книги из ГПНТБ / Восстановительный ремонт шин

вые смеси должны быть совершенно однородны по внешнему виду и по свойствам.

Равномерное (статистическое) распределение в каучуке сажи

идругих ингредиентов достигается в процессе смешения за счет того, что материалы подвергаются большим сдвиговым деформациям (порядка ІО5—ІО6 %).

Вто же время на качество смесей данного состава прежде всего влияет молекулярная природа каучука (степень регулярности, сред­ ний молекулярный вес, молекулярно-весовое распределение). Ис­ ходная структура полимера должна быть, по возможности, сохра­ нена в процессе смешения, так как именно она определяет свойства полуфабрикатов и эксплуатационные показатели резиновых изделий.

Качество смешения (однородность получаемых смесей) зависит также от свойств и точности дозирования всех компонентов, последо­ вательности их введения, конструктивных особенностей смеситель­ ного оборудования, продолжительности, температуры и других условий смешения.

Для облегчения введения в смеси некоторых сыпучих материалов

иуменьшения потерь при развеске тех ингредиентов, которые вво­ дятся в смеси в небольших количествах, часто прибегают к исполь­ зованию маточных смесей (маток) и паст. Матки применяют обычно для трудно распределяющихся ингредиентов, например окиси цинка, некоторых ускорителей. Матка представляет собой двухкомпонент­ ную смесь каучука и соответствующего ингредиента, содержание которого составляет 30—40%. Особенно часто применяются ускори­ тельные пасты, состоящие из ускорителя, смешанного с определен­ ным количеством жирных кислот или другого мягчителя. Применяют также «сухие» композиции из двух или нескольких порошкообраз­ ных ингредиентов (ускорителей, противостарителей и т. д.).

Подготовленные к смешению материалы — каучуки, регенерат, жидкие и порошкообразные ингредиенты, маточные смеси и пасты

развешивают в соответствии с технологической документацией, в которой указаны навески каждого ингредиента для соответству­ ющего смесительного оборудования. Приготовленные таким образом навески ингредиентов подают к смесительному оборудованию.

При массовом производстве резиновых смесей основным обору­ дованием являются закрытые резиносмесители (рис. III.2). Резиносмеситель представляет собой закрытую камеру 5, внутри которой навстречу друг другу вращаются два ротора 9. Каучук и другие материалы загружаются в камеру сверху через загрузочную воронку 4, захватываются лопастями вращающихся роторов и энергично перетираются, перемешиваются в зазорах между роторами и между роторами и стенками камеры. Поскольку в процессе смешения в резиносмесителе развиваются высокие температуры для предотвращения чрезмерного перегрева смесей стенки смесительной камеры охла­ ждают холодной водой.

Для выгрузки смеси служит разгрузочное отверстие в днище ка­ меры. Открывание и закрывание загрузочного и разгрузочного от­ верстий производится соответственно с помощью верхнего и нижнего

73

затворов. Верхний затвор 3, соединенный штоком 2 с поршнем 1 пневмоцилиндра, перемещается в вертикальном направлении, от­ крывая и закрывая загрузочную воронку 4. Опущенный верхний затвор давит на смесь либо только собственным весом (поплавковое

частоты вращения роторов позволяет сократить продолжительность смешения, но при этом температура в смесительной камере возрастает. При увеличении загрузки (объема вводимых материалов) также повышается темпе­ ратура. Загрузка камеры должна составлять 50—65% ее объема. При малых загрузках распределение ингредиентов происходит мед­ ленно, а при перегрузках развиваются слишком высокие темпера­ туры.

При построении режимов смешения необходимо иметь в виду, что термомеханическое воздействие, испытываемое каучуком в про­

7 4

цессе смешения, вызывает его частичную деструкцию, отрицательно сказывающуюся на свойствах смесей и тем более глубокую, чем выше температура и продолжительнее процесс. Поэтому, хотя с уве­ личением продолжительности смешения однородность смесей улуч­ шается, режим смешения должен быть, по возможности, коротким, а температура смесей не должна превышать определенных значений, специфичных для каждой смеси и выбранного способа смешения.

Приготовление смесей принадлежит к числу наиболее энергоем­ ких процессов резинового производства. Важнейшим показателем характеризующим его, являются удельные энергозатраты. Принято считать, что при нормальном ходе процесса на 1 кг готовой смеси затрачивается 0,1—0,2 квт-ч электроэнергии.

Последовательность введения ингредиентов. Как указывалось выше, на качество резиновых смесей влияет последовательность вве­ дения компонентов и продолжительность смешения. Поэтому для каждой смеси разрабатывается свой режим смешения, которым на­ ряду с продолжительностью смешения определяется порядок за­ грузки материалов. Обычно сначала в резиносмеситель загружают каучук, сажи, маточные смеси и регенерат. Затем (при одностадийном смешении) вводят противостарители, твердые мягчители, ускори­ тельные пасты и жирные кислоты (диспергаторы), наилучшим обра­ зом способствующие распределению в каучуке сажи. После этого вводят наполнители и жидкие мягчители. Если смесь содержит ка­ нальную сажу, то ее вводят непосредственно после жирных кислот, а жидкие мягчители добавляют только тогда, когда сажа хорошо распределилась в смеси. Такой порядок введения канальной сажи объясняется ее склонностью к образованию агломератов в присутствии жидких мягчителей. Сажи, хорошо распределяющиеся в каучуке (при наличии в смеси комбинации саж), обычно вводят первыми. Твердые мягчители (рубракс, канифоль и другие) нельзя вводить в конце цикла смешения, так как они плохо распределяются в кау­ чуке.

Сера при одностадийном смешении во избежание подвулканиза­ ции в резиносмеситель не вводится. При двустадийном смешении ее вводят в резиносмеситель вместе с ускорителями и жидкими мягчи­ телями на второй стадии процесса.

По окончании процесса смешения открывают нижний затвор резиносмесителя и выгружают из него готовую смесь. После этого смесь попадает на листовальные вальцы, устанавливаемые в агре­ гате с резиносмесителем. Вальцы (рис. Ш .З) состоят из станины 1, привода и двух горизонтально расположенных, вращающихся на­ встречу друг другу, гладких, полых внутри валков 11. Вальцы имеют специальное приспособление, позволяющее в известных пре­ делах регулировать расстояние (зазор) между валками. Для нагрева­ ния или охлаждения валков во внутреннюю полость их подается пар, горячая или холодная вода.

На листовальных вальцах смесь дополнительно перемешивают, подрезая слой смеси, облегающий валок, то с одной, то с другой стороны, вводят в нее серу, дополнительно перемешивают и снимают

75

с вальцев в виде листов. Режим листования (длительность введения серы и перемешивания) согласовывается с реяшмом смешения в резнносмесителе с таким расчетом, чтобы операция на вальцах заканчи­ валась до выгрузки из резиносмесителя следующей закладки смеси.

Работа на скоростных резиносмесителях высокого давления по­ зволяет значительно сократить циклы приготовления резиновых смесей, и поэтому использование листовальных вальцев для их при­ ема становится затруднительным, так как одни листовальные вальцы уже не обеспечивают непрерывность технологического процесса. Поэтому более прогрессивным методом является использование для

Рис. III.3. Общий вид и разрез вальцев:

1 — станина; 2 — механизм регулировки зазора: 3 — подвижный подшипник переднего валка; 4 — аварийный выключатель; 5 — неподвижный подшипник заднего валка; 6 — фундаментная плита; 7 — ограничительные стрелки; 8 — подвод охлаждающей воды; 9 — слив охлаждающей воды; 10 — шестерни (привод переднего валка); 11 — валки; 12 — ше­ стерня (привод заднего валка).

дополнительного перемешивания резиновых смесей мощных червяч­ ных прессов с диаметром червяка 300—350 мм.

Их применение дает возможность организовать непрерывный технологический процесс при минимальных трудовых затратах. Существуют конструкции червячных прессов с комбинированными головками, позволяющие не только принимать, дополнительно об­ рабатывать и формовать резиновую смесь синхронно с ее изготовле­ нием, но и очищать (фильтровать) смеси. Такие машины одновременно заменяют и листовальные вальцы и используемые в некоторых слу­ чаях для очистки резиновых смесей от посторонних включений червячные фильтр-прессы (стрейнеры).

В настоящее время при массовом производстве резиновых смесей одного назначения для передачи их на последующие технологиче­ ские операции широко применяется метод прямого потока, преду­ сматривающий непрерывный отбор готовой резиновой смеси от обо­

7 6

рудования, установленного после резиносмесителей, и транспорти­ ровку ее в горячем состоянии к питательным вальцам каландров, червячных прессов или другого профилирующего оборудования. На предприятиях, где прямой поток отсутствует, снятые с вальцев листы резиновой смеси охлаждают на воздухе или в ваннах с водой. Во избежание слипания при хранении снятые с вальцев листы рези­ новой смеси пропудривают сухим тальком либо смачивают суспен­ зией талька или каолина в воде.

Наиболее перспективным направлением дальнейшего совершен­ ствования технологии изготовления резиновых смесей является со­ здание непрерывных процессов и замена смесителей периодического действия непрерывно работающими агрегатами. Резиносмесители непрерывного действия представляют собой одноили двухчервяч­ ные машины, объединенные с автоматическими системами непрерыв­ ной подачи и дозирования компонентов резиновой смеси. Во всех случаях применение смесителей непрерывного действия обеспечи­ вает значительную интенсификацию процесса смешения и создает предпосылки для повышения качества резиновых смесей.

Контроль качества смешения. В производственных условиях для экспресс-контроля качества приготовленных резиновых смесей применяют различные методы, основанные на измерении ряда кос­ венных показателей качества смесей и правильности проведения про­ цесса смешения.

К таким методам относятся определение «кольцевого модуля» или растяжимости свулканизованного образца резины, имеющего форму кольца, измерение плотности и твердости. Получаемые при этом показатели зависят от суммы многих факторов, действующих в процессах смешения, подготовки и вулканизации образцов. Поэтому они малочувствительны к колебаниям в составе смесей и изменениям условий смешения.

Однако эти методы сравнительно просты и позволяют оценивать смеси в течение 2—3 мин. Их широко применяют для выборочного контроля уже отработанного технологического процесса смешения с целью выявления случайных его нарушений.

Более объективно качество смешения можно оценить путем кон­ троля молекулярного веса каучука и характеристик образующихся (в результате взаимодействия каучука с частицами сажи) каучук-са- жевых структур. О молекулярном весе каучука и степени развития каучук-сажевых структур в смесях можно судить по их вязкости или пластичности. Вязкость большинства резиновых смесей шинного производства (определенная на сдвиговом вискозиметре) составляет 60—80 единиц по Муни, а в абсолютных значениях 101—105П (0,01 — 0,1 кгс-с/см2),в зависимости от условий смешения. Для получения данных о распределении в каучуке сажи применяют различные стати­ стические характеристики. При оценке качества смешения по внешне­ му виду смесей при микроскопическом исследовании используют два основных показателя — средний диаметр недиспергированных частиц сажи и их относительную площадь в поле зрения микроскопа. Соот­ ветственно для оценки смешения используют средний диаметр частиц

77

(обычно порядка микрон) и 100-балльную систему, характеризующую количество недиспергированных частиц сажи.

Точнее и более объективно степень распределения оценивают величиной статистической дисперсии или коэффициентом вариации концентрации сажи (или другого ингредиента) в резиновой смеси, а также обобщенным статистическим показателем, называемым ин­ дексом смешения.

Для расчета дисперсии (выборочной) концентрации ингредиентов в резиновой смеси применяют формулу:

где р — средняя концентрация ингредиента в отобранных пробах смеси; р,- — концентрация в і-ой пробе; N — число проб или объем выборки.

Индекс смешения рассчитывают по формуле:

п — число частиц (например, сажи), в пробе, р — расчетная концентрация ингре­ диента в смеси в соответствии с рецептом.

Таким образом, индекс смешения получается как результат срав­ нения дисперсии идеальной смеси с дисперсией (выборочной) на данной стадии смешения. В начале смешения 1 ^ 0 а в конце — приближается к единице: 0 ^ 1. Для годных смесей М = 0,1 — -0 ,1 5 .

Профилированные протекторы

Профилированные протекторы являются основным материалом при восстановлении шин. Промышленность выпускает два типа про­

Размеры выпускаемых протек­ торов приведены в табл. III.2. Типовой состав протекторных сме­ сей, применяемых при восстановле­ нии и ремонте шин, представлен в табл. III.3.

При дальнейшем улучшении качества протекторных резин основ­ ное внимание должно быть уделено повышению их эластичности и снижению теплообразования. Использование при восстановлении шин более эластичных протекторных резин, имеющих меньшее теплообразование, значительно увеличит послеремонтный пробег

7 8

79

открывает применение новых видов синтетических стереорегулярных каучуков СКИ-3 и СКД.

Для шиноремонтной промышленности протекторные смеси являются основным материалом. Их стоимость составляет значитель­ ную часть себестоимости восстановительного ремонта. Одним из путей снижения стоимости протекторных смесей является введение в них регенерата. Применение до 10 вес. ч. регенерата на 100 вес. ч. каучука позволяет на 5—6% понизить их стоимость, не ухудшая свойства резин.

Большой интерес представляет также введение в протекторные смеси шероховальной пыли, являющейся отходом шиноремонтного производства. Применение достаточно тонкой шероховальной пыли (до 10 вес. ч.) не изменяет основных свойств резин, а по некоторым данным даже повышает их износостойкость.

Протекторные резиновые смеси на основе CKG обладают невысо­ кой клейкостью, которая в процессе длительного хранения снижается. Поэтому целесообразно изготавливать двухслойные протекторные ленты, состоящие из профилированной протекторной резины, сду­ блированной с тонким слоем проелоечной (брекерной) резины из НК. Клейкость резин из НК снижается при хранении гораздо медленнее, чем резин из СКС. Дублирование сразу после изготовления еще не остывших резин из СКС и НК позволяет получить высокую проч­ ность связи между ними, мало изменяющуюся во времени.

При выпуске дублированных протекторов между протекторной и прослоечной резинами иногда прокладывают один — два слоя рас­ кроенной под соответствующим углом обрезиненной брекерной ткани. Такие «усиленные» протекторы можно использовать при восстано­ влении покрышек больших размеров с поврежденным брекером.

Профилирование протекторов для изготовления и восстановле­ ния шин производят на протекторных агрегатах. В состав такого

80

Т а б л и ц а 111-3- Типовой состав протекторных резин, применяемых при восстановительном ремонте шин

(в вес. ч. на 100 вес. ч. каучука)

агрегата (рис. III.5) входит червячный пресс (шприц-машина) с чер­ вяком диаметром 200—250 мм, на котором профилируют протектор­ ные заготовки.

Червячные прессы являются одним из основных видов оборудо­ вания резиновых и шинных заводов. Их используют для изготовле­ ния (шприцевания) протекторов и других профилированных изделий.

Шприцевание заключается в продавливании нагретой резиновой смеси через профильное отверстие в головке пресса с предваритель­ ным уплотнением смеси в рабочем цилиндре машины. Этот процесс можно рассматривать как результат, в основном, двух видов течения резиновой смеси: вынужденного потока, т. е. перемещения резиновой смеси к головке вследствие вращения червяка, и противотока,

производительность шприц-машины выражается суммой расходов потока qu и противотока qp:

где т — число заходов винтовой нарезки червяка; Uz — составляющая вектора скорости потока вдоль оси винтового канала червяка; Wh — площадь сечения канала (W — ширина, h — высота канала); рэ — эффективная вязкость резино­ вой смеси; dpjdz — градиент давления по оси канала (определяется обычно экспериментальным путем).

Эффективную вязкость резиновых смесей можно определить лабораторным путем. Для шинных смесей она обычно составляет

10*-105 П (0,01-0,1 кгс-с/см2).

Величину uz можно определить из геометрических соотношений:

где D — диаметр нарезки червяка; а — угол наклона витка нарезки к оси червяка; п — частота вращения червяка.

Градиент давления dp/dz в обычных шприцмашинах («горячего» питания) по длине червяка изменяется мало и составляет 1 — 5 кгс/см2 • см. С уменьшением сечения профилирующего устройства (выходного отверстия) шприцмашины градиент давления возрастает, увеличивается составляющая противотока в выражении (3), а произ­ водительность машины при неизменной частоте вращения червяка снижается. При выпуске заготовок относительно большого профиля роль противотока невелика и производительность машины практи­ чески определяется первым членом выражения (3). Поэтому при вы­ пуске тонкостенных изделий (например, заготовок камер) предпочти­ тельнее иметь червяк с малыми глубиной и площадью сечения канала нарезки (чтобы уменьшить член W hb)\ наоборот, при выпуске изделий с относительно большим сечением (например, протекторных лент), желательно использовать червяк с глубокой нарезкой (чтобы уве­ личить член Wh, определяющий производительность шприцмашины).

Для расчета производительности удобнее выразить все величины в виде проекции на ось червяка х, тогда dz = dx/sin ß и производи­ тельность будет равна:

где t —■шаг винта; e — ширина гребня нарезки; ß — угол наклона винтовой линии к диаметру витка.

Градиент давления по оси червяка можно считать для режимов работы, близких к изотермическим, постоянным. При давлении в го­

@ = 3 - 100 — 125*=»175 см3/с или «=*700 кг/ч

82