ВУЛКАНИЗАЦИЯ В ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ВУЛКАНИЗАТОРАХ
Индивидуальные вулканизаторы — прессы специальной конст¬рукции с закрепленной формой применяют преимущественно для
| романизации многослойных автомобильных покрышек больших
НГММСров, а также для вулканизации камер, ободных лент, техни-
то|КИХ изделий, некоторых видов резиновой обуви.
По конструкции вулканизаторы подразделяют на о дне-, и двух-
ЙР* IIII.II», применяемые для крупногабаритных изделий, и много-ГНМДИЬШ — для малогабаритных технических изделий. Давление • Лулкпппзаторах создается посредством гидравлических, рычаж-•§н*Й1К1Нйческих, пневматических или электромеханических уст-
1 зависимости от способа обогрева выпускают автоклавные ИМ1НИ11Т0ры, в которые пар подают внутрь корпуса, и формы с ■УрМОМ через рубашку. Вулканизаторы снабжены предохрани-■УЫшм рычагом и блокирующим устройством, препятствующим
открыванию вулканизатора при создании в нем высокого внутрен-ЩЖ;Р давления. . \
На рис. IV.68 показан одноместный рычажно-механический вул¬канизатор автоклавного ||ипа для и&отовления автопокрышек. Особенность вулканизации автомобильных покрышек заключается в том, что в процессе вулканизации происходит соединение всех деталей покрышки, в результате чего она приобретает определен-
ную форму. Для обеспечения необходимого внутреннего давления при вулканизации покрышек применяют внутренние эластичные формы —так называемые варочные камеры, которые закладывают внутрь покрышек. Варочная камера имеет вид полого резинового кольца с утолщенным сердечником, снабженным вентилем, через кот^ый в полость варочной камеры поступает перегретая вода и пар. Перед вводом перегретой воды варочные камеры обычно про¬гревают насыщенным паром. -
Собранную невулка.низованную покрышку с варочной камерой помещают на нижнюю по л у форму вулканизатора, затем вентиль варочной камеры соединяют через специальное устройство (адап¬тер) с системой трубопроводов, по которым согласно установлен¬ному режиму вулканизации подают необходимый теплоноситель или агент давления. Даже вулканизатор закрывают с помощью рычажно-кривошипного меха*йзма,||при этЦм стенки полуформ смыкаются. Внутрь варочной камеры для ее прогрева сначала по¬давлением 2—2,5 МПа перегретую воду, с температурой 175— 180°С для обеспечения прессующего давления на покрышку с целью ее окончательного формования и вулканизации.-Под дейст¬вием перегретой воды, находящейся под давлением, варочная ка¬мера раздувается и плотно прижимает невулканизованную покры¬шкук поверхности формы, благодаря чему на поверхности пок¬рышки отпечатывается рисунок, выгравированный на форме, и происходит прочное соединение всех слоев. Воздух, находившийся в форме, удаляется в полость паровой камеры через просверлен¬ные в форме отверстия. При вулканизации покрышки внутрь па¬ровой камеры индивидуального вулканизатора подают греющий насыщенный водяной пар с температурой 140—170 °С. Продолжи¬тельность вулканизации зависит от размеров покрышки и пара¬метров применяемых теплоносителей. По окончании вулканизации из варочной камеры удаляют перегретую воду, а из паровой ка¬меры— греющий пар. В некоторых случаях производят охлажде¬ние вулканизованных покрышек%юд давлением, для чего внутрь варочной и паровой камер подают охлажденную воду. После уда¬ления из паровой и варочной камер теплоносителей открывают Вулканизатор и извлекают вулканизованную покрышку.
Вулканизатор снабжен автоматическим программным регуля¬тором, предназначенным для подачи сжатого воздуха во все ав¬томатические приборы открывания и закрывания вулканизатора, Шодачи пара в паровую и варочную камеры, подачи и удаления из [(арочной.камеры перегретой и охлаждающей воды, охлаждения формы. Малослойные покрышки вулканизуют в индивидуальных вулканизаторах с обогревом форм через паровую рубашку. Пар ПОДАЮТ-с тепловой станции при заданной температуре или давле¬ний! раздельно в верхнюю и нижнюю половины форм. Отработан¬ный пар возвращают на тепловую станцию, в сепаратор, где от ■|Рв отделяют конденсат. Затем отработанный пар инжектируют it йновь подают в производство. Работа тепловой станции автома¬тизирована.
Температура стенок формы одинакова по всей поверхности, по-
§?§Му покрышки прогреваются неравномерно: очень быстро в тон-
ЦШС (каркас) и значительно медленнее в утолщенных частях (борт,
IfWiKTOp). При подводе тепла через варочную камеру, в которую
ММЙЮТ пар и перегретую воду, становится возможным уменьшить
^равномерность прогрева покрышек. Однако этот недостаток
ТЙЛМИ полностью устранить, что нередко приводит к дефектам
Црнжшт части покрышек. §|t .
^ЙНДТОИДуальные вулканизаторы (для покрышек) выпускают МИНИНЫХ размеров: 36, 45, 55, 65 и 85 дюймов, с распорным уси-8Т 1,2 до 11 МН и внутренним диаметром паровой камеры ■ I0QQ ДО 3250 мм. Разм.ер вулканизаторов (в дюймах) показы-нИ |||§€Т0ЯНие между шатунами, рычажно-кривошипного меха-В обозначении вулканизатора указывают максимальное до-
рМмпи рюпорное усилие на пресс-форму. Например, ИВП-310— индивидуальный вулканизатор для покрышек с максимально до¬пустимым распорным усилием на пресс-форму 3,10 МН (310 тс),;
При вулканизации в индивидуальных вулканизаторах ездовых камер прессующий агент (сжатый воздух) подают непосредствен¬но через вентиль внутрь камеры, а теплоноситель (насыщенный водяной пар) под давлением 0,5—0,8 МПа— внутрь паровой ка¬меры.
В шинной промышленности широко применяют форматоры-вулканизаторы, в которых совмещается предварительное формова¬ние покрышек (так называемое экспендирование) и их вулканиза¬ция. Покрышки формуют с помощью специальной резиновой диаф¬рагмы, которая при вулканизации выполняет роль /варочной камеры. При нагревании заготовок покрышек до 70—80 °С облегча¬ется предварительное их формование и сокращается продолжи¬тельность вулканизации.
При использовании форматоров-вулканизаторов позволяется возможность упростить технологический процесс, повысить произ¬водительность оборудования, уменьшить затраты на оборудование и промежуточное транспортирование, сократить производственные площади. Эффективность применения форматоров-вулканизаторов во многом зависит от надежности конструкции и длительности срока службы диафрагмы, так как при частой смене их в резуль¬тате увеличения простоев оборудования снижается производители! ность труда. :$ш
В промышленности применяют форматоры-вулканизаторы двух принципиально различных конструкций: с неубирающейся диаф¬рагмой и с.диафрагмой, убирающейся.в специальный цилиндр, расположенный в станине пресса. Первый из них получил широкое распространение для вулканизации покрышек диагональной, \ а второй — радиальной конструкции.
Форматор-вулканизатор с неубирающейся диафрагмой пред-
ставлен на рис. IV.69. щ щж 111
Резиновая диафрагма по конструкции отличается от варочной, камеры; она представляет сббой тонкостенный бочкообразный ци¬линдр с отверстиями по торцам. Диафрагма приводится в дви¬жение специальным механизмом с гидравлическим приводом, ко¬торый расположен в станине пресса.
Продолжительность вулканизации покрышек в форматоре-вул-, канизаторе по сравнению с индивидуальным вулканизатором меньше, так как толщина стенок диафрагмы меньше толщины сте¬нок варочной камеры, кроме того, в форматоре-вулканизаторе пре¬дусмотрена система циркуляции теплоносителя. Сопоставление ре¬жимов вулканизации покрышек одинакового размера в формато¬ре-вулканизаторе и индивидуальном вулканизаторе представлен^ в табл. IV. 10.
В обозначении форматоров-вулканизаторов различного разме* ра указывается число пресс-форм, максимальное распорное усилив на одну пресс-форму в тоннах —силы, внутренний диаметр пароч
вой камеры и наибольшее и наименьшее расстояния между уста новочными плоскостями. Например, ВФ-2-200-1310-240/353— фор матор-вулканизатор с двумя пресс-формами, максимальным рас
!йШ!ГМа' 7я невУлканизованная покрышка; 3 — формуемая покрышка; 4—вулканизу-[нирМШка; 5 —готовая покрышка; 5 —рычаги механизма сбрасывания готовой по-
ИШм усилием на одну пресс-форму 2 МН; внутренний диаметр |§|НММ)Й камеры 1310 мм.
ныиускают одно- и двухформовые форматоры-вулканизаторы с Ир* ни им диаметром паровой камеры от 940 до 2200 мм и мак-■1Ш1ым распорным усилием на пресс-форму от 1 до 7 МН.
понедельник, 9 ноября 2009 г.
ВУЛКАНИЗАЦИЯ В КОТЛАХ
ВУЛКАНИЗАЦИЯ В КОТЛАХ
Вулканизацию резиновых изделий в паровой, воздушной или в паро-воздушной средах обычно проводят в котлах под давлени¬ем. В некоторых случаях вулканизацию в котлах осуществляют в горячей (перегретой) воде, в среде азота или других газов. Наи¬большее распространение получил способ вулканизации в паровой среде, как более дешевый и безопасный, при котором можно срав¬нительно легко управлять процессом.
Вулканизационные котлы различают по размерам (диаметру и длине), расположению главной оси (горизонтальные и вертикаль¬ные), конструкции стенок (одностенные и двухстенные), типу за¬твора крышки (с болтовым и байонетным, т. е. быстродействую¬щим затвором) и способу обогрева (с паровой рубашкой, змееви¬ком, нагревательными секциями — электрообогревом, или с прину¬дительной циркуляцией теплоносителя). Котлы (рис. IV.62) снаб- ; жены арматурой (вентилями для ввода и вывода пара, воды и воз¬духа, предохранительными и обратными клапанами), контрольно-измерительными приборами (манометрами, термометрами, расхо¬домерами), автоматическими регуляторами давления, температу- J ры и продолжительности процесса по времени (командоаппараты), а также различными вспомогательными устройствами (рельсами, опорами и другими). Шр
Схема автоматического регулирования процессом вулканиза-] ции в котле с рубашкой приведена на рис. IV.63. Режимом вулюи лшзации во времени управляют с помощью программного" регу*Я лятора 9. Регулятор 7. поддерживает заданное давление внутри котла, а регулятор 8 — необходимую температуру в паровой ру¬башке. Сдвоенный регулятор температуры 6 предназначен для йй» тематического управления удалением конденсата из котла И 111*1 ровой рубашки. Температуру внутри котла измеряют термометрОМ| \
Вулканизационные котлы выпускают на внутреннее давлении 0,6 и 1,2:5 МП а с внутренним диаметром от 800 до 3600 мм и длн
ой до 22 м. Процесс вулканизации в котлах является периодиче¬ским и в тепловом отношении нестационарным. Обычно он включа¬ет несколько последовательных операций: загрузку аппарата и за¬крытие крышки; повышение давления и температуры в котле (мо¬нотонное или v ступенчатое); выдержку резиновых ft изделий при постоянной температуре; снижение давления в котле; открытие крышки и разгрузку аппарата. В некоторых случаях изделия ох-
К 3 — предохранительные клапаны; 2 —манометр для измерения давления в котле; 4 — ма¬нометр для измерения давления в рубашке; 5 — самопишущий термометр для измерения температур в котле; 5 — сдвоенный регулятор темпеЩТуры; 7 — регулятор давления в кот¬ле; 8—* регулятор температуры в паровой рубашке; 9 — программный регулятор; 10 г-? сии$ лизация.
лаждают в котлах (до выгрузки;, максимальная скорость вулка-низации изделий в котлах достигается в среде насыщенного/водя¬ного пара при давлении 0,3—0,5 МПа. Щт
Вулканизационные котлы как аппараты, работающие под дав¬лением, находятся под строгим наблюдением Государственной тех¬нической инспекции Котлонадзора, которая регистрирует аппара¬ты, выдает разрешение на их установку и осуществляет контроль за эксплуатацией.
Вулканизация в паровой среде. После закрытия крышки (внутрь котла подают пар. Пар подводят в котел через специальные тру¬бы, расположенные в верхней зоне аппарата и имеющие один илй| два ряда отверстий вверху для выхода пара. Чтобы паровой кон¬денсат, случайно образовавшийся (например, при вводе пара в котел), не разбрызгивался, к концам паровых труб присоединяют трубки, под-которыми устанавливают желоба для защиты издв»;
лий от конденсата. Внутренний объем котла при его разгрузке и загрузке (перезарядка аппарата) заполнен воздухом. Перед вул¬канизацией воздух из котла удаляют, так как при смешении па¬ра с воздухом давление в котле повышается, а следовательно, из¬меняется температура насыщенного пара и давление в котле. Кро¬ме того, при наличии в котле воздуха увеличивается вероятность образования конденсата. В начальный период вулканизации кон¬денсация паров может происходить на поверхности сравнительно холодных невулканизованных изделий. При этом влага проникает Внутрь резины, способствуя образованию в изделии пор, вздутий и расслоений. Для уменьшения конденсации напуск пара произво¬дят постепенно. Воздух удаляют через патрубок, расположенный В низшей части котла, так как плотность воздуха больше плотно-гсти пара и при напуске пара сверху воздух движется вниз. Для Устранения возможности появления зон застоя воздуха котел про¬дувают паром.
Уменьшить конденсацию пара также можно при использовании |улканизационных котлов с паровой рубашкой. Конденсат содер¬жит сернистые соединения, поэтому его экономически не целесооб¬разно применять вторично. В некоторых случаях внутри одностен-ного котла устанавливают нагревательные змеевики, что значи¬тельно снижает образование конденсата.
При вулканизации в паровой среде при 130—150°С напуск па¬ри обычно происходит в течение 15 мин, спуск его — постепенно ■Обычно до 10 мин).
Вулканизация изделий открытым способом. Шприцеванные и Некоторые конфекционные изделия, обладающие достаточной кар-рЯСНОСТЬю и не изменяющие свою форму в начальный период на-|*|м»м/1ИИЯ, когда процесс структурирования еще не начался, вулка-ИИВукэт открытым способом. По этому способу можно вулканизо-pITfe изделия сложной конфигурации, собранные на колодках, фор-МйХ ИДИ других основаниях (перчатки, клееную нелакированную #буи1», рукава и другие изделия).
Вулканизация изделий в тальке. Для сохранения формы"изде-ЙМЯ| Деформирующиеся в начальный период вулканизййии цод 1РЙСТ1ИСМ собственной тяжести (тонкостенные трубки), вулканн¬ый)? HI противнях в слое талька. Обычно противнвдзакрывают Циклическими крышками. Чтобы давление в котле ив против-§ШЮ одинаковым, в крышках или в противнях делают отвер-TiK как конденсат, образовавшийся,во время вулканизации, |И1 ЛиШйгтся тальком, резина практически никогда не соприкаса-MftH t ЦЛ8Г0Й. Я
Иулилиизация изделий, закатанных в ткань. При контакте из-IIИ и v шлагой возможно изменение их цвета, появление пятен и jlltiiMHiie пор. Некоторые изделия перед вулканизацией обма-ЩШ1 Полосами ткани, в редких случаях — прорезиненной тканью ЁЙЙМ0 тонкой резиновой пластиной (викелевка). Обмотка из-|||И ПрОИЯОДИТСЯ с целью защиты их от непосредственного дей¬с'твия пара и главным образом предотвращения изменения формы изделия в начальный период вулканизации, когда резиновая смесь
Ш
ачинает размягчаться при нагревании. Кроме того, при обмотке зделие уплотняется. При вулканизации некоторых рукавов и трубок, надетых на ме¬таллические дорны, сырые заготовки обматывают снаружи мокры¬ми полосами ткани. В процессе вулканизации ткань усаживается, ^что способствует улучшению формования.
Пластины для офсетного способа печатания складывают лице¬выми сторонами, наматывают на барабан, обмотанный тканью, снаружи закатывают в/другой кусок ткани и обертывают резиновой пластиной. Резиновая пластина предназначена для защиты вул¬канизуемых изделий, от влаги, поэтому ее закрепляют Особенно плотно и тщательно по краям. Подобным способом обматывают и некоторые прорезиненные ткани, вулканизуемые на барабанах.
Вулканизация в воздушной среде. В воздушной среде изделия можно вулканизовать при повышенном давлении и низкой темпе¬ратуре, и при низком давлении и высокой температуре, так как температура воздуха не связана с его давлением. Применение го¬рячего воздуха в качестве вулканизационной среды или теплоно¬сителя ограничено, так как кислород воздуха при высокой темпе¬ратуре активно взаимодействует с каучуками, входящими в состав резиновых смесей, что ухудшает механические свойства вулкани-затов. Поэтому в воздушной среде изделия при непосредственном их контакте с воздухом следует вулканизовать при температуЯ 130—132 °С. Воздух обладает очень плохими теплофизическими свойствами. Вулканизация в воздушной среде очень длительна, что существенно снижает производительность оборудования. Для улуч¬шения теплопередачи необходима интенсивная циркуляция воз¬душной среды. В воздушной среде с трудом достигается равномер¬ное распределение температуры.
В воздушной среде вулканизуют такие изделия, на свойства ко¬торых отрицательно сказывается действие насыщенного пара и об¬разовавшегося при вулканизации в паровой среде конденсата. Обычно в среде воздуха вулканизуют цветные резиновые изделия, изделия с ворсовой тканью и некоторые другие.
Для проведения нормальной вулканизации в воздушной среде желательно применять активные ускорители, особенно выделяки щие серу (тиурам, полисульфиды или смесь тиурама с производ¬ными тиазолов). Более эффективно использовать свинцовые и цин¬ковые соли дитиокарбаминовых кислот. Вулканизацию в среде го¬рячего воздуха без давления проводят в различных термостатах, туннельных вулканизаторах и других аппаратах. Термостаты ши¬роко применяют для второй стадии вулканизации изделий на ос¬нове силоксанового и фторкаучуков при температуре воздушной среды 200—250 °С.
Паро-воздушная вулканизация. Для некоторых изделий контакт с парком недопустим только в начале вулканизации. Например, ла| кированную обувь для предотвращения потускнения лака, которое может произойти при воздействии пара на лаковую пленку, при¬ходится вулканизовать в воздушной среде. Однако на получение устойчивой к действию пара лаковой пленки (температура возду¬ха в котле 100—125 °С) затрачивается 'Меньше времени, чем на Проведение всего процесса вулканизации. Учитывая сказанное вы-|ще, начали применять комбинированный способ вулканизации — .Сначала в воздушной среде, затем в паровой. После загрузки ла¬кированной обуви, которую обычно размещают на специальных ша^онетках, в котел начинают напускать (обычно Щв течение 10 мин) воздух, подогретый до 120 °С, до тех пор, пока давление И котле не поднимется до 0,25 МПа. При давлении воздуха ; 0,25 МПа и температуре около 125 °С, поддерживаемой с помощью имеевиков, изделия вулканизуют в течение 30—35 мин до образо-Цвния на их поверхности блестящей лаковой пленки. Затем в ко-Т§л в течение 15—20 мин начинают напускать пар, и когда давле¬ние в нем достигает 0,3 МПа, вулканизация изделий будет прохо¬дить в паро-воздушной среде при интенсивной циркуляции в тече-НИ© 15—20 мин. Избыточное давление из котла сбрасывают Приблизительно 15 мин, после чего котел разгружают. Общий цикл вулканизации лакированной обуви длится 85-—100 мин.
В паро-воздушной среде кроме лакированной обуви можно вул-ЙМНИЗОвать также цветные тонкостенные изделия. Общий цикл Вулканизации, длительность и условия проведения каждой стадии Й|ШЦ©ССа зависят от вида изделия, состава резиновой смеси, кон¬струкции котла и некоторых других факторов.
ВУЛКАНИЗАЦИЯ В ПРЕССАХ (ФОРМОВАЯ ВУЛКАНИЗАЦИЯ)
ДЛЯ изготовления резиновых" изделий сложной конфигурации I |М(?0КОЙ плотностью и большой точностью широко используют §ИфМоио(| способ вулканизации в прессах. При этом способе вул-1(МШвЦМм одновременно сочетают два процесса — формование ме-**?40М Компрессионного прессования (запрессовки) резиновой сме-Щ 1 (ШЩИальные пресс-формы (рис. IV.64) и последующую вулка-Н1ИИИШО под давлением. В некоторых случаях эти процессы мож-Ц Проводить раздельно.
шМНОЛНёНие пресс-формы резиновой смесью происходит под j§f}i§ и IIIH'M благодаря вязкотекучим свойствам смеси. Для улучше-Ш ни умести смесей их подогревают; резиновые смеси запрессо-(ЁЙНМТ, КАК правило, в нагретую форму. При этом следует учи-[ ЧТО В процессе прессования подвулканизация резиновой
|М HI ДФЛЖНа происходить до момента полдого растекания сме-
Гуж ййиолнеиия формы). ■ИвТрукЦИи пресс-форм (рис. IV.65) отличаются большим раз-М1И9М. Для вулканизации изделий в прессах под давлением р1Иинм формы одноместные, а для мелких изделий многомест¬
ные. Размеры форм определяют по максимальному использованию поверхности их нагрева, а для удобства обращения с ними — по массе. При выборе материала для изготовления форм необходимо учитывать требования, предъявляемые к ним по. прочности, из¬носоустойчивости, невысокой стоимости, химической стойкости, простоте обработки при наличии высокой точности, хорошей теп¬лопроводности и другим. Таким требованиям лучше всего удовлет¬воряют стали различных марок. В особо ответственных. случаях применяют легированные стали.
При конструировании форм необходимо учитывать характер формуемого материала, тепловые коэффициенты расширения и
I
■щ
1
усадки, допускаемое давление, коэффициенты трения, возникаю¬щие при растекании смеси в фор¬ме, .легкость извлечения изделий из формы.
РИС. IV.64. Охема лресооваадия при фирмовой вулканизации:
1,3 — верхняя и нижняя полуформы; 2 — заготовка.
Для изделий, не требующих больших усилий прессования, можно применять некоторые лег¬коплавкие металлы (алюминий, сплавы сурьмы и др.).
Вулканизационные «прессы в зависимости от размеров и спосо¬ба обогрева рабочих плит, давле¬ния прессования и вида привода подразделяют на гидравличес¬кие, гидромеханические и рычажно-механические с обогревом плит паром, перегретой водой под давлением или электрическим током.
Гидравлический вулканизациоиный пресс состоит из гидравлЛ ческого "цилиндра, отлитого из специального чугуна или стали, и траверс, соединенных между собой двумя или несколькими рама¬ми или круглыми колоннами. ШШ
Внутри цилиндра перемещается плунжер, на котором установ¬лен подъемный рабочий стол. Неподвижная нагревательная плита крепится на верхней траверсе, подвижная — на подъемном рабо¬чем столе. Нередко прессы оборудуют промежуточными подъемны¬ми плитами, что позволяет производить загрузку пресса в несколь¬ко этажей. Для уменьшения теплопотерь верхние и нижние нагре¬вательные плиты изолированы асбестовыми прокладками. По¬верхности нагревательных рабочих плит должны быть тщательно обработаны и строго параллельны.
На ррЬ. IV.66 показан вулканизационный пресс с индивидуаль¬ным гидроприводом.
Для получения изделий высокого качества при вулканизации в формах необходимо поддерживать постоянный режим давления в прессе и температуры на поверхности плит.
Вулканизационные гидравлические прессы оснащены контроль¬но-измерительными приборами — терморегуляторами и регулято¬рами давления.
Управление прессом осуществляется с помощью специальной коробки (дистрибутора) вручную, полуавтоматически или автома¬тически.
Автоматическое управление технологическим режимом произ¬водится специальным программным регулятором.
а
ilMft автоматического управления вулканизационным гидрав-ИНМ прессом с паровым обогревом плит представлена на У.вв, о, Выпускается большое число вулканизационных прес-|яЛИЧНОЙ конструкции с размером плит от 250X250 мм до
§000 мм с различными числом этажей, прессующим усилием |Вб(Ш обогрева плит. Значения этих параметров входят в ус-
I ОбШШачение пресса. Например, гидравлический вулкани-§11М А Четырехэтажный пресс с размером плит ,600X600 мм, с ||1М oflofpeBOiM и прессующим усилием 1,6 МН (160 тс) име-ЦМйг" миг 160—600 П4. При электрическом обогреве плит
Рис. IV.66. Вулканизационный пресс с индивидуальным гидроприводом: а — поперечный разрез:
/ — гидроагрегат; 1 2 — щит управления; 3 — нагревательные плиты; 4 — щит ог¬раждения (боковой); 5 — гидроцилиндр; 6 — дистрибутор;
б — система его автоматического управления:
6
120В
1 — пресс; 2 — термометр; 3, 12 — маномет¬ры; 4 — командный прибор; 5, 6 — лампы; 7—пусковые кнопки; 8 — занорные венти¬ли; 9 — обратный клапан; 10, И —- мемб¬ранные клапаны.
I
_.ПТГП -Jljl IIL
!l
с<3 < Сеть низкого давления - Сеть бы со наго давления В канализацию
букву П заменяют на Э. Для получения изделий высокого качесТ| ва в пресс-форму помещают заготовки резиновой смеси, выполнем ные таким образом, чтобы они не препятствовали вытеснению ном-духа из полости формы при прессовании. Масса заготовок для o6t« спечения плотного заполнения формы должна-быть да 3—6щ больше массы получаемого готового изделия. В конструкциям пресс-форм предусмотрены специальные канавки и пазы для вы¬теснения избытка резиновой смеси после заполнения полости фор¬мы. Для сложных резинотканевых и резинометаллических изделий заготовки включают текстильные элементы или металлическую арматуру. Сложные заготовки для сборных изделий, состоящих из нескольких деталей, по конфигурации должны быть близки к форме изделия. Если прессование совмещается с вулканизацией, заготовки помещают в нагретые формы, которые затем располага¬ют на нагревательных плитах^и прессуют.
Для подъема плит пресса до соприкосновения нижней и верх¬ней плоскостей пресс-формы в гидравлический цилиндр подают гидравлическую жидкость под низким давлением (2—5 МПа). Давление прессования создается и поддерживается при вулкани¬зации подачей в гидравлический цилиндр жидкости высокого дав¬ления (12—20 МПа). В качестве гидравлической жидкости чаще Всего используют воду, которая обычно поступает из централизо¬ванных гидравлических станций. В механизированных и автома¬тизированных прессах в качестве гидравлической жидкости часто Применяют масло, подаваемое в гидравлический цилиндр индиви¬дуальными масляными насосами. Давление на форму q в процес-§6 прессования и вулканизации можно определить из уравнения
ре Ц—'.давление на форму; Р — давление в (гидравлическом цилиндре; d — диа-ШЩ) плунжера иреюса; 5 — «площадь .стыка полуформ.
Для улучшения заполнения объема пресс-формы при прессовании Проводят повторные прессовки (подпрессовки), т. е. пресс слегка ВйСЮрывают, а затем снова сближают плиты. При подпрессовках и» Полости формы удаляют воздух, образовавшиеся-летучие про-ЙуКТЫ и избыток резиновой смеси, что способствует улучшению ка-Rii'Tlia изделий. Для прессов,, работающих в автоматическом ре-JNMM<\ системой управления предусмотрена двухкратная подпрес-fiiiyi. ш|
Вля облегчения растекания смеси ,в форме во время прессова-NHNi А также для предотвращения привулканизации изделия к ширме, перед закладкой заготовок внутренние поверхности пресс-фирм смазывают растворами или эмульсиями антиадгезивов (рас-ЩЩШ мыла, эмульсии силоксановых жидкостей и др.). Смазка, $ЙК правило, производится пульверизацией.
I (ЛИТЫ пресса обогреваются насыщенным водяным паром, пере-■flnft ВОДОЙ или имеют электрический обогрев. При использова¬нии насыщенного пара обеспечивается очень быстрый и равно-i(HH.ii) прогрев плит пресса и вулканизационных форм, причем »I *iIими!» точное регулирование температуры осуществляется за ШН регулирования давления пара, подаваемого в каналы плит. IjMiMiM энтальпия пара и большой коэффициент теплопередачи Шйботвуют равномерному прогреву плит на поверхности.
При паровом обогреве пресса в каналах плит образуется кон¬денсат, осаждающийся на стенках каналов в виде пленок или ка¬пель, что. ухудшает коэффициенты теплопередачи и нарушает рав¬номерность температуры на поверхности плит. Для удаления кон¬денсата каналы плит периодически продувают паром.
При подаче пара автоматически производится сепарация кон¬денсата из отработанного пара и удаление конденсата из системы, а также автоматически поддерживается ^заданная температура или давление циркулирующего пара.
К недостаткам прессов с паровым обогревом можно отнести очень низкий (около 5%) тепловой коэффициент полезного дейст¬вия пресса, снижение температуры и ухудшение равномерности обогрева плит из-за образования накипи в каналах плит, а также необходимость сильного повышения давления пара в тепловой се¬ти для проведения вулканизации при повышенных (160—220 °С)
Ш
мпературах. Обогрев плит при нагревании электрическим током производит¬ся с помощью специальных термоэлементов, расположенных в плитах; температура на плитах автоматически регулируется с точ¬ностью ±3°С терморегуляторами. При электрическом обогреве плит их легко нагреть до любой температуры. При недостаточно точной настройке термических реле температура на поверхности плит становится неодинаковой, что вызывает ухудшение качества, вулканизуемых изделий. Недостатком электрообогрева являет<зЯ относительно длительный период нагревания плит, а также не¬сколько больший, чем при паровом обогреве разброс температуры по поверхности. Резиновая смесь в процессе формовой вулканиза¬ции нагревается непосредственно от стенок формы, которые в свою очередь получают тепло от плит пресса. Благодаря высбкой теп¬лопроводности /материала форм, температура поверхности вулка¬низуемой резиновой смеси становится равной температуре формы. Выбор температуры и продолжительности вулканизации зависит от размера изделия, состава резиновой смеси и особенно от при роды полимера и вулканизующей группы.
Так как температурные коэффициенты расширения материала формы и резиновой смеси различны, размер вулканизованного ре*| зинового изделия отличается от размеров формы, причем вследст¬вие большего термического коэффициента расширения каучущ по сравнению с металлом размеры формового изделия оказываются меньше, чем объем формы. Разность размеров формы и изделия, выраженную в;-,процента$| называют степенью усадкищ. Степень усадки определяется в основном различием температурных коэф¬фициентов расширения материала формы и резиновой смеси иШем-пер ату рой вулканизации и может быть более 3%. Для приближен¬ных расчетов степень усадки S определяют по формуле, приведеет ной ниже:
S 1 AT (кфА + k2AF + kzAH)
где AT — разиоють между тшлературойвулкаииваци'и и комнатной температурой; щ k2, ks — объемные содержания компонентов резиновой смеси; АЛ — разность между коэффициентами тешового расширения каучука и материала формы; д/7 — разность между коэффициеитами теплового расширения наполнителей и материала формы; АН — разность (между коэффициентами теплового расширения растйореннысх в каучуке веществ и материала формы.
Как правило, множители IAF и АН малы и усадка зависит глав¬ным образом от содержания каучука в смеси и температуры вул¬канизации. Тепловые коэффициенты расширения различных ма¬териалов приведены ниже:
Каучуки
натуральный . . ЩЩ • • 216- 10~В
бутадиен-стирольный ЩЩ • Ш' • • 216«10~В
бутадиен-нитрильный . ; . ^^^Шв 196»10~6
Полихлоропрен • ■ • :Г1^^^^^^^Ш|: • 200-10~6
Бутилкаучук ЙЩ; . . . :Ш . . . 194-Ю"6
Наполнители ...... ft . .(5—10) «ДО*6
Сталь . 'i^^^^^S^^PK:: • 'Шшт В 1Ы0-В
Для получения изделий точных размеров при конструировании Аорм необходимо учитывать степень усадки вулканизатов.
Полученные формовой вулканизацией изделия имеют на поверх-Вости дефекты в виде заусенец и выпрессовок (облоя), появляю¬щихся в местах разъема пресс-форм в результате несоответствия Объема заготовки и полости формы и конструктивных недостатков форм. Заусенцы и выпрессовки с изделий обрезают на специаль¬ных машинах или иными способами. При конструировании прссс-форм стремятся к тому, чтобы рабочие поверхности изделий не со¬впадали с разъемами форм, т., е. чтобы выпрессовки и заусенцы не образовывались на рабочих поверхностях.
Производительность вулканизационных прессов зависит от про-■джительности вулканизации, числа пресс-форм и размещения ИХ на плите пресса, числа гнезд в пресс-форме, а также от време-И| Необходимого для перезарядки пресс-форм, при извлечении из рМХ готовых изделий и закладки новых заготовок. При интенсифи¬цированных режимах вулканизации и повышенных температурах рродолжительность перезарядки становится- основным показате¬ли, определяющим повышение производительности пресса.
Для сокращения продолжительности вспомогательных опера¬ций п облегчения условий труда процессы перезарядки пресса по Ьиможности механизируются. Формы установлены на выдвижных 1Ы1ИТ1Х, раскрытие их производится специальными гидравлически-Ми или магнитными разъемниками, а снятие изделий с сердечни-ЩЩ и надевание на них невулканизованных заготовок — пневма-♦ичщ'кими устройствами. Формы смазывают с помощью пульвери-BfnpOH. При таком оснащении прессов появляется возможность ■ЛИ»" и.и> автоматизировать процесс формовой вулканизации. ГсММКа, опудривающие материалы и мигрирующая из резины постепенно оседают на стенках формы, образуя-нагар, кото-Необходимо регулярно удалять для улучшения качества изде¬лия. Формы очищают путем обработки поверхности горячими рас¬творами едких щелочей, выжигания, пескоструйной обработки и последующей очистки жесткими щетками, обработкой ультразву¬ком.
На хромированных формах нагар обычно не образуется. Для производства резиновых изделий, выпускаемых в больших масш¬табах, применяют специальные вулканизационные аппараты.
Недостатками формовой вулканизации являются — высокая трудоемкость процесса; необходимость применения заготовок, мас¬са которых превышает массу готового изделия, а следовательно, вулканизованных отходов (выпрессовок); неравномерность вул¬канизации толстостенных изделий; необходимость дополнительной отделки изделий (обрезание заусенцев и выпрессовок). Многие из этих недостатков становится возможным устранить при изготовле¬нии резиновых изделий методом литья под давлением.
Для вулканизации плоских приводных ремней и транспортер¬ных лент применяют рамные или колонные одноэтажные и двух¬этажные прессы с плитами длиной до 15 м и шириной до 2,5 м. Для вулканизации бесконечных лент или ремней применяют рам-цые челюстные прессы с плитами размером до 1500X5000 мм. Удельное давление плит на изделие достигает 1,0—3,5 МПа.
Прессы для вулканизации ремней состоят из нескольких со¬единенных между собой секций, каждая длиной 1—1,2 м. При шЩ
■
не секции до 1,2—1,5 м в ней устанавливают по одному, а при рине 1,5—2,5 м — по два гидравлических цилиндра. На рис. IV.67 изображен рамный пресс для вулканизации дней и транспортерных лент. В состав агрегата входят: раска-точная стойка, на которую при помощи тельфера устанавливают рулон невулканизованной заготовки, вулканизационный пресс с за¬жимными и растяжными устройствами, закаточная стойка с вра¬щающимся роликом для закатки вулканизованного изделия. Для обеспечения необходимой толщины вулканизуемого изделия, пре¬дотвращения выдавливания резиновой смеси с поверхности ткани и для получения ровных кромок, между плитами пресса по краям вулканизуемого изделия укладывают металлические линейки, оп¬ределяющие толщину вулканизуемого изделия.
При подготовке и вулканизации ремней и транспортерных лент проводят следующие операции: 1) протягивание ремня с раска-точной стойки в пресс на длину, несколько меньшую, чем длина Плиты пресса (на 200—400 мм), 2) зажим обоих концов вулкани-шуемой части заготовки головками, 3) предварительную растяжку i ^вулканизованного участка заготовки (на 6—8%) для равномер-. Ного натяжения всех слоев ткани, 4) зажим растянутой заготовки И ее прессование между плитами пресса, 5) освобождение зажим-IMMX головок и растяжного устройства, 6) вулканизацию заготовки, 7) снятие гидравлического давления и закатку вулканизованного I участка в рулон на закаточной стойке. При этом невулканизован-||1 заготовка протягивается на плиту пресса и далее все опера-['ЦИИ повторяются. Таким образом, процесс вулканизации ремней . I транспортерных лент в прессах является периодическим. Все f? 1ХИ0Л0гические процессы при подготовке и вулканизации ремней I транспортерных лент механизированы, управление прессами Ивуществляется автоматически
Вулканизацию резиновых изделий в паровой, воздушной или в паро-воздушной средах обычно проводят в котлах под давлени¬ем. В некоторых случаях вулканизацию в котлах осуществляют в горячей (перегретой) воде, в среде азота или других газов. Наи¬большее распространение получил способ вулканизации в паровой среде, как более дешевый и безопасный, при котором можно срав¬нительно легко управлять процессом.
Вулканизационные котлы различают по размерам (диаметру и длине), расположению главной оси (горизонтальные и вертикаль¬ные), конструкции стенок (одностенные и двухстенные), типу за¬твора крышки (с болтовым и байонетным, т. е. быстродействую¬щим затвором) и способу обогрева (с паровой рубашкой, змееви¬ком, нагревательными секциями — электрообогревом, или с прину¬дительной циркуляцией теплоносителя). Котлы (рис. IV.62) снаб- ; жены арматурой (вентилями для ввода и вывода пара, воды и воз¬духа, предохранительными и обратными клапанами), контрольно-измерительными приборами (манометрами, термометрами, расхо¬домерами), автоматическими регуляторами давления, температу- J ры и продолжительности процесса по времени (командоаппараты), а также различными вспомогательными устройствами (рельсами, опорами и другими). Шр
Схема автоматического регулирования процессом вулканиза-] ции в котле с рубашкой приведена на рис. IV.63. Режимом вулюи лшзации во времени управляют с помощью программного" регу*Я лятора 9. Регулятор 7. поддерживает заданное давление внутри котла, а регулятор 8 — необходимую температуру в паровой ру¬башке. Сдвоенный регулятор температуры 6 предназначен для йй» тематического управления удалением конденсата из котла И 111*1 ровой рубашки. Температуру внутри котла измеряют термометрОМ| \
Вулканизационные котлы выпускают на внутреннее давлении 0,6 и 1,2:5 МП а с внутренним диаметром от 800 до 3600 мм и длн
ой до 22 м. Процесс вулканизации в котлах является периодиче¬ским и в тепловом отношении нестационарным. Обычно он включа¬ет несколько последовательных операций: загрузку аппарата и за¬крытие крышки; повышение давления и температуры в котле (мо¬нотонное или v ступенчатое); выдержку резиновых ft изделий при постоянной температуре; снижение давления в котле; открытие крышки и разгрузку аппарата. В некоторых случаях изделия ох-
К 3 — предохранительные клапаны; 2 —манометр для измерения давления в котле; 4 — ма¬нометр для измерения давления в рубашке; 5 — самопишущий термометр для измерения температур в котле; 5 — сдвоенный регулятор темпеЩТуры; 7 — регулятор давления в кот¬ле; 8—* регулятор температуры в паровой рубашке; 9 — программный регулятор; 10 г-? сии$ лизация.
лаждают в котлах (до выгрузки;, максимальная скорость вулка-низации изделий в котлах достигается в среде насыщенного/водя¬ного пара при давлении 0,3—0,5 МПа. Щт
Вулканизационные котлы как аппараты, работающие под дав¬лением, находятся под строгим наблюдением Государственной тех¬нической инспекции Котлонадзора, которая регистрирует аппара¬ты, выдает разрешение на их установку и осуществляет контроль за эксплуатацией.
Вулканизация в паровой среде. После закрытия крышки (внутрь котла подают пар. Пар подводят в котел через специальные тру¬бы, расположенные в верхней зоне аппарата и имеющие один илй| два ряда отверстий вверху для выхода пара. Чтобы паровой кон¬денсат, случайно образовавшийся (например, при вводе пара в котел), не разбрызгивался, к концам паровых труб присоединяют трубки, под-которыми устанавливают желоба для защиты издв»;
лий от конденсата. Внутренний объем котла при его разгрузке и загрузке (перезарядка аппарата) заполнен воздухом. Перед вул¬канизацией воздух из котла удаляют, так как при смешении па¬ра с воздухом давление в котле повышается, а следовательно, из¬меняется температура насыщенного пара и давление в котле. Кро¬ме того, при наличии в котле воздуха увеличивается вероятность образования конденсата. В начальный период вулканизации кон¬денсация паров может происходить на поверхности сравнительно холодных невулканизованных изделий. При этом влага проникает Внутрь резины, способствуя образованию в изделии пор, вздутий и расслоений. Для уменьшения конденсации напуск пара произво¬дят постепенно. Воздух удаляют через патрубок, расположенный В низшей части котла, так как плотность воздуха больше плотно-гсти пара и при напуске пара сверху воздух движется вниз. Для Устранения возможности появления зон застоя воздуха котел про¬дувают паром.
Уменьшить конденсацию пара также можно при использовании |улканизационных котлов с паровой рубашкой. Конденсат содер¬жит сернистые соединения, поэтому его экономически не целесооб¬разно применять вторично. В некоторых случаях внутри одностен-ного котла устанавливают нагревательные змеевики, что значи¬тельно снижает образование конденсата.
При вулканизации в паровой среде при 130—150°С напуск па¬ри обычно происходит в течение 15 мин, спуск его — постепенно ■Обычно до 10 мин).
Вулканизация изделий открытым способом. Шприцеванные и Некоторые конфекционные изделия, обладающие достаточной кар-рЯСНОСТЬю и не изменяющие свою форму в начальный период на-|*|м»м/1ИИЯ, когда процесс структурирования еще не начался, вулка-ИИВукэт открытым способом. По этому способу можно вулканизо-pITfe изделия сложной конфигурации, собранные на колодках, фор-МйХ ИДИ других основаниях (перчатки, клееную нелакированную #буи1», рукава и другие изделия).
Вулканизация изделий в тальке. Для сохранения формы"изде-ЙМЯ| Деформирующиеся в начальный период вулканизййии цод 1РЙСТ1ИСМ собственной тяжести (тонкостенные трубки), вулканн¬ый)? HI противнях в слое талька. Обычно противнвдзакрывают Циклическими крышками. Чтобы давление в котле ив против-§ШЮ одинаковым, в крышках или в противнях делают отвер-TiK как конденсат, образовавшийся,во время вулканизации, |И1 ЛиШйгтся тальком, резина практически никогда не соприкаса-MftH t ЦЛ8Г0Й. Я
Иулилиизация изделий, закатанных в ткань. При контакте из-IIИ и v шлагой возможно изменение их цвета, появление пятен и jlltiiMHiie пор. Некоторые изделия перед вулканизацией обма-ЩШ1 Полосами ткани, в редких случаях — прорезиненной тканью ЁЙЙМ0 тонкой резиновой пластиной (викелевка). Обмотка из-|||И ПрОИЯОДИТСЯ с целью защиты их от непосредственного дей¬с'твия пара и главным образом предотвращения изменения формы изделия в начальный период вулканизации, когда резиновая смесь
Ш
ачинает размягчаться при нагревании. Кроме того, при обмотке зделие уплотняется. При вулканизации некоторых рукавов и трубок, надетых на ме¬таллические дорны, сырые заготовки обматывают снаружи мокры¬ми полосами ткани. В процессе вулканизации ткань усаживается, ^что способствует улучшению формования.
Пластины для офсетного способа печатания складывают лице¬выми сторонами, наматывают на барабан, обмотанный тканью, снаружи закатывают в/другой кусок ткани и обертывают резиновой пластиной. Резиновая пластина предназначена для защиты вул¬канизуемых изделий, от влаги, поэтому ее закрепляют Особенно плотно и тщательно по краям. Подобным способом обматывают и некоторые прорезиненные ткани, вулканизуемые на барабанах.
Вулканизация в воздушной среде. В воздушной среде изделия можно вулканизовать при повышенном давлении и низкой темпе¬ратуре, и при низком давлении и высокой температуре, так как температура воздуха не связана с его давлением. Применение го¬рячего воздуха в качестве вулканизационной среды или теплоно¬сителя ограничено, так как кислород воздуха при высокой темпе¬ратуре активно взаимодействует с каучуками, входящими в состав резиновых смесей, что ухудшает механические свойства вулкани-затов. Поэтому в воздушной среде изделия при непосредственном их контакте с воздухом следует вулканизовать при температуЯ 130—132 °С. Воздух обладает очень плохими теплофизическими свойствами. Вулканизация в воздушной среде очень длительна, что существенно снижает производительность оборудования. Для улуч¬шения теплопередачи необходима интенсивная циркуляция воз¬душной среды. В воздушной среде с трудом достигается равномер¬ное распределение температуры.
В воздушной среде вулканизуют такие изделия, на свойства ко¬торых отрицательно сказывается действие насыщенного пара и об¬разовавшегося при вулканизации в паровой среде конденсата. Обычно в среде воздуха вулканизуют цветные резиновые изделия, изделия с ворсовой тканью и некоторые другие.
Для проведения нормальной вулканизации в воздушной среде желательно применять активные ускорители, особенно выделяки щие серу (тиурам, полисульфиды или смесь тиурама с производ¬ными тиазолов). Более эффективно использовать свинцовые и цин¬ковые соли дитиокарбаминовых кислот. Вулканизацию в среде го¬рячего воздуха без давления проводят в различных термостатах, туннельных вулканизаторах и других аппаратах. Термостаты ши¬роко применяют для второй стадии вулканизации изделий на ос¬нове силоксанового и фторкаучуков при температуре воздушной среды 200—250 °С.
Паро-воздушная вулканизация. Для некоторых изделий контакт с парком недопустим только в начале вулканизации. Например, ла| кированную обувь для предотвращения потускнения лака, которое может произойти при воздействии пара на лаковую пленку, при¬ходится вулканизовать в воздушной среде. Однако на получение устойчивой к действию пара лаковой пленки (температура возду¬ха в котле 100—125 °С) затрачивается 'Меньше времени, чем на Проведение всего процесса вулканизации. Учитывая сказанное вы-|ще, начали применять комбинированный способ вулканизации — .Сначала в воздушной среде, затем в паровой. После загрузки ла¬кированной обуви, которую обычно размещают на специальных ша^онетках, в котел начинают напускать (обычно Щв течение 10 мин) воздух, подогретый до 120 °С, до тех пор, пока давление И котле не поднимется до 0,25 МПа. При давлении воздуха ; 0,25 МПа и температуре около 125 °С, поддерживаемой с помощью имеевиков, изделия вулканизуют в течение 30—35 мин до образо-Цвния на их поверхности блестящей лаковой пленки. Затем в ко-Т§л в течение 15—20 мин начинают напускать пар, и когда давле¬ние в нем достигает 0,3 МПа, вулканизация изделий будет прохо¬дить в паро-воздушной среде при интенсивной циркуляции в тече-НИ© 15—20 мин. Избыточное давление из котла сбрасывают Приблизительно 15 мин, после чего котел разгружают. Общий цикл вулканизации лакированной обуви длится 85-—100 мин.
В паро-воздушной среде кроме лакированной обуви можно вул-ЙМНИЗОвать также цветные тонкостенные изделия. Общий цикл Вулканизации, длительность и условия проведения каждой стадии Й|ШЦ©ССа зависят от вида изделия, состава резиновой смеси, кон¬струкции котла и некоторых других факторов.
ВУЛКАНИЗАЦИЯ В ПРЕССАХ (ФОРМОВАЯ ВУЛКАНИЗАЦИЯ)
ДЛЯ изготовления резиновых" изделий сложной конфигурации I |М(?0КОЙ плотностью и большой точностью широко используют §ИфМоио(| способ вулканизации в прессах. При этом способе вул-1(МШвЦМм одновременно сочетают два процесса — формование ме-**?40М Компрессионного прессования (запрессовки) резиновой сме-Щ 1 (ШЩИальные пресс-формы (рис. IV.64) и последующую вулка-Н1ИИИШО под давлением. В некоторых случаях эти процессы мож-Ц Проводить раздельно.
шМНОЛНёНие пресс-формы резиновой смесью происходит под j§f}i§ и IIIH'M благодаря вязкотекучим свойствам смеси. Для улучше-Ш ни умести смесей их подогревают; резиновые смеси запрессо-(ЁЙНМТ, КАК правило, в нагретую форму. При этом следует учи-[ ЧТО В процессе прессования подвулканизация резиновой
|М HI ДФЛЖНа происходить до момента полдого растекания сме-
Гуж ййиолнеиия формы). ■ИвТрукЦИи пресс-форм (рис. IV.65) отличаются большим раз-М1И9М. Для вулканизации изделий в прессах под давлением р1Иинм формы одноместные, а для мелких изделий многомест¬
ные. Размеры форм определяют по максимальному использованию поверхности их нагрева, а для удобства обращения с ними — по массе. При выборе материала для изготовления форм необходимо учитывать требования, предъявляемые к ним по. прочности, из¬носоустойчивости, невысокой стоимости, химической стойкости, простоте обработки при наличии высокой точности, хорошей теп¬лопроводности и другим. Таким требованиям лучше всего удовлет¬воряют стали различных марок. В особо ответственных. случаях применяют легированные стали.
При конструировании форм необходимо учитывать характер формуемого материала, тепловые коэффициенты расширения и
I
■щ
1
усадки, допускаемое давление, коэффициенты трения, возникаю¬щие при растекании смеси в фор¬ме, .легкость извлечения изделий из формы.
РИС. IV.64. Охема лресооваадия при фирмовой вулканизации:
1,3 — верхняя и нижняя полуформы; 2 — заготовка.
Для изделий, не требующих больших усилий прессования, можно применять некоторые лег¬коплавкие металлы (алюминий, сплавы сурьмы и др.).
Вулканизационные «прессы в зависимости от размеров и спосо¬ба обогрева рабочих плит, давле¬ния прессования и вида привода подразделяют на гидравличес¬кие, гидромеханические и рычажно-механические с обогревом плит паром, перегретой водой под давлением или электрическим током.
Гидравлический вулканизациоиный пресс состоит из гидравлЛ ческого "цилиндра, отлитого из специального чугуна или стали, и траверс, соединенных между собой двумя или несколькими рама¬ми или круглыми колоннами. ШШ
Внутри цилиндра перемещается плунжер, на котором установ¬лен подъемный рабочий стол. Неподвижная нагревательная плита крепится на верхней траверсе, подвижная — на подъемном рабо¬чем столе. Нередко прессы оборудуют промежуточными подъемны¬ми плитами, что позволяет производить загрузку пресса в несколь¬ко этажей. Для уменьшения теплопотерь верхние и нижние нагре¬вательные плиты изолированы асбестовыми прокладками. По¬верхности нагревательных рабочих плит должны быть тщательно обработаны и строго параллельны.
На ррЬ. IV.66 показан вулканизационный пресс с индивидуаль¬ным гидроприводом.
Для получения изделий высокого качества при вулканизации в формах необходимо поддерживать постоянный режим давления в прессе и температуры на поверхности плит.
Вулканизационные гидравлические прессы оснащены контроль¬но-измерительными приборами — терморегуляторами и регулято¬рами давления.
Управление прессом осуществляется с помощью специальной коробки (дистрибутора) вручную, полуавтоматически или автома¬тически.
Автоматическое управление технологическим режимом произ¬водится специальным программным регулятором.
а
ilMft автоматического управления вулканизационным гидрав-ИНМ прессом с паровым обогревом плит представлена на У.вв, о, Выпускается большое число вулканизационных прес-|яЛИЧНОЙ конструкции с размером плит от 250X250 мм до
§000 мм с различными числом этажей, прессующим усилием |Вб(Ш обогрева плит. Значения этих параметров входят в ус-
I ОбШШачение пресса. Например, гидравлический вулкани-§11М А Четырехэтажный пресс с размером плит ,600X600 мм, с ||1М oflofpeBOiM и прессующим усилием 1,6 МН (160 тс) име-ЦМйг" миг 160—600 П4. При электрическом обогреве плит
Рис. IV.66. Вулканизационный пресс с индивидуальным гидроприводом: а — поперечный разрез:
/ — гидроагрегат; 1 2 — щит управления; 3 — нагревательные плиты; 4 — щит ог¬раждения (боковой); 5 — гидроцилиндр; 6 — дистрибутор;
б — система его автоматического управления:
6
120В
1 — пресс; 2 — термометр; 3, 12 — маномет¬ры; 4 — командный прибор; 5, 6 — лампы; 7—пусковые кнопки; 8 — занорные венти¬ли; 9 — обратный клапан; 10, И —- мемб¬ранные клапаны.
I
_.ПТГП -Jljl IIL
!l
с<3 < Сеть низкого давления - Сеть бы со наго давления В канализацию
букву П заменяют на Э. Для получения изделий высокого качесТ| ва в пресс-форму помещают заготовки резиновой смеси, выполнем ные таким образом, чтобы они не препятствовали вытеснению ном-духа из полости формы при прессовании. Масса заготовок для o6t« спечения плотного заполнения формы должна-быть да 3—6щ больше массы получаемого готового изделия. В конструкциям пресс-форм предусмотрены специальные канавки и пазы для вы¬теснения избытка резиновой смеси после заполнения полости фор¬мы. Для сложных резинотканевых и резинометаллических изделий заготовки включают текстильные элементы или металлическую арматуру. Сложные заготовки для сборных изделий, состоящих из нескольких деталей, по конфигурации должны быть близки к форме изделия. Если прессование совмещается с вулканизацией, заготовки помещают в нагретые формы, которые затем располага¬ют на нагревательных плитах^и прессуют.
Для подъема плит пресса до соприкосновения нижней и верх¬ней плоскостей пресс-формы в гидравлический цилиндр подают гидравлическую жидкость под низким давлением (2—5 МПа). Давление прессования создается и поддерживается при вулкани¬зации подачей в гидравлический цилиндр жидкости высокого дав¬ления (12—20 МПа). В качестве гидравлической жидкости чаще Всего используют воду, которая обычно поступает из централизо¬ванных гидравлических станций. В механизированных и автома¬тизированных прессах в качестве гидравлической жидкости часто Применяют масло, подаваемое в гидравлический цилиндр индиви¬дуальными масляными насосами. Давление на форму q в процес-§6 прессования и вулканизации можно определить из уравнения
ре Ц—'.давление на форму; Р — давление в (гидравлическом цилиндре; d — диа-ШЩ) плунжера иреюса; 5 — «площадь .стыка полуформ.
Для улучшения заполнения объема пресс-формы при прессовании Проводят повторные прессовки (подпрессовки), т. е. пресс слегка ВйСЮрывают, а затем снова сближают плиты. При подпрессовках и» Полости формы удаляют воздух, образовавшиеся-летучие про-ЙуКТЫ и избыток резиновой смеси, что способствует улучшению ка-Rii'Tlia изделий. Для прессов,, работающих в автоматическом ре-JNMM<\ системой управления предусмотрена двухкратная подпрес-fiiiyi. ш|
Вля облегчения растекания смеси ,в форме во время прессова-NHNi А также для предотвращения привулканизации изделия к ширме, перед закладкой заготовок внутренние поверхности пресс-фирм смазывают растворами или эмульсиями антиадгезивов (рас-ЩЩШ мыла, эмульсии силоксановых жидкостей и др.). Смазка, $ЙК правило, производится пульверизацией.
I (ЛИТЫ пресса обогреваются насыщенным водяным паром, пере-■flnft ВОДОЙ или имеют электрический обогрев. При использова¬нии насыщенного пара обеспечивается очень быстрый и равно-i(HH.ii) прогрев плит пресса и вулканизационных форм, причем »I *iIими!» точное регулирование температуры осуществляется за ШН регулирования давления пара, подаваемого в каналы плит. IjMiMiM энтальпия пара и большой коэффициент теплопередачи Шйботвуют равномерному прогреву плит на поверхности.
При паровом обогреве пресса в каналах плит образуется кон¬денсат, осаждающийся на стенках каналов в виде пленок или ка¬пель, что. ухудшает коэффициенты теплопередачи и нарушает рав¬номерность температуры на поверхности плит. Для удаления кон¬денсата каналы плит периодически продувают паром.
При подаче пара автоматически производится сепарация кон¬денсата из отработанного пара и удаление конденсата из системы, а также автоматически поддерживается ^заданная температура или давление циркулирующего пара.
К недостаткам прессов с паровым обогревом можно отнести очень низкий (около 5%) тепловой коэффициент полезного дейст¬вия пресса, снижение температуры и ухудшение равномерности обогрева плит из-за образования накипи в каналах плит, а также необходимость сильного повышения давления пара в тепловой се¬ти для проведения вулканизации при повышенных (160—220 °С)
Ш
мпературах. Обогрев плит при нагревании электрическим током производит¬ся с помощью специальных термоэлементов, расположенных в плитах; температура на плитах автоматически регулируется с точ¬ностью ±3°С терморегуляторами. При электрическом обогреве плит их легко нагреть до любой температуры. При недостаточно точной настройке термических реле температура на поверхности плит становится неодинаковой, что вызывает ухудшение качества, вулканизуемых изделий. Недостатком электрообогрева являет<зЯ относительно длительный период нагревания плит, а также не¬сколько больший, чем при паровом обогреве разброс температуры по поверхности. Резиновая смесь в процессе формовой вулканиза¬ции нагревается непосредственно от стенок формы, которые в свою очередь получают тепло от плит пресса. Благодаря высбкой теп¬лопроводности /материала форм, температура поверхности вулка¬низуемой резиновой смеси становится равной температуре формы. Выбор температуры и продолжительности вулканизации зависит от размера изделия, состава резиновой смеси и особенно от при роды полимера и вулканизующей группы.
Так как температурные коэффициенты расширения материала формы и резиновой смеси различны, размер вулканизованного ре*| зинового изделия отличается от размеров формы, причем вследст¬вие большего термического коэффициента расширения каучущ по сравнению с металлом размеры формового изделия оказываются меньше, чем объем формы. Разность размеров формы и изделия, выраженную в;-,процента$| называют степенью усадкищ. Степень усадки определяется в основном различием температурных коэф¬фициентов расширения материала формы и резиновой смеси иШем-пер ату рой вулканизации и может быть более 3%. Для приближен¬ных расчетов степень усадки S определяют по формуле, приведеет ной ниже:
S 1 AT (кфА + k2AF + kzAH)
где AT — разиоють между тшлературойвулкаииваци'и и комнатной температурой; щ k2, ks — объемные содержания компонентов резиновой смеси; АЛ — разность между коэффициентами тешового расширения каучука и материала формы; д/7 — разность между коэффициеитами теплового расширения наполнителей и материала формы; АН — разность (между коэффициентами теплового расширения растйореннысх в каучуке веществ и материала формы.
Как правило, множители IAF и АН малы и усадка зависит глав¬ным образом от содержания каучука в смеси и температуры вул¬канизации. Тепловые коэффициенты расширения различных ма¬териалов приведены ниже:
Каучуки
натуральный . . ЩЩ • • 216- 10~В
бутадиен-стирольный ЩЩ • Ш' • • 216«10~В
бутадиен-нитрильный . ; . ^^^Шв 196»10~6
Полихлоропрен • ■ • :Г1^^^^^^^Ш|: • 200-10~6
Бутилкаучук ЙЩ; . . . :Ш . . . 194-Ю"6
Наполнители ...... ft . .(5—10) «ДО*6
Сталь . 'i^^^^^S^^PK:: • 'Шшт В 1Ы0-В
Для получения изделий точных размеров при конструировании Аорм необходимо учитывать степень усадки вулканизатов.
Полученные формовой вулканизацией изделия имеют на поверх-Вости дефекты в виде заусенец и выпрессовок (облоя), появляю¬щихся в местах разъема пресс-форм в результате несоответствия Объема заготовки и полости формы и конструктивных недостатков форм. Заусенцы и выпрессовки с изделий обрезают на специаль¬ных машинах или иными способами. При конструировании прссс-форм стремятся к тому, чтобы рабочие поверхности изделий не со¬впадали с разъемами форм, т., е. чтобы выпрессовки и заусенцы не образовывались на рабочих поверхностях.
Производительность вулканизационных прессов зависит от про-■джительности вулканизации, числа пресс-форм и размещения ИХ на плите пресса, числа гнезд в пресс-форме, а также от време-И| Необходимого для перезарядки пресс-форм, при извлечении из рМХ готовых изделий и закладки новых заготовок. При интенсифи¬цированных режимах вулканизации и повышенных температурах рродолжительность перезарядки становится- основным показате¬ли, определяющим повышение производительности пресса.
Для сокращения продолжительности вспомогательных опера¬ций п облегчения условий труда процессы перезарядки пресса по Ьиможности механизируются. Формы установлены на выдвижных 1Ы1ИТ1Х, раскрытие их производится специальными гидравлически-Ми или магнитными разъемниками, а снятие изделий с сердечни-ЩЩ и надевание на них невулканизованных заготовок — пневма-♦ичщ'кими устройствами. Формы смазывают с помощью пульвери-BfnpOH. При таком оснащении прессов появляется возможность ■ЛИ»" и.и> автоматизировать процесс формовой вулканизации. ГсММКа, опудривающие материалы и мигрирующая из резины постепенно оседают на стенках формы, образуя-нагар, кото-Необходимо регулярно удалять для улучшения качества изде¬лия. Формы очищают путем обработки поверхности горячими рас¬творами едких щелочей, выжигания, пескоструйной обработки и последующей очистки жесткими щетками, обработкой ультразву¬ком.
На хромированных формах нагар обычно не образуется. Для производства резиновых изделий, выпускаемых в больших масш¬табах, применяют специальные вулканизационные аппараты.
Недостатками формовой вулканизации являются — высокая трудоемкость процесса; необходимость применения заготовок, мас¬са которых превышает массу готового изделия, а следовательно, вулканизованных отходов (выпрессовок); неравномерность вул¬канизации толстостенных изделий; необходимость дополнительной отделки изделий (обрезание заусенцев и выпрессовок). Многие из этих недостатков становится возможным устранить при изготовле¬нии резиновых изделий методом литья под давлением.
Для вулканизации плоских приводных ремней и транспортер¬ных лент применяют рамные или колонные одноэтажные и двух¬этажные прессы с плитами длиной до 15 м и шириной до 2,5 м. Для вулканизации бесконечных лент или ремней применяют рам-цые челюстные прессы с плитами размером до 1500X5000 мм. Удельное давление плит на изделие достигает 1,0—3,5 МПа.
Прессы для вулканизации ремней состоят из нескольких со¬единенных между собой секций, каждая длиной 1—1,2 м. При шЩ
■
не секции до 1,2—1,5 м в ней устанавливают по одному, а при рине 1,5—2,5 м — по два гидравлических цилиндра. На рис. IV.67 изображен рамный пресс для вулканизации дней и транспортерных лент. В состав агрегата входят: раска-точная стойка, на которую при помощи тельфера устанавливают рулон невулканизованной заготовки, вулканизационный пресс с за¬жимными и растяжными устройствами, закаточная стойка с вра¬щающимся роликом для закатки вулканизованного изделия. Для обеспечения необходимой толщины вулканизуемого изделия, пре¬дотвращения выдавливания резиновой смеси с поверхности ткани и для получения ровных кромок, между плитами пресса по краям вулканизуемого изделия укладывают металлические линейки, оп¬ределяющие толщину вулканизуемого изделия.
При подготовке и вулканизации ремней и транспортерных лент проводят следующие операции: 1) протягивание ремня с раска-точной стойки в пресс на длину, несколько меньшую, чем длина Плиты пресса (на 200—400 мм), 2) зажим обоих концов вулкани-шуемой части заготовки головками, 3) предварительную растяжку i ^вулканизованного участка заготовки (на 6—8%) для равномер-. Ного натяжения всех слоев ткани, 4) зажим растянутой заготовки И ее прессование между плитами пресса, 5) освобождение зажим-IMMX головок и растяжного устройства, 6) вулканизацию заготовки, 7) снятие гидравлического давления и закатку вулканизованного I участка в рулон на закаточной стойке. При этом невулканизован-||1 заготовка протягивается на плиту пресса и далее все опера-['ЦИИ повторяются. Таким образом, процесс вулканизации ремней . I транспортерных лент в прессах является периодическим. Все f? 1ХИ0Л0гические процессы при подготовке и вулканизации ремней I транспортерных лент механизированы, управление прессами Ивуществляется автоматически
ВЫБОР РЕЖИМА ВУЛКАНИЗАЦИИ
ВЫБОР РЕЖИМА ВУЛКАНИЗАЦИИ
При выборе режима вулканизации следует учитывать влияние основных технологических факторов на этот процесс, т. е. свойств среды, температуры и давления. НВ
Среда вулканизации. Резиновые изделия вулканизуют в метая лических формах или непосредственно в среде теплоносителя. При выборе теплоносителей необходимо знать не только их теплофи¬зические свойства, но й влияние на свойства резиновых „изделий при контакте с ними.
Так, при вулканизации в среде горячего воздуха кислород вы¬зывает окисление резин, что значительно ухудшает их свойства. При вулканизации в среде насыщенного водяного пара, вслшетвие конденсации паров на поверхности изделия, изменяются жловия теплоотдачи, а, следовательно, происходит неравномерная вулка¬низация изделия.
При выборе вулканизационной среды также учитывают вид из¬делия, состав резиновой смеси, применяемое оборудование, осо¬бенности ведения процесса и другие факторы.
Температура. Большинство изделий вулканизует при темпе-1 ратуре 140— 170°С, а в некоторых случаях —при 190—200°С.
При использовании высоких температур появляется возмож¬ность сократить продолжительность вулканизации изделий и, сле¬довательно, повысить производительность оборудования. Однако для толстостенных изделий при повышении температуры следует учитывать возможность перевулканизации изделий с поверхности, а также неравномерность их вулканизации по толщине.
При интенсификации процессов вулканизации следует помнить, что иногда при повышении температуры ухудшаются свойства (ка-IfiCTBo) резин. Так, для резин на основе натурального, и изопрено-ИОГО каучуков при температурах вулканизации выше 140 °С ха¬рактерно резкое ухудшение механических свойств. При увеличе¬нии температуры вулканизации резинотканевых изделий наблюл ШШйП ухудшение качества прорезиненной ткани, а также снижение гЩрочиости ее связи с резиной.
Давление. Вулканизацию резиновых технических изделий мож-ип Проводить под избыточным давлением и без давления. Боль* ИМИСТВО резиновых изделий вулканизуют под давлением. При этой: нррШаются внешний вид и физико-механические свойства вулка-HtiilTOB, а главным образом исключается их пористость, которая #1ЛЯ§ТСЯ причиной преждевременного разрушения изделий во вре¬мя МШдуатации. в]
При нагревании в резиновой смеси возникает внутреннее дав-JjfHtHtA, обусловленное испарением влаги и выделением газообраз-щШ ИЩбств, образующихся при распаде ускорителей (особенно г^мр|у§корителей) или при взаимодействии кислот с угл|кислы-(fif ЩМШ с образованием летучих веществ "(углекислоты из мела НМ ИЧШХИСЛой магнезии в присутствии стеариновой и других кис-jjjt^f I Т1КЖе десорбцией абсорбированного и механически погло-ШРННИРО Воздуха. Для получения высококачественных изделий ре-MH^HMi смеси необходимо вулканизовать под давлением, прёвы-HlMttiM Внутреннее давление в резиновой смеси. ^^^^Я
ЩМ ТОГО чтобы предотвратить появление пористости, в рези-§§М| в1И6И вводят водо- и газопоглощающие вещества (гипс и ИИ М1ЛЬЦИЯ), которые поглощают содержащуюся в смеси вла-достаточно стойкие химические соединения. Существен-Ш1ИШ1НИ§ порообразования наблюдается при предваритель-РШУУМйрОваоти резиновых смесей в процессе формования
При выборе режима вулканизации следует учитывать влияние основных технологических факторов на этот процесс, т. е. свойств среды, температуры и давления. НВ
Среда вулканизации. Резиновые изделия вулканизуют в метая лических формах или непосредственно в среде теплоносителя. При выборе теплоносителей необходимо знать не только их теплофи¬зические свойства, но й влияние на свойства резиновых „изделий при контакте с ними.
Так, при вулканизации в среде горячего воздуха кислород вы¬зывает окисление резин, что значительно ухудшает их свойства. При вулканизации в среде насыщенного водяного пара, вслшетвие конденсации паров на поверхности изделия, изменяются жловия теплоотдачи, а, следовательно, происходит неравномерная вулка¬низация изделия.
При выборе вулканизационной среды также учитывают вид из¬делия, состав резиновой смеси, применяемое оборудование, осо¬бенности ведения процесса и другие факторы.
Температура. Большинство изделий вулканизует при темпе-1 ратуре 140— 170°С, а в некоторых случаях —при 190—200°С.
При использовании высоких температур появляется возмож¬ность сократить продолжительность вулканизации изделий и, сле¬довательно, повысить производительность оборудования. Однако для толстостенных изделий при повышении температуры следует учитывать возможность перевулканизации изделий с поверхности, а также неравномерность их вулканизации по толщине.
При интенсификации процессов вулканизации следует помнить, что иногда при повышении температуры ухудшаются свойства (ка-IfiCTBo) резин. Так, для резин на основе натурального, и изопрено-ИОГО каучуков при температурах вулканизации выше 140 °С ха¬рактерно резкое ухудшение механических свойств. При увеличе¬нии температуры вулканизации резинотканевых изделий наблюл ШШйП ухудшение качества прорезиненной ткани, а также снижение гЩрочиости ее связи с резиной.
Давление. Вулканизацию резиновых технических изделий мож-ип Проводить под избыточным давлением и без давления. Боль* ИМИСТВО резиновых изделий вулканизуют под давлением. При этой: нррШаются внешний вид и физико-механические свойства вулка-HtiilTOB, а главным образом исключается их пористость, которая #1ЛЯ§ТСЯ причиной преждевременного разрушения изделий во вре¬мя МШдуатации. в]
При нагревании в резиновой смеси возникает внутреннее дав-JjfHtHtA, обусловленное испарением влаги и выделением газообраз-щШ ИЩбств, образующихся при распаде ускорителей (особенно г^мр|у§корителей) или при взаимодействии кислот с угл|кислы-(fif ЩМШ с образованием летучих веществ "(углекислоты из мела НМ ИЧШХИСЛой магнезии в присутствии стеариновой и других кис-jjjt^f I Т1КЖе десорбцией абсорбированного и механически погло-ШРННИРО Воздуха. Для получения высококачественных изделий ре-MH^HMi смеси необходимо вулканизовать под давлением, прёвы-HlMttiM Внутреннее давление в резиновой смеси. ^^^^Я
ЩМ ТОГО чтобы предотвратить появление пористости, в рези-§§М| в1И6И вводят водо- и газопоглощающие вещества (гипс и ИИ М1ЛЬЦИЯ), которые поглощают содержащуюся в смеси вла-достаточно стойкие химические соединения. Существен-Ш1ИШ1НИ§ порообразования наблюдается при предваритель-РШУУМйрОваоти резиновых смесей в процессе формования
ВУЛКАНИЗАЦИЯ ТОЛСТОСТЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ
ВУЛКАНИЗАЦИЯ ТОЛСТОСТЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Вулканизация толстостенных изделий протекает при перемен-И0Й температуре, при этом чем больше их толщина, тем больше Продолжительность нагревания. Степень вулканизации резины при П§р©МШ10Й температуре обычно оценивают по эквивалентному мргмиш вулканизации (тЭкв)—условной продолжительности вул-КйМИЗвЦИИ при постоянной температуре t9KB— которое необходимо IfltpfiTHTb, чтобы получить резины, с такими же свойствами в ус¬ловиях переменных температур реального процесса вулканизации. Эквивалентное время вулканизации можно рассчитать, если изве-if§H температурный коэффициент вулканизации К ц изменение 'Температуры t в течение всего процесса т, включающего нагрева-мнг резиновых смесей и охлаждение вулканизатов
Эквивалентное время вулканизации рассчитывают методами гра-
фического интегрирования. Режим вулканизации толстостенных
изделий выбирают таким, чтобы эквивалентное время вулканиза-
ции различных частей вулканизуемого изделия совпадало с време-
нем оптимума вулканизации резиновой смеси при постоянной тем-
пературе Тэкв-/Я Н И
Обычно продолжительность вулканизации толстостенных изде¬лий определяют с помощью специальных номограмм или реомет¬ров и вулкаметров с программным изменением температуры в со-
Ш
в^тствий с ее изменением в реальной точке вулканизуемого из-При вулканизации температуры на поверхности и в центре тол¬стостенных изделий неодинаковы. Если продолжительность про¬цесса будет определяться условиями, необходимыми для обеспе¬чения заданной степени структурирования в центре изделия, то по¬верхностные слои, особенно при эффективной теплопередаче, окШ жутся сильно перевулканизованными. Перевулканизация изделий с поверхности тем больше, чем выше температура вулканизации и чем больше толщина изделия, так как скорость прогревания из¬делий незначительно увеличивается с повышением температуры теплоносителя, а скорость вулканизации очень быстро. Для умень¬шения неоднородности свойств при вулканизации толстостенной изделий их не следует вулканизовать при очень высокой темпера¬туре. При определении продолжительности вулканизации таких изделий необходимо учитывать, что структурирование особенно вя центре продолжается некоторое время и после окончания нагрева¬ния за счет поглощенного тепла. Поэтому не следует в процесЯ нагревания добиваться полной вулканизации заготовки по всей толщине. Для уменьшения неоднородности прогревания следует проводить ступенчатый нагрев или предварительно подогревать ре-*! зиновую смесь (см. рис. IV.59). Для изготовления многослойньЯ изделий, полученных сборкой из различных деталей, применяют рЯ зиновые смеси с различной кинетикой вулканизации. Резиновые смеси, предназначенные для изготовлевия внутренних деталей, до<|И жны обладать большой скоростью вулканизации. При определении вулканизационных характеристик этих смесей учитывают особен¬ности прогревания изделия.
Вулканизация толстостенных изделий протекает при перемен-И0Й температуре, при этом чем больше их толщина, тем больше Продолжительность нагревания. Степень вулканизации резины при П§р©МШ10Й температуре обычно оценивают по эквивалентному мргмиш вулканизации (тЭкв)—условной продолжительности вул-КйМИЗвЦИИ при постоянной температуре t9KB— которое необходимо IfltpfiTHTb, чтобы получить резины, с такими же свойствами в ус¬ловиях переменных температур реального процесса вулканизации. Эквивалентное время вулканизации можно рассчитать, если изве-if§H температурный коэффициент вулканизации К ц изменение 'Температуры t в течение всего процесса т, включающего нагрева-мнг резиновых смесей и охлаждение вулканизатов
Эквивалентное время вулканизации рассчитывают методами гра-
фического интегрирования. Режим вулканизации толстостенных
изделий выбирают таким, чтобы эквивалентное время вулканиза-
ции различных частей вулканизуемого изделия совпадало с време-
нем оптимума вулканизации резиновой смеси при постоянной тем-
пературе Тэкв-/Я Н И
Обычно продолжительность вулканизации толстостенных изде¬лий определяют с помощью специальных номограмм или реомет¬ров и вулкаметров с программным изменением температуры в со-
Ш
в^тствий с ее изменением в реальной точке вулканизуемого из-При вулканизации температуры на поверхности и в центре тол¬стостенных изделий неодинаковы. Если продолжительность про¬цесса будет определяться условиями, необходимыми для обеспе¬чения заданной степени структурирования в центре изделия, то по¬верхностные слои, особенно при эффективной теплопередаче, окШ жутся сильно перевулканизованными. Перевулканизация изделий с поверхности тем больше, чем выше температура вулканизации и чем больше толщина изделия, так как скорость прогревания из¬делий незначительно увеличивается с повышением температуры теплоносителя, а скорость вулканизации очень быстро. Для умень¬шения неоднородности свойств при вулканизации толстостенной изделий их не следует вулканизовать при очень высокой темпера¬туре. При определении продолжительности вулканизации таких изделий необходимо учитывать, что структурирование особенно вя центре продолжается некоторое время и после окончания нагрева¬ния за счет поглощенного тепла. Поэтому не следует в процесЯ нагревания добиваться полной вулканизации заготовки по всей толщине. Для уменьшения неоднородности прогревания следует проводить ступенчатый нагрев или предварительно подогревать ре-*! зиновую смесь (см. рис. IV.59). Для изготовления многослойньЯ изделий, полученных сборкой из различных деталей, применяют рЯ зиновые смеси с различной кинетикой вулканизации. Резиновые смеси, предназначенные для изготовлевия внутренних деталей, до<|И жны обладать большой скоростью вулканизации. При определении вулканизационных характеристик этих смесей учитывают особен¬ности прогревания изделия.
ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ
ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ
Наиболее часто вулканизацию формованных (или сборных) заготовок проводят в среде теплоносителя с постоянной темпера¬турой. В этих условиях скорость нагревания заготовок будет за¬висеть от коэффициента теплоотдачи а (Вт/м2*с) и разности тем¬ператур между греющей средой (теплоносителем) и вулканизуе¬мой заготовкой. Теплоотдача зависит от условий теплообмена и физических параметров теплоносителей. Наиболее широко в ка¬честве теплоносителей в резиновой промышленности используют насыщенный водяной пар, горячий воздух, перегретую воду под давлением, расплавы солей, твердые материалы, находящиеся в псевдоожиженном состоянии, и некоторые другие теплоносители.
Насыщенный водяной пар является одним из наиболее эффек¬тивных теплоносителей. Ниже представлена зависимость темпе¬ратуры насыщенного пара от его давления:
Давление, МПа 0,103 0,146 0,202 0,275 0,368 0,40 0,485 0,630 1,022 1,586 Температура,
°С .... . 100 110 120 130 140 143 150 160 180 200
Недостатком насыщенного водяного пара является невозможное!! существенного повышения температуры без повышения давления.
Отдача тепла горячим воздухом и перегретой водой происходит за счет снижения температуры теплоносителя. Чтобы сохранив! их постоянными, необходимо создать эффективную принудитель-* ную циркуляцию перегретой воды и горячего воздуха путем уста¬новки специальных насосов .для перегретой воды и вентиляторов для горячего воздуха.. Перегретый пар в процессе теплообмещ подобен горячему воздуху, если не охлаждается до температуры насыщения.
Коэффициенты теплоотдачи различных теплоносителей в зави¬симости от условий теплообмена могут быть определены экспери¬ментально или вычислены из соответствующих критериальных за¬висимостей. Ниже приведены коэффициенты теплоотдачи некото¬рых теплоносителей:
Коэффициент ж- теплоотдачи, Вт/м2-К
Насыщенный пар , . . Щ . * . . 1200—17700
Перегретая вода . . .,.: . . . 1 293—17560
Горячий воздух . • <щН|| S@P—48
Псевдоожиженные горячим воздухом твердые частицы размером 0,05—0,9 мм 270—765
Вследствие небольших коэффициента теплоотдачи и количест¬ва переносимого тепла горячий воздух является малоэффективным теплоносителем.
Изменение текущей температуры на поверхности или в центре t вулканизуемой заготовки определенной формы, помещенной и среду теплоносителя, можно рассчитать по формуле
а Щ *нач ,tm V* * У г \
*ср~*нач \ Ai кз /
где tcp— температура среды; Bi — критерий Био, равный .а#Д. Здесь а — коэф¬фициент теплоотдачи; х, у, z, i?2, R$— координаты точек определения темпе-ра^ры «далия.
Рассчитав критерии для различных интервалов времени по со¬ответствующим номограммам для данной геометрической конфи¬гурации заготовок, тожно найти значения безразмерной темпера¬туры на поверхности и в центре резинового изделия в зависимости от продолжительности нагревания и определить температуру на поверхности и внутри резинового изделия. Распределение темпе¬ратуры внутри и на поверхности ре¬зинового изделия зависит от усло¬вий теплоотдачи (рис. IV.61). При больших значениях коэффициента теплоотдачи (Bf—>>оо) температура на поверхности заготовки быстро повышается и становится равной температуре греющей среды (рис. IV.63, а) и скорость нагревания за¬готовки в этом случае будет опреде¬ляться теплофизическими свойства¬ми резиновой смеси. Если коэффи¬циент теплоотдачи мал (а—^0; Bi—й)), то скорость | нагревания \ поверхности, а следовательно, и ско¬рость прогревания заготовки (рис. IV.63, б) будут незначительными
вследствие незначительного перепада температур в центре и на -Поверхности изделия (малый температурный напор).
Температуру в различных частях, изделия при вулканизации Измеряют термопарами.
Наиболее часто вулканизацию формованных (или сборных) заготовок проводят в среде теплоносителя с постоянной темпера¬турой. В этих условиях скорость нагревания заготовок будет за¬висеть от коэффициента теплоотдачи а (Вт/м2*с) и разности тем¬ператур между греющей средой (теплоносителем) и вулканизуе¬мой заготовкой. Теплоотдача зависит от условий теплообмена и физических параметров теплоносителей. Наиболее широко в ка¬честве теплоносителей в резиновой промышленности используют насыщенный водяной пар, горячий воздух, перегретую воду под давлением, расплавы солей, твердые материалы, находящиеся в псевдоожиженном состоянии, и некоторые другие теплоносители.
Насыщенный водяной пар является одним из наиболее эффек¬тивных теплоносителей. Ниже представлена зависимость темпе¬ратуры насыщенного пара от его давления:
Давление, МПа 0,103 0,146 0,202 0,275 0,368 0,40 0,485 0,630 1,022 1,586 Температура,
°С .... . 100 110 120 130 140 143 150 160 180 200
Недостатком насыщенного водяного пара является невозможное!! существенного повышения температуры без повышения давления.
Отдача тепла горячим воздухом и перегретой водой происходит за счет снижения температуры теплоносителя. Чтобы сохранив! их постоянными, необходимо создать эффективную принудитель-* ную циркуляцию перегретой воды и горячего воздуха путем уста¬новки специальных насосов .для перегретой воды и вентиляторов для горячего воздуха.. Перегретый пар в процессе теплообмещ подобен горячему воздуху, если не охлаждается до температуры насыщения.
Коэффициенты теплоотдачи различных теплоносителей в зави¬симости от условий теплообмена могут быть определены экспери¬ментально или вычислены из соответствующих критериальных за¬висимостей. Ниже приведены коэффициенты теплоотдачи некото¬рых теплоносителей:
Коэффициент ж- теплоотдачи, Вт/м2-К
Насыщенный пар , . . Щ . * . . 1200—17700
Перегретая вода . . .,.: . . . 1 293—17560
Горячий воздух . • <щН|| S@P—48
Псевдоожиженные горячим воздухом твердые частицы размером 0,05—0,9 мм 270—765
Вследствие небольших коэффициента теплоотдачи и количест¬ва переносимого тепла горячий воздух является малоэффективным теплоносителем.
Изменение текущей температуры на поверхности или в центре t вулканизуемой заготовки определенной формы, помещенной и среду теплоносителя, можно рассчитать по формуле
а Щ *нач ,tm V* * У г \
*ср~*нач \ Ai кз /
где tcp— температура среды; Bi — критерий Био, равный .а#Д. Здесь а — коэф¬фициент теплоотдачи; х, у, z, i?2, R$— координаты точек определения темпе-ра^ры «далия.
Рассчитав критерии для различных интервалов времени по со¬ответствующим номограммам для данной геометрической конфи¬гурации заготовок, тожно найти значения безразмерной темпера¬туры на поверхности и в центре резинового изделия в зависимости от продолжительности нагревания и определить температуру на поверхности и внутри резинового изделия. Распределение темпе¬ратуры внутри и на поверхности ре¬зинового изделия зависит от усло¬вий теплоотдачи (рис. IV.61). При больших значениях коэффициента теплоотдачи (Bf—>>оо) температура на поверхности заготовки быстро повышается и становится равной температуре греющей среды (рис. IV.63, а) и скорость нагревания за¬готовки в этом случае будет опреде¬ляться теплофизическими свойства¬ми резиновой смеси. Если коэффи¬циент теплоотдачи мал (а—^0; Bi—й)), то скорость | нагревания \ поверхности, а следовательно, и ско¬рость прогревания заготовки (рис. IV.63, б) будут незначительными
вследствие незначительного перепада температур в центре и на -Поверхности изделия (малый температурный напор).
Температуру в различных частях, изделия при вулканизации Измеряют термопарами.
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАУЧУКОВ И РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАУЧУКОВ И РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ
В
Теплофизическими характеристиками, определяющими скорость прогрева материала при нагревании являются коэффициенты тещ допроводности Ху объемной теплоемкости Ср, температуропровод¬ности а, которые связаны между собой соотношением:
а ж
Повышение температуры в материале при подведении к нему оп¬ределенного количества тешщ обратно пропорционально его объ¬емной теплоемкости. |Щ
Теплофизические характеристики некоторых каучуков при раз¬личных температурах представлены в табл. IV.9. Теплопроводность (и температуропроводность) каучуков на не¬сколько порядков меньше теплопроводности металлов, что суиЁест-венно затрудняет прогрев резиновых смесей при вулканшации. С изменением температуры теплофизические характеристики кау¬чуков изменяются незначительно. При введении ингредиентов в каучук теплофизические свойства резиновых смесей изменяются в зависимости от объемного содержания вводимого компонента Теплопроводность сильно возрастает при введении технического углерода (особенно, образующего цепочечные структуры). Нйж| приведена теплопроводность резин на основе СКИ-3, содержащих 60 масс. ч". технического углерода различных марок:
Марка технического углерода ПМ-50 ПМ-75 ПМ-100 ДГ-100 Коэффициент теплопроводно¬сти, 'ВтДСм'-К) :;^^^^^ШЛ 0,286 0,295 0,303 °'2^
слй при вулканизации температура на поверхности вулканизуе¬мой заготовки будет оставаться постоянной, то для заготовок от¬носительно простой формы (пластина, цилиндр, шар) на основа¬нии теории нестационарной теплопроводности можно рассчитать Юменение температуры внутри заготовки в процессе нагревания, тк функцию безразмерной относительной температуры 0Ц в цен-ррф заготовки от теплового критерия Фурье
Fo Я ax/R2
й—коэффициент тбМ1пера1туро1П1ро1водно|отй; т— (Продолжительность нагрева¬ния ааштовгси; R —половина толщшы нагреваемой заштавки (характерный гео-
[ |||1'|1Н!,!,ес1кий ipasiMejp).
й1МйЧения Q4=f(F6) для тел простой геометрической формы рас-Ьитаиы и представлены в виде таблиц в специальной литературе.
Зная 0ц, из зависимости, приведённой ниже, можно в любой I Момент времени найти температуру в центре вулканизуемого из-
ft " — ^на<|ж ,/ \щЯ Щт
*в *нач Щт
И#§ 1i\ ^температура в центре изделия в июшмый момент времени, °С; £нач — на-ШЛМ1ЙН тампеграггур а изделия, °€;/в^ температур а на поверхности изделия, °С.
ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ
В
Теплофизическими характеристиками, определяющими скорость прогрева материала при нагревании являются коэффициенты тещ допроводности Ху объемной теплоемкости Ср, температуропровод¬ности а, которые связаны между собой соотношением:
а ж
Повышение температуры в материале при подведении к нему оп¬ределенного количества тешщ обратно пропорционально его объ¬емной теплоемкости. |Щ
Теплофизические характеристики некоторых каучуков при раз¬личных температурах представлены в табл. IV.9. Теплопроводность (и температуропроводность) каучуков на не¬сколько порядков меньше теплопроводности металлов, что суиЁест-венно затрудняет прогрев резиновых смесей при вулканшации. С изменением температуры теплофизические характеристики кау¬чуков изменяются незначительно. При введении ингредиентов в каучук теплофизические свойства резиновых смесей изменяются в зависимости от объемного содержания вводимого компонента Теплопроводность сильно возрастает при введении технического углерода (особенно, образующего цепочечные структуры). Нйж| приведена теплопроводность резин на основе СКИ-3, содержащих 60 масс. ч". технического углерода различных марок:
Марка технического углерода ПМ-50 ПМ-75 ПМ-100 ДГ-100 Коэффициент теплопроводно¬сти, 'ВтДСм'-К) :;^^^^^ШЛ 0,286 0,295 0,303 °'2^
слй при вулканизации температура на поверхности вулканизуе¬мой заготовки будет оставаться постоянной, то для заготовок от¬носительно простой формы (пластина, цилиндр, шар) на основа¬нии теории нестационарной теплопроводности можно рассчитать Юменение температуры внутри заготовки в процессе нагревания, тк функцию безразмерной относительной температуры 0Ц в цен-ррф заготовки от теплового критерия Фурье
Fo Я ax/R2
й—коэффициент тбМ1пера1туро1П1ро1водно|отй; т— (Продолжительность нагрева¬ния ааштовгси; R —половина толщшы нагреваемой заштавки (характерный гео-
[ |||1'|1Н!,!,ес1кий ipasiMejp).
й1МйЧения Q4=f(F6) для тел простой геометрической формы рас-Ьитаиы и представлены в виде таблиц в специальной литературе.
Зная 0ц, из зависимости, приведённой ниже, можно в любой I Момент времени найти температуру в центре вулканизуемого из-
ft " — ^на<|ж ,/ \щЯ Щт
*в *нач Щт
И#§ 1i\ ^температура в центре изделия в июшмый момент времени, °С; £нач — на-ШЛМ1ЙН тампеграггур а изделия, °€;/в^ температур а на поверхности изделия, °С.
ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ
ВУЛКАНИЗАЦИЯ РЕЗИНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ
ВУЛКАНИЗАЦИЯ РЕЗИНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ
Вулканизация является заключительным процессом при производ¬стве разнообразных резиновых изделий. В процессе вулканизации уменьшается пластичность резиновых смесей и постепенно увели¬чивается эластичность вулканизата, улучшаются его физико-ме¬ханические свойства, сильно возрастают прочность при растяже¬нии, относительное удлинение, морозостойкость, теплостойкость, электрическое сопротивление, снижается способность вулканизатов набухать в органических растворителях и т. д. В состав резиновых смесей входят вулканизующие агенты, действие которых прояв¬ляется при повышенных температурах. Для того, чтобы свулкани-зовать сырые резиновые смеси, необходимо повысить их темпера¬туру до определенного значения и выдержать изделие при этой температуре, в течение времени, достаточного для получения вул¬канизата с оптимальными техническими свойствами. Продолжи¬тельность .нагревания при определенной температуре до оптималь¬ной степени структурирования зависит от состава резиновой смеси. Быстрый прогрев заготовки до определенной постоянной темпера¬туры возможен только при ее очень малой толщине (до 1,5 мм). При вулканизации толстостенных изделий процесс проходит при непрерывном возрастании температуры во внутренних слоях, так как их прогрев, ввиду малой теплопроводности резиновой смеси протекает медленно. На рис. IV.59 показаны кривые изменения температуры в центре пластины толщиной 40 мм, нагреваемой с обеих сторон вследствие передачи тепла от стенок формы, имею¬щих температуру 190°С. Скорость изменения температуры внутри: заготовки резиновой смеси в условиях нестационарного теплового процесса зависит от теплофизических характеристик формы и раз¬мера вулканизуемой заготовки, условий теплообмена и вида теп¬лоносителя. На скорость изменения температуры может оказать влияние тепловой эффект вулканизации, обусловленный природой и содержанием вулканизующего агента. При небольшом содержа¬нии серы (до 3 масс, ч.) он незначителен (рис. IV.60).
Вулканизация является заключительным процессом при производ¬стве разнообразных резиновых изделий. В процессе вулканизации уменьшается пластичность резиновых смесей и постепенно увели¬чивается эластичность вулканизата, улучшаются его физико-ме¬ханические свойства, сильно возрастают прочность при растяже¬нии, относительное удлинение, морозостойкость, теплостойкость, электрическое сопротивление, снижается способность вулканизатов набухать в органических растворителях и т. д. В состав резиновых смесей входят вулканизующие агенты, действие которых прояв¬ляется при повышенных температурах. Для того, чтобы свулкани-зовать сырые резиновые смеси, необходимо повысить их темпера¬туру до определенного значения и выдержать изделие при этой температуре, в течение времени, достаточного для получения вул¬канизата с оптимальными техническими свойствами. Продолжи¬тельность .нагревания при определенной температуре до оптималь¬ной степени структурирования зависит от состава резиновой смеси. Быстрый прогрев заготовки до определенной постоянной темпера¬туры возможен только при ее очень малой толщине (до 1,5 мм). При вулканизации толстостенных изделий процесс проходит при непрерывном возрастании температуры во внутренних слоях, так как их прогрев, ввиду малой теплопроводности резиновой смеси протекает медленно. На рис. IV.59 показаны кривые изменения температуры в центре пластины толщиной 40 мм, нагреваемой с обеих сторон вследствие передачи тепла от стенок формы, имею¬щих температуру 190°С. Скорость изменения температуры внутри: заготовки резиновой смеси в условиях нестационарного теплового процесса зависит от теплофизических характеристик формы и раз¬мера вулканизуемой заготовки, условий теплообмена и вида теп¬лоносителя. На скорость изменения температуры может оказать влияние тепловой эффект вулканизации, обусловленный природой и содержанием вулканизующего агента. При небольшом содержа¬нии серы (до 3 масс, ч.) он незначителен (рис. IV.60).
Подписаться на:
Сообщения (Atom)