Основы рецептуростроения эластомеров. Учебное пособие

Глава 6. Резины в производстве рукавов

Рукавные изделия предназначены для транспортировки жидких, сыпучих или газообразных продуктов под давлением или разрежением. Они применяются в качестве гибких соединительных трубопроводов в различных узлах аппаратов, машин и приборов, используемых практически во всех отраслях народного хозяйства. Так, например, погрузка и разгрузка супертанкеров в открытом море производится с помощью составных рукавных конструкций, состоящих собственно из рукава, по которому перекачивают неочищенные и очищенные нефтепродукты, и специального покрытия из плавучего ячеистого материала, устойчивого к действию атмосферных условий, морской воды, нефти, а также к истиранию.

Использование составного плавучего рукава, камера которого устойчива к абразивному воздействию песка, грязи и шламов, позволяет усовершенствовать землечерпальные работы.

Работоспособность, гарантийный срок службы и надежность рукавов во многом зависят от применяемых материалов для различных элементов конструкции и в особенности от свойств резины внутреннего слоя. В рукавном производстве применяют масло-, бензо-, атмосферо-, тепло-, морозо-, щелоче-, кислотостойкие и другие резины, которые должны отвечать определенным нормативным требованиям. При гидравлических испытаниях на герметичность рукава всех типов должны выдерживать двукратное рабочее давление. При изгибе рукава кольцом диаметром, равным 20-кратному внутреннему диаметру, не допускается разрывов и трещин.

Наиболее широко используют маслобензостойкие резины, физико-механические показатели которых должны соответствовать нормам, приведенным в табл. 14.

Качество рукавов в большей степени определяется составом резиновых смесей, выбором полимерной основы. Для их изготовления применяют каучуки общего и специального назначения.

61

Невулканизованные резиновые смеси для внутреннего слоя, особенно в металлонавивочных рукавах, должны обладать повышенной когезионной прочностью и твердостью в сочетании с хорошими технологическими свойствами. Это объясняется тем, что низкая пластичность смесей затрудняет шприцевание, приводит к их подвулканизации.

Перспективны марки бутадиен-нитрильных каучуков, наполненных на стадии получения поливинилхлоридом, например, СКН-26ПВХ-30. Для внутреннего слоя рукавов высокого давления отечественного производства применяют резины на основе комбинации СКН-26ПВХ-30 и БНКС-26М. Ее применение позволяет уменьшить толщину резиновых слоев и снизить материалоемкость рукава благодаря увеличению каркасности смеси, улучшается переработка на оборудовании

Врукавах диаметром 50 мм применяют комбинацию ПХП

иБНК в соотношении80:20 масc. ч. Применение добавок БНК, СКД, БСК снижает кристаллизуемость полихлоропренов, а следовательно, повышает морозостойкость резин, температурный интервал работоспособности. Считают, что добавка некристаллизующихся каучуков подобна эффекту разбавления. Она замедляет кристаллизацию тем больше, чем выше содержание аморфного каучука в смеси.

За рубежом для внутреннего слоя рукавов высокого давления кроме БНК применяют ПХП, БСК, НК, бутадиеновые каучуки и их комбинации, а для промежуточного слоя – также и карбоксилатный каучук, повышающий прочность связи с силовым каркасом.

Впроизводстве рукавов типа В и КЩ в качестве основных применяются резиновые смеси на основе комбинации каучуков НК и СКС-30-АРКМ-15. Массовая доля каучука в смесях составляет от 27 до 43 %. В ряде случаев для изготовления рукавов по одному и тому же стандарту используются принципиально различные рецепты. Так, паропроводные рукава изготавливаются из СКМС-30АРКМ-15+НК, СКМС-30-АРКМ-15, а также из смеси наирита+БНК (внутренний слой) и наирита (наружный слой).

62

Установлено, что резины на основе комбинации каучуков БНК и наирита обеспечивают повышенную паростойкость при необходимой конфекционной клейкости.

В рукавном производстве широко используют полиизопрены – НК, СКИ и их комбинации с другими СК. НК применяют в рецептах резиновых смесей для изготовления внутреннего, промежуточного и наружного резиновых слоев, а также в промазочных резиновых смесях для промазки рукавных тканей. В производство внедрены резины на основе комбинации СКИ-3 и СКМС-30АРКМ-15 для внутреннего слоя и промазочная резиновая смесь на основе СКИ-3 для рукавов типа В, ВГ, Г, КЩ. Для

63

внутреннего слоя рукавов с высокой износостойкостью используется резин из СКИ-3 и СКД, которая по сравнению с резиной из НК характеризуется повышенной износостойкостью и морозостойкостью. В связи с повышением цен на синтетические полиизопрены отмечается тенденция расширения объемов потребления НК в рукавном производстве.

В производстве резинотканевых рукавов для транспортирования минеральных и синтетических масел использовалась серийная резина НО-68-2, изготавливаемая на основе комбинации БНК и ПХП. Широкое внедрение синтетических масел потребовало разработки более маслостойкой резины. Внедрена резина на основе БНК, содержащая пероксидную вулканизующую систему. Установлено, что степень изменения физико-механических показателей, морозостойкость, набухание при контакте с маслами определяются типом каучука и масла, имеющего синтетическую или минеральную природу, продолжительностью и температурой их взаимного контакта. Разработанная резина рекомендована к использованию для изготовления промежуточного и внутреннего слоев напорных и напорновсасывающих рукавов, работающих при температуре до70 оС и температуре окружающего воздуха от минус 55 до плюс 60 ○С.

Как отмечалось, одним из важнейших требований к резинам внутреннего слоя является стойкость к передаваемым средам. Например, для рукавов типов В и Ш за 24 ч при температуре 20 о○С в растворе с массовой доле серной кислоты20 % набухание не должно быть более 6 %, рукавов типа Б в бензине – не более 20 %.

Химически агрессивные среды, такие, как сильные окислители, минеральные кислоты, щелочи, водные растворы солей, галогены и другие, вызывают необратимые изменения химической структуры эластомеров. Химическая стойкость резин обусловливается, прежде всего, типом каучука и снижается с повышением непредельности, так как по месту двойных связей возможно присоединение галогенов, остатков кислот.

Насыщенные карбоцепные каучуки стойки к большинству сред. В минеральных кислотах стойки резины из фторкаучука, БК, СКЭП, хлорсульфированного полиэтилена (ХСПЭ). Так, резины из НК, ПХП, СКН, БСК в концентрированной азотной кислоте разрушаются за 10 мин, ХСПЭ и БК – 2 ч, СКЭП – 72 ч.

64

В разбавленных минеральных кислотах длительно работают -ре зины из СКФ, ХСПЭ, СКЭП и БК. В полярных органических кислотах более стойки резины из неполярных каучуков.

Резиновая смесь (патент СРР № 91266), рекомендуемая для эксплуатации в концентрированной соляной кислоте, имеет следующий состав, в масс. ч.: СКЭП 100, оксид цинка - 5,0, триэтаноламин - 2,0, меркаптобензтиазол 0,5, тетраметилтиурамдисульфид - 1,5, сера - 1,5. Полученная резина имеет твердость 73-74 усл. ед., условное напряжение при300 % удлинения 4,9 МПа, условную прочность при растяжении18,0 МПа. После выдержки в течение 1500 ч в концентрированной соляной кислоте условная прочность при растяжении снизилась до10,7 МПа, твердость до 73 усл. ед.

Большая номенклатура рукавов предназначается для перекачивания воды, слабощелочных, слабокислотных водных растворов. Вода – основа некоторых трудновоспламеняемых жидкостей (эмульсии масел в воде), где возможно избирательное поглощение. Поэтому важен вопрос водостойкости резин.

Поглощение воды резинами– диффузионный процесс, скорость которого и количество поглощенной воды зависят от содержания в резине водорастворимых примесей, степени вулканизации, полярности каучука. Поглощение воды после выдержки резин из НК, БСК, СКЭП, БК и полярных каучуков СКН, ПХП, ХСПЭ в течение 8760 ч при температуре23-28 оС составляет соответственно 1-6 и 7-9 %. При повышении температуры водопоглощение резин особенно увеличивается для резин, содержащих каучук СКФ-26.

Главная причина высокого водопоглощения– наличие электролитических примесей в резине. Добавление 1 % поваренной соли увеличивает водопоглощение резин из СКН с 12 до 100 %. Поэтому водопоглощение будет зависеть от выбора каучука, типа наполнителей, примесей. Количество вводимых компонентов должно быть минимальным, так как при этом возможно загрязнение воды из-за вымывания компонентов. Например, вводимые в качестве противостарителей ароматические амины из пленки полиэтилена вымываются за несколько часов. При этом снижаются сопротивление тепловому старению, механические свойства.

65

Основными причинами ухудшения механических свойств резин в воде, как полагают, являются увеличение числа и размеров микродефектов вследствие повышения давления набухания и протекания окислительных процессов под действием кислорода воздуха, растворимого в воде. Соотношение разрушающего действия этих факторов при старении в воде может изменяться в зависимости от других факторов – температуры, типа каучука, исходной и достигаемой степени сшивания. У резин на основе СКИ-3 с низкой термоокислительной устойчивостью существенное ухудшение свойств происходит в воздушной среде из-за более интенсивных процессов окисления, деструкции. У резин более стойких к термоокислительному воздействию, большее снижение прочности наблюдается в водной среде, как следствие, водопоглощения и его разрушающего действия.

При выборе полимерной основы резин для работы в органических средах технолог-резинщик может ориентироваться хорошо известным в химии принципом подобия Джи. Резины из неполярных каучуков сильно набухают в неполярных предельных углеводородах, но не взаимодействуют с сильнополярными жидкостями (вода, спирт). Резины из полярных каучуков сильнее набухают в полярных растворителях, воде.

Применение в составе резин значительных дозировок пластификаторов и мягчителей позволяет повысить количество вводимых наполнителей до 100 и более масс. ч. на 100 масс. ч. каучуков. Использование в таких количествах обычных марок технического углерода приводит к получению резин с удовлетворительной электрической проводимостью, а для специальных антистатических резин применяют технический углерод А327-Э с более высокой электропроводимостью.

В производстве рукавов высокого давления как конструкционный материал применят термопласты. По сравнению с традиционными материалами они имеют существенные преимущества. Полиамиды и полиуретаны стойки к маслам, жирам, горючим веществам, растворителям и характеризуются хорошей стойкостью к атмосферным воздействиям. Термопласты дают возможность добиться монолитности и уменьшения толщины стенки рукава, что повышает его прочность, обеспечивает хорошее

66

качество рукавов. Некоторые технические характеристики полиамида приведены ниже:

Термостойкость при продолжительной работе, оС……….от –50 до +100

В резинах внутреннего слоя рукавов высокого давления применяют до 20 масс. ч. полиэтилена высокого давления низкой плотности с показателем текучести расплава3,5 в целях повышения когезионной прочности и улучшения технологических свойств.

Каркасные резины промежуточных слоев используют как адгезионную прослойку между слоями навивки в рукавах. Смеси должны характеризоваться хорошей текучестью, повышенной пластичностью, адгезией к армирующим материалам, обеспечивать сцепление между всеми элементами рукава.

Предъявляемым требованиям отвечают резины на основе комбинации ПХП и СКД в соотношении90:10 масс ч. Небольшая добавка ПБ снижает кристаллизуемость, повышает эластичность и морозостойкость резин. Адгезию к армирующим материалам повышают введением модифицирующих систем из модификатора РУ-1 и аэросила 175. Хорошая текучесть такой смеси позволяет промежуточным слоям совулканизовываться между собой, с резиной внутреннего и наружного слоев. Обладая хорошей адгезией к проволоке, резиновая смесь обеспечивает сцепление между всеми элементами рукава, равное по величине прочности вулканизата.

В технологии рукавов оплеточной конструкции на ряде предприятий применят пасту на основе комбинации каучуков ПХП и БНК в соотношении 1:1. Клеи и пасты получают растворением в смеси бензин: этилацетат в соотношении 1:2 (по массе) резиновых смесей на основе наирита и хлорнаирита. Такие смеси обычно не содержат наполнителей, а оксид цинка вводят на ста-

67

дии растворения смеси. В пасты вводят минимальное количество легколетучих растворителей и высококипящие жидкости дибутилфталат и скипидар в качестве разжижителей смеси. Применение такой пасты обеспечивает хорошее сцепление между элементами конструкции.

Для промазки текстильной оплетки разработана паста на основе наирита КР-50, наполненная кремнеземом БС-100 и редоксайдом. Такая паста также обеспечивает высокую прочность связи резины с латунированной проволокой. При ее изготовлении выбирают оптимальное соотношение растворителей бензина и этилацетата, обеспечивающие ее технологичность, необходимые сроки хранения и желатинизации.

Промазочные резиновые смеси применяются при промазке рукавных тканей и должны обладать высокой пластичностью, хорошей клейкостью затекать в структуру тканей. Прочность связи между элементами конструкции напорно-всасывающих и напорных рукавов в соответствии с нормативными требованиями должна быть не менее 1,0 и 0,8 кН/м. При использовании резин на основе цис-1,4-полиизопренов достигается прочность связи в рукавах 1,5-2,0 кН/м.

Глава 7. Резины конвейерных лент

Разрушение того или иного элемента конвейерной ленты зависит от условий эксплуатации. Например, при транспортировании крупнокусковых руд цветных металлов могут

Сохранение прочностных и геометрических характеристик в процессе эксплуатации лент во многом определяется свойствами применяемых резиновых смесей.

В производстве «общих» конвейерных лент применяют обычные обкладочные, каркасные, промазочные резиновые смеси, технические ткани, пропиточные составы, стальной трос и резиновые клеи. В конструкции специальных конвейерных лент используют ткани с покрытиями из поливинилхлорида(ПВХ),

68

сохранением свойств при повышенной температуре и после термического старения, морозостойкостью и огнестойкостью.

69

70