1.2. Ингредиенты и механизм их влияния на технологические свойства резиновых смесей на основе каучуков общего назначения [2]

Целевые добавки, которые при добавлении к резиновым смесям в небольших количествах улучшают их технологические свойства, называются технологическими добавками. Ингредиенты, улучшающие перерабатываемость РС, давно использовались в резиновой промышленности. К ним относят в основном жидкие и термопластичные пластификаторы. Однако, оказывая положительное действие на технологические свойства смесей, они отрицательно влияют на эксплуатационные характеристики резин [4].

Для решения этих проблем и используются нетрадиционные вещества - технологические добавки, позволяющие направленно регулировать технологические свойства РС. Добавки позволяют не только направленно регулировать свойства готовой продукции и улучшить переработку полимерных композиций, но и повысить срок службы и атмосферостойкость изделий, получать изделия с декоративной поверхностью, имитирующей природные материалы, улучшить адгезионную связь с армирующими материалами [5].

Технологические добавки должны удовлетворять комплексу требований [6]:

- хорошо совмещаться с эластомерами и наполнителями;

- оказывать положительное влияние на текучесть смесей;

- положительно влиять на вулканизационные свойства смесей;

- сопротивляться воздействию света и озона, и легко вводиться в смесь;

- независимость действия от температуры смешения или шприцевания;

- автоматически дозироваться.

Механизм действия технологических добавок зависит от их совместимости с полимером. По совместимости с полимером технологические добавки можно разделить на три основные группы:

1. Ограниченно совместимые с каучуком вещества. Технологические добавки выдавливаются на поверхность РС и играют роль внешней смазки на поверхности резина - металл.

2. Среднесовместимые с каучуком вещества. Ниже критической концентрации добавка действует как «внутренняя смазка» между элементарными объемами, участвующими в процессе течения. При концентрации выше критической добавка этого типа действует по первому механизму.

3. Хорошо совместимые с каучуком вещества. Добавки этого типа не мигрируют к поверхности раздела и действуют как модификатор вязкости всей массы системы по одному из нижеприведенных механизмов [4]:

- межмолекулярный уменьшает взаимодействие между макромолекулами полимеров;

- внутримолекулярный - способствует набуханию макромолекулы и ее «смягчению».

1.3. Способы улучшения каландруемости и шприцуемости резиновых смесей на основе каучуков общего назначения [1]

Каландрованием называют непрерывный процесс, при котором размягченный термопластичный полимерный материал, будучи однократно пропущенным через зазор между валками, образует бесконечную ленту. При необходимости неоднократного воздействия на материал ленту пропускают между несколькими валками одной валковой машины — каландра. В зависимости от величины зазора между валками получают пленочные и листовые изделия.

В основном каландрованием перерабатывают ПВХ жесткий и пластифицированный, сополимеры винилхлорида и винилацетата, а также ПЭ, ПП, эфиры целлюлозы, ПЭТФ, ПК. Этот процесс широко используется для получения однослойных, многослойных, дублированных на различные подложки рулонных материалов. Скорость процесса может достигать 250 м/мин, а минимальная толщина пленки составлять 10 мкм, ширина рулонных изделий, полученных каландрованием, обычно не превышает 2500 мм. Покрытия для полов (линолеумы) получают на 2-4-валковых каландрах; дублировочные, тиснильные и листовальные операции выполняют на 3-4-валковых машинах, профилированные и тонкопленочные изделия из жестких пластиков получают на четырехвалковых каландрах. Каландры применяют в комбинированных экструзиоино - каландровых технологиях. Валковые L-образные, Г-образные, Z-образные и S-образные машины используют наиболее часто, поскольку они делают возможным визуальный контроль за процессом и обеспечивают большую длительность соприкосновения материала с горячими валками, чем достигается лучший его прогрев, способствующий повышению качества изделий. Четырехвалковые каландры позволяют получать многослойные декоративные пленки.

Самозатягивание полимера является условием непрерывного и равномерного его поступления в рабочий зазор между валками. Клиновой зазор между валками заполнен полимером. По мере затягивания в сужающейся зазор проявляется упругое противодействие материала, выражающееся в появлении усилия, приложенного к валку и действующего по радиусу к центру вращения. Поскольку полимер в большей или меньшей степени скользит по поверхности валка, то это движение сопровождается силой трения, приложенной к валку и направленной противоположно вектору угловой скорости. Так как в режиме установившегося движения скорость затягивания полимера постоянна, то это означает, что статически он уравновешен и сумма всех приложенных к нему сил равна нулю. Сжимаемый объем полимерного материала нагружен реактивными усилиями. Это соотношение является концептуальным и означает следующее: в рабочий зазор самозатягивается только та часть полимерного объема, которая ограничена углом называемого углом захвата. Величина угла захвата определяется только углом трения, то есть значением коэффициента трения полимерного материала о поверхность валка. следовательно, из двух материалов на одинаковом полимерном связующем активнее (с большей производительностью) будет перерабатываться тот, который наполнен более фрикционным наполнителем (например, техническим углеродом, сажей по сравнению с графитом). Объем материала, ограниченного углом захвата, возрастает с увеличением диаметра валка. Более или менее эффективным приемом, повышающим производительность валковых машин, является применение клиньев, позволяющих увеличить угол захвата.

При каландровании, особенно при листовании, наблюдается так называемый каландруемый эффект – анизотропия свойств (неоднородность) резиновой смеси. Под влиянием внешних сил ориентированное положение в процессе листования не только молекулы, но и отдельные частицы ингредиентов, имеющие вытянутую или пластинчатую форму. Вследствие этого резиновая смесь становится анизотропной, ее механические свойства в значительной степени зависят от направления приложения внешних сил. Неоднородность механических свойств каландрованного листа выражается в том, что прочность вулканизата в продольном направлении оказывается больше, а относительное удлинение меньше, чем в направлении перпендикулярном к каландрованию. Раздир в продольном направлении происходит легче, чем в перпендикулярном направлении. Неоднородность механических свойств приводит к неравномерной вытяжке и ускоренному износу резиновых изделий.

Каландруемый эффект полностью нельзя устранить, но можно значительно уменьшить, если исключить применение анизотропных наполнителей, т.е. наполнителей с пластинчатой или вытянутой формой частиц (оксид магния, каолин, оксид цинка, волокнистые наполнители). Кроме того, каландровый эффект значительно понижается при выполнении следующих технологических приемов:

1. применение возможно более высоких температур каландрования;

2. выдержке каландрованных полуфабрикатов в свободном состоянии в течение часов при температуре 50-60ºС;

3. закатке полуфабрикатов без натяжения.

При продолжительном воздействии повышенных температур вследствие более интенсивного теплого движения дезориентация молекулярных звеньев происходит полнее и каландрованный эффект уменьшается.

Из анализа литературных данных следует, что введение технологических добавок позволяет повысить технологические и физико – механические свойства резин. Исследование новых технологических добавок в составе резин представляет теоретический и практический интерес. В связи с этим в настоящей работе использовано влияние новых технологических добавок Calsec РО и фосфолипидного концентрата на свойства резины на основе каучуков общего назначения СКИ-3, СКМС -30 АРКМ – 15 и СКД [2].