
Декристаллизация НК. Натуральный каучук при температуре ниже 25 °С способен кристаллизоваться. НК кристаллизуется участками, кристаллы как бы вкраплены в аморфную массу. С понижением температуры степень кристаллизации каучука уве личивается, но не превышает 0,35. Температура плавления кау чука на 5°С выше температуры его кристаллизации; полное плавление кристаллов заканчивается при 40°С. Для декристал лизации (распарки) каучук нагревают до 45 °С. Скрытая теплота плавления кристаллов 6,1 ккал/кг.
Кипы мороженого каучука, трудно поддающиеся резке, пред варительно подогревают в специальных распарочных камерах при 75—80 °С в -течение 1—2 суток. После резки закристаллизовав шийся каучук может быть подвергнут распарке при 50—60 °С в течение 18—24 ч.
Змеевики для нагрева располагают на полу распарочной ка меры и покрывают решетчатым настилом (решетками), на кото рый укладывают в шахматном порядке кипы каучука так, чтобы между ними оставались зазоры для движения горячего воздуха.
Для повышения коэффициента теплопередачи камеры обору дуют системой рециркуляции воздуха с помощью вентилятора и подогревом через калорифер. На многих заводах из-за малой производительности камерный способ разогрева каучука заменили конвейерным. Каучук режут (вдоль листов) гильотинным ножом и помещают в печь туннельного типа, обогреваемую горячим воз духом (70—100 °С).
В последнее время для разогрева натурального каучука стали применять высокочастотные установки (25—50 мГц). Кипу по мещают на металлический пластинчатый транспортер периоди ческого действия. Когда кипа поравняется с электродом, т. е. с металлической пластинкой, к которой подведен ток высокой ча стоты, транспортер останавливается. Транспортер экранирован ме
таллическими листами и заземлен. |
течение 40 мин нагревает |
Установка мощностью в 30 кВт в |
|
до 45 °С четыре кипы каучука массой |
по 100 кгс каждая. |
Разогрев натурального каучука в высокочастотных установках экономически более выгоден, так как не требуются большие про изводственные площади и предварительная резка кип, обеспечи вается разогрев кип за короткое время и расходуется в 2 раза меньше энергии, чем в распарочных камерах или печах. Широ кого распространения такие установки не получили из-за нерав номерного нагрева кип и трудностей, связанных с регулировкой процесса. Неравномерный нагрев кип объясняется тем, что вслед
ствие неоднородной структуры (аморфной и кристаллической) от дельные участки каучука имеют разные коэффициенты диэлек трических потерь.
Обычно на шинные заводы поступают нестандартные по раз мерам кипы, деформированные по ширине и высоте. Поэтому для каждой кипы приходится регулировать высоту установки элек тродов, а некоторые кипы вообще не проходят в загрузочное, от верстие конвейера.
Рис. 7.4. Горизонтальный гидравлический нож для резки кип натурального каучука:
/ —продольная связь; 2 —электромотор; 3 —магнитный выключатель; 4 —медная прокладка; 5 —поршневые кольца; 6 —штуцер для выпуска воды; 7 —штуцер для подачи воды; 8 — конечный выключатель; 9 —крышка цилиндра; 10 —подвижная головка; // —нож; /2 —центральная часть ножа; 13 —рама; // —держатель ножа; /5 —кнопочное управление; 16 —гидравлические насосы.
Разрабатываются установки токов сверхвысокой частоты (900— 2450 мГц), которые позволят упростить камеры и будут содейство вать внедрению ультравысокочастотного нагрева в шинной про мышленности. Эти установки не требуют электродов, так как волны, отражаясь от кожуха, проникают в нагреваемую кипу со всех сторон.
Кипы разогретого натурального каучука режут вертикальными или горизонтальными гидравлическими ножами. На шинных заво дах в основном применяют горизонтальные гидравлические ножи. На рис. 7.4 показан один из таких ножей, с помощью которого кипа режется на 10 частей. Нож снабжен индивидуальной гид равлической установкой, обеспечивающей давление на плунжер до 70 тс. Производительность ножа 45—60 кип/ч. В последние годы наметилась тенденция применять для резки каучуков гильотинные ножи автоматического действия, которые могут разрезать кипы на куски заданной толщины. Подача кип под нож и отбор нарезан ных кусков автоматизированы. Такие ножи компануют с автома тическими весами и транспортерами в системах автоматической развески каучуков.
Перед пластикацией каучука в резиносмесителе для получения однородной партии из нарезанных кип каучука различных сортов
153