Лекція 6.7. Машини і апарати для вулканізації гуми
Основні питання: Схеми і конструкції, принцип дії. Вулканізаційні котли, преси, інше устаткування. Характеристики і параметри. Розрахунок основних з них.
Завдання на СРС: Розрахувати тепловий баланс лабораторного автоклаву.
1. Призначення і класифікація вулканізаційного обладнання
Вулканізація є завершальним технологічним процесом у виробництві гумових виробів. В результаті вулканізації відбувається перетворення каучуку (або його сумішей з іншими компонентами) в гуму - матеріал з цінними властивостями, не властивими іншим матеріалам (здатність до великого подовження, стійкість до багаторазових деформацій, амортизаційні властивості та ін.)
Машини та апарати, призначені для реалізації процесу вулканізації, об'єднуються під загальною назвою – вулканізаційне обладнання.
У промисловості поширена так звана гаряча вулканізація (вулканізація каучуку сіркою). Вона досягається нагріванням виробів, що вулканізуються, або в металевій формі, або в казані в паровому, повітряному або пароповітряному середовищі.
Для нагрівання виробів при вулканізації в більшості випадків ще використовується теплота конденсації насиченої пари. Інші теплоносії, такі як перегріта вода, гаряче повітря, пароповітряна суміш, електроенергія, застосовується рідше, а якщо і застосовуються, то в основному там, де нагрів парою не дає повного комплексу властивостей виробів, що вулканізуються (зовнішній вигляд та інші якості). У процесі конденсації насичена пара віддає близько трьох чвертей свого тепловмісту, в той час як перегріта вода – приблизно лише одну п'ятнадцяту частину, а гаряче повітря – близько однієї десятої.
Для більшості виробів температура вулканізації становить 140 ... 170 ° С (в окремих випадках вона доходить до 190 ... 200 ° С). При високотемпературній вулканізації знаходить застосування нагрівання за допомогою електричних нагрівачів, які з точки зору температурних можливостей практично не мають меж. Нагрівання до високих температур за допомогою пари вимагає спеціальних котельних установок або ліній високого тиску від теплоелектроцентралей, що не завжди можливо і раціонально.
З метою отримання якісних монолітних виробів і запобігання їх пористості більшість гумових виробів вулканізується під тиском. Утворення пор в гумі пояснюється головним чином наявністю вологи та легколетких речовин в гумовій суміші. При нагріванні гумової суміші волога і леткі речовини створюють мікровогнища внутрішнього тиску по всій масі виробу, що призводять до утворення порожнин – пор. При вулканізації необхідно піддати вироби зовнішньому тиску, який перевищує можливу величину внутрішнього тиску. Величина зовнішнього тиску залежить від конструкції виробу і вибирається досвідченим шляхом звичайно в межах від 0,5 до 5 МПа, а в деяких випадках і більше.
Необхідність ведення процесу вулканізації гумових виробів при значній (небезпечній для людини) температурі і істотному тиску надає вулканізаційному обладнанню цілий ряд особливостей. Деякі види вулканізаційного обладнання (котли, автоклав-преси) підвідомчі Інспекції Держгіртехнагляду і вимагають особливих умов експлуатації.
Багато види вулканізаційного обладнання володіють потужним приводом в 1; 3; 10 кН (преси, автоклави) і тому є важкими по конструкції. Необхідність у підводі теплоносіїв (вода, пара, конденсат) та інших енерготехнічних середовищ (стиснене повітря, вода під тиском 2 ... 2,5 МПа і більше) вимагає великої кількості трубопроводів, запірної арматури, контрольно-вимірювальних і регулюючих приладів на кожній одиниці вулканізаційного обладнання. Цехи вулканізації відрізняються високорозвиненою системою всіляких трубопроводів. Теплоізоляції трубопроводів і нагрітих частин вулканізаційних машин і апаратів приділяється особлива увага, оскільки це веде до зниження теплових втрат і забезпечує нормальні умови для працюючих в цеху вулканізації.
Все вулканізаційне обладнання узагальнено можна розділити на дві групи: обладнання загального призначення та спеціальне обладнання. За принципом (характеру) дії воно підрозділяється також на вулканізаційне обладнання періодичної дії і вулканізаційне обладнання безперервної дії.
Основними видами вулканізаційного устаткування загального призначення є вулканізаційні котли, вулканізаційні преси, автоклав-преси.
Практично будь-який гумовий виріб можна піддати вулканізації в цьому обладнанні. Необхідність підвищення продуктивності обладнання, механізації і автоматизації праці призвела до створення спеціального вулканізаційного обладнання, призначеного для вулканізації певних виробів. До спеціальних видів вулканізаційного обладнання відносяться: індивідуальні вулканізатори для покришок і камер; форматори-вулканізатори покришок; автоклав-преси для вулканізації покришок; вулканізаційні преси для транспортерних стрічок і плоских приводних ременів; вулканізаційні преси для клинових ременів; камерні вулканізатори для прогумованих тканин; барабанні вулканізатори для плоских приводних ременів, транспортерних стрічок і гумових листів; камерні вулканізаційні агрегати для виробництва порожніх виробів (м'ячі, іграшки та інші вироби); карусельні преси-автомати для виробництва цілком певних видів гумових формових виробів; апарати для вулканізації ГТВ в розплаві солей; апарати для вулканізації ГТВ в псевдозрідженому шарі; апарати для вулканізації ГТВ в полі струмів надвисокої частоти і деяке інше обладнання.