Основы технологии изготовления деталей из резины
Состав, основы переработки и область применения.
Основным сырьем для изготовления деталей из резины является каучук. Однако чистый каучук не может быть использован из-за большой ползучести при комнатной и особенно при повышениях температурах. Для предотвращения этих явлений в отформованном изделии взамен линейных или слаборазветвленных молекул каучука под действием условий операции вулканизации получают сшитую редкосетчатую молекулярную структуру. Редкое расположение поперечных связей не мешает проявлению гибкости заключенных между ними отрезков макромолекул - возникновению высокоэластичных деформаций. Вулканизацию выполняют с помощью вулканизаторов - веществ, образующих поперечную химическую связь между звеньями соседних макромолекул каучука. Эта реакция протекает по схеме полимеризации или поликонденсации. В первом случае (для полимеризации) резиновую смесь готовят на основе непредельных каучуков, имеющих в цепи главных валентностей двойные связи, во втором (поликонденсации) - на основе насыщенных линейных полимеров. В зависимости от количества возникших при вулканизации поперечных связей различают мягкие, средней твердости и твердые резины. Мягкие резины имеют много неиспользованных двойных связей, С течением времени по месту двойных связей присоединяется кислород или озон воздушной среды, что приводит к снижению эластичности, прочности и образованию трещин - старению резины. Резины на основе насыщенных каучуков достаточно стойки к старению и агрессивным средам.
Состав резиновой смеси (каучука и различных добавок) -следующий:
I- каучук; 2- вулканизирующие вещества - обычно сера от I до 30%% иногда используют перекиси или нитросоединения и другие вещества. Процесс вулканизации обычно проходит при нагревании в присутствии ускорителей (полисульфиды, окислы свинца, магния) и активаторов (окись цинки и др.); 3- противостарители замедляющие процесс старения резины. Противостарители химического действия (альдоль, неозон) реагируют с кислородом продиффундировавшим в резину и с образовавшимися перекисями каучука, задерживая его окисление. Противостарители физического действия (парафин, воск) образуют поверхностные пленки, препятствующие диффузии кислорода; 4- мягчители (пластификаторы), которые облегчают процесс переработки резиновой смеси, увеличивают эластичность и морозостойкость резины. Мягчителями являются парафин, вазелин, стеариновая кислота, битулен, минеральные и растительные масла в количестве 8...30% от массы каучука; 5- наполнители, которые подразделяют на активные (усиливающие) и инертные. Активные наполнители (углеродная сажа и "белая"сажа" - окись кремния и цинка) повышают прочность и сопротивление истиранию резины. Увеличение прочности резины связано с возникновением сил связи между каучуком и наполнителем вследствие адсорбции и адгезии и образованием цепочно-сеточной структуры наполнителя. Инертные наполнители (тальк, мел, барит) вводят для уменьшения стоимости резины. Вводимая в состав резиновой смеси девулканизированная старая резина снижает её стоимость, служит мягчителем, снижает склонность к старению. Наполнители также подразделяют на порошкообразные и волокнистые (хлопчатобумажные, шелковые, стеклянные, капроновые и другие ткани). В качестве наполнителя применяют для увеличения прочности стальную проволоку или сетку; 6- красители минеральные или органические могут выполнять не только декоративные функции, но некоторые из них поглощают коротковолновую часть солнечного спектра и поэтому замедляют световое старение резины.
2. Технологический процесс изготовления резиновых технических изделий
Технологический процесс изготовления резиновых технических изделий состоит из следующих последовательных операций: приготовление резиновой смеси, формование, вулканизация и отделка.
Подготовка резиновой смеси. Подготовка смеси заключается в дозировании составных частей и тщательного их смешивания. Перед смешиванием каучук переводят в платическое состояние путем нагрева до 40-50°С и многократного пропускания через специальные вальцы. В пластическом состоянии каучук хорошо смешивается с другими компонентами. Однородную смесь пластифицированного каучука с другими компонентами получают в червячных или валковых смесителях. Первым компонентом при приготовлении смеси вводят противостаритель, последним - вулканизатор.
Формование резиновых изделий выполняют следующими способами: каландрованием, непрерывным выдавливанием, прессованием, литьем под давлением.
Каландрование. Каландрование - это технологический процесс получения плоского бесконечного полотна определенной толщины и ширины за счет деформации обрабатываемой смеси между вращающимися валками. Для регулирования температуры валков каландра применяют нагрев и охлаждение. Ленты и листы сырой резины после прокатки на каландрах посыпают мелом или тальком для предупреждения их слипания, затем сматывают в рулон и используют их для дальнейшей переработки. В случае изготовления изделий с тканевым наполнителем - прорезиненой ткани - после пластифицирования смеси в первой паре валков в нее вводят на следующей паре валков ткань, которая из-за разности вращения валков путем втирания наполняется резиновой смесью, (рис. I).
Толщину прорезиненной ткани (ленты) регулируют путем изменения зазора между валками. Полученную ткань (ленту) наматывают на барабан I и затем вулканизируют.
Непрерывное выдавливание позволяет получать профилированные резиновые детали (трубы, прутки, профили для окантовки и др.). Для непрерывного выдавливания используют машины червячного типа. Этим способом покрывают металлическую проволоку.
Прессование - способ получения фасонных деталей (уплотнительные кольца,
Рис.1. Схема получения прорезиненной ткани; 1-барабаы намотки, 2-ткань, 3-валки каландров, 4-резиновая смесь.
виброопор, манжеты, клиновые ремни). Прессование выполняют в металлических пресс-формах. Различают холодное и горячее прессование. При горячем прессовании выполняемом на гидравлических прессах с обогреваемыми плитами одновременно с формованием изделия происходит вулканизация при 140-150°С. Холодным прессованием изготовляют детали из эбонитовых смесей. После холодного прессования детали вулканизируют.
Литьем под давлением получают детали сложной формы. В этом случае резиновая смесь поступает в литейную пресс-форму при температуре 80-120°С, что обеспечивает высокую пластификацию смеси и хорошую заполняемость и, кроме того, ускоряет процесс вулканизации.
Вулканиизация проводится в специальнах камерах - вулканизаторах при температуре 120-150 °С в атмосфере насыщенного водяного пара при небольшом давлении. При вулканизации протекает химическая реакция каучука и серы, в результате которой линейная структура молекул каучука превращается в сетчатую, что уменьшает пластичность, повышает стойкость к действию органических растворителей, увеличивает прочность и твердость.
Отделка деталей заключается в удалении пленок и облоя, образовавшихся в основном в процессах формования изделий прессованием. Отделение выполняют с помощью острых инструментов (ножниц, ножей и др.), абразивных кругов и др.
При массовом производстве резиновых технических изделий все операции выполняют на высокопроизводительном и автоматизированном оборудовании.