coolreferat.com.ua сторінка 1сторінка 2

ОБРОБКА КАУЧУКУ ТА ВИРОБНИЦТВО ГУМИ

Пластикація. Одна з найважливіших властивостей каучуку - пластичність - використовується у виробництві гумових виробів. Щоб змішати каучук з іншими інгредієнтами гумової суміші, його потрібно спочатку пом'ягшують, або пластикують, шляхом механічної або термічної обробки. Цей процес називається пластикацією каучуку. Відкриття Т.Хенкоком в 1820 можливостей пластикации каучуку мало величезне значення для гумової промисловості. Його пластикатор складався з шипованного ротора, обертається в шипованому підлогою циліндрі; цей пристрій мав ручний привід. У сучасній гумовій промисловості використовуються три типи подібних машин для введення інших компонентів гумової суміші в каучук. Це - каучукотерка, змішувач Бенбери і пластикатор Гордона.

Використання грануляторів - машин, що розрізають каучук на маленькі гранули або пластинки однакових розмірів і форм, - полегшує операції по дозуванню і керуванню процесом обробки каучуку. каучук подається в гранулятор по виходу з пластикатора. Гранули, що змішуються з вуглецевою сажею й оліями в змішувачі Бенбери, утворюючи маткову суміш, яка також гранулюється. Після обробки в змішувачі Бенбери виробляється змішування з вулканизуючими речовинами, сіркою і прискорювачами вулканізації.

Готування гумової суміші. Хімічна сполука тільки з каучуку і сірки мала б обмежене практичне застосування. Щоб поліпшити фізичні властивості каучуку і зробити його більш придатним для експлуатації в різних застосуваннях, необхідно модифікувати його властивості шляхом додавання інших речовин. Всі речовини, змішуються з каучуком перед вулканізацією, включаючи сірку, називаються інгредієнтами гумової суміші. Вони викликають як хімічні, так і фізичні зміни в каучуку. Їхнє призначення - модифікувати твердість, міцність і ударну в'язкість і збільшити стійкість до стирання, оліям, кисню, хімічних розчинників, теплу і розтріскуванню. Для виготовлення гум різних застосувань використовуються різні склади.

Прискорювачі і активатори. Деякі хімічно активні речовини, названі прискорювачами, при використанні разом із сіркою зменшують час вулканізації і поліпшують фізичні властивості каучуку. Прикладами неорганічних прискорювачів є свинцеве білило, свинцевий глет (монооксид свинцю), вапно та магнезія (оксид магнію). Органічні прискорювачі набагато більш активні і є важливою частиною майже будь гумової суміші. Вони вводяться в суміш у відносно малій частці: звичайно буває досить від 0,5 до 1,0 частини на 100 частин каучуку. Більшість прискорювачів цілком виявляє свою ефективність у присутності активаторів, таких, як окис цинку, а для деяких потрібно органічна кислота, наприклад стеаринова. Тому сучасні рецептури гумових сумішей звичайно включають окис цинку і стеаринову кислоту.

Мягчители і пластифікатори. Мягчители і пластифікатори звичайно використовуються для скорочення часу приготування гумової суміші і зниження температури процесу. Вони також сприяють диспергированию інгредієнтів суміші, викликаючи набрякання чи розчинення каучуку. Типовими мягчителями є парафиновое і рослинні масла, воски, олеїнова і стеаринова кислоти, хвойна смола, кам'яновугільна смола і каніфоль.

Зміцнюючі наповнювачі. Деякі речовини підсилюють каучук, додаючи йому міцність і опірність зносу. Вони називаються ущільнюючими наповнювачами. Вуглецева (газова) сажа в тонко подрібненої формі - найбільш розповсюджений ущільнюючий наповнювач; вона відносно дешева і є одним з найефективніших речовин такого роду. Протекторна гума автомобільної шини містить приблизно 45 частин вуглецевої сажі на 100 частин каучуку.

Іншими широко використовуваними ущільнюючими наповнювачами є окис цинку, карбонат магнію, кремнезем, карбонат кальцію і деякі глини, однак усі вони менш ефективні, ніж газова сажа.

Наповнювачі. На зорі каучукової промисловості ще до появи автомобіля деякі речовини додавалися до каучуку для здешевлення одержуваних з нього продуктів. Зміцнення ще не мало великого значення, і такі речовини просто служили для збільшення обсягу і маси гуми. Їх називають наповнювачами чи інертними інгредієнтами гумової суміші. Поширеними наповнювачами є барити, крейда, деякі глини і діатоміт.

Антиоксиданти. Використання антиоксидантів для збереження потрібних властивостей гумових виробів у процесі їхнього старіння й експлуатації почалося після Другої світової війни. Як і прискорювачі вулканізації, антиоксиданти - складні органічні сполуки, які при концентрації 1-2 частини на 100 частин каучуку перешкоджають росту твердості і крихкості гуми. Вплив повітря, озону, тепла і світла - основна причина старіння гуми. Деякі антиоксиданти також захищають гуму від ушкодження при вигині і нагріванні.

Пігменти. Ущільнюючі й інертні наповнювачі й інші інгредієнти гумової суміші часто називають пігментами, хоча використовуються і дійсні пігменти, що додають колір гумовим виробам. Оксиди цинку і титану, сульфід цинку і літопон застосовуються як білі пігменти. Жовтий крон, залізоокисний пігмент, сульфід сурми, ультрамарин і лампова сажа використовуються для додання виробам різних колірних відтінків.

Каландрование. Після того як сирий каучук пластицирован і змішаний з інгредієнтами гумової суміші, він піддається подальшій обробці перед вулканізацією, щоб додати йому форму кінцевого виробу. Тип обробки залежить від області застосування гумового виробу. На цій стадії процесу широко використовуються каландрование і екструзія.

Каландри являють собою машини, призначені для розкочування гумової суміші в аркуші чи промазки нею тканин. Стандартний каландр звичайно складається з трьох горизонтальних валів, розташованих один над іншим, хоча для деяких видів робіт використовуються чотирьохвальні і п'ятивальні каландри. Порожні каландрові вали мають довжину до 2,5 м і діаметр до 0,8 м. До валів підводяться пара і холодна вода, щоб контролювати температуру, вибір і підтримку якої мають вирішальне значення для отримання якісного виробу з постійною товщиною і гладкою поверхнею. Сусідні вали обертаються в протилежних напрямках, причому частота обертання кожного вала і відстань між валами точно контролюються. На каландрі виконуються нанесення покриття на тканині, промазка тканин і розкочування гумової суміші в аркуші.

Екструзія. Екструдер застосовується для формования труб, шлангів, протекторів шин, камер пневматичних шин, ущільнювальних прокладок для автомобілів і інших виробів. Він складається з сталевого циліндричного корпусу, забезпеченого сорочкою для нагрівання чи охолодження. Щільно прилягаючий до корпуса шнек подає невулканізовану гумову суміш, попередньо нагріту на вальцях, через корпус до голівки, у яку вставляється змінний формующий інструмент, що визначає форму одержуваного виробу. Вихідний з голівки виріб звичайний прохолоджується струменем води. Камери пневматичних шин виходять з екструдера у виді безупинної трубки, що потім розрізається на частини потрібної довжини. Багато виробів, наприклад ущільнювальні прокладки і невеликі трубки, виходять з екструдера в остаточній формі, а потім вулканизуются. Інші вироби, наприклад протектори шин, виходять з екструдера у вигляді прямих заготовок, що згодом накладаються на корпус шини і привулканізовуються до нього, змінюючи свою первісну форму.

Вулканізація. Далі необхідно вулканізувати заготовку, щоб одержати готовий виріб, придатний до експлуатації. Вулканізація проводиться декількома способами. Багатьом виробам надається остаточна форма тільки на стадії вулканізації, коли укладена в металеві форми гумова суміш піддається впливу температури і тиску. Автомобільні шини після зборки на барабані формуются до потрібного розміру і потім вулканизуются в рифлених сталевих формах. Форми встановлюються одна на іншу у вертикальному вулканізаційному автоклаві, і в замкнутий нагрівач запускається пара. У невулканізовану заготовку шини вставляється пневмомешок тієї ж форми, що і камера шини. По гнучких мідних трубках у нього запускаються повітря, пара, гаряча вода окремо або в поєднанні один з одним; вони слугують для передачі тиску даного середовища, розсовують каркас шини, змушуючи каучук втікати у фасонні поглиблення форми. У сучасній практиці технологи прагнуть до збільшення числа шин, вулканизуемих в окремих вулканізаторах, названих прес-формами. Ці литі прес-форми мають порожні стінки, що забезпечують внутрішню циркуляцію пари, гарячої води і повітря, що підводять тепло до заготівлі. У заданий час прес-форми автоматично відкриваються.

Були розроблені автоматизовані вулканізаційні преси, що вставляють у заготовку шини варильну камеру, вулканізуют шину і видаляють варильну камеру з готової шини. Варильна камера є складовою частиною вулканізаційного преса. Камери шин вулканизуются в східних прес-формах, що мають гладку поверхню. Середній час вулканізації однієї камери складає близько 7 хв при 155 С. При менших температурах час вулканізації зростає.

Багато виробів меншого розміру вулканизуются в металевих прес-формах, які розміщуються між паралельними плитами гідравлічного преса. Плити преса всередині порожні, щоб забезпечити доступ пари для нагрівання без безпосереднього контакту з виробом. Виріб отримує тепло тільки через металеву прес-форму.

Багато виробів вулканізуються нагріванням у повітрі або вуглекислому газі. Прогумована тканина, одяг, плащі і гумове взуття вулканизуются таким способом. Процес зазвичай проводиться у великих горизонтальних вулканізаторах з паровою сорочкою. Гумові суміші, вулканізовані сухим теплом, звичайно містять меншу добавку сірки, щоб виключити вихід частини сірки на поверхню виробу. Для зменшення часу вулканізації, що, як правило, більше, ніж при вулканізації відкритою парою або під пресом, використовуються речовини-прискорювачі.

Деякі гумові вироби вулканизуются зануренням у гарячу воду під тиском. Листовий каучук намотується між шарами мусліну на барабан і вулканізується в гарячій воді під тиском. Гумові груші, шланги, ізоляція для проводів вулканизуются у відкритому парі. Вулканізатори звичайно являють собою горизонтальні циліндри з щільно підігнаними кришками. Пожежні шланги вулканизуются пором з внутрішньої сторони і таким чином відіграють роль власних вулканізаторів. Каучуковий шланг втягується усередину плетеного бавовняного шланга, до них прикріплюються сполучні фланці та в середину заготівлі на заданий час під тиском нагнітається пара.

Вулканізація без підведення тепла може проводитися за допомогою хлористої сірки S 2 Cl 2 шляхом або занурення в розчин, або впливу пар. Тільки тонкі аркуші чи такі вироби, як фартухи, купальні шапочки, напальчники чи хірургічні рукавички, вулканизуются таким способом, оскільки реакція протікає швидко, а розчин при цьому не проникає глибоко в заготівлю. Додаткова обробка аміаком необхідна для видалення кислоти, що утворюється в процесі вулканізації.

Твердої гуми

Вироби з твердої гуми відрізняються від виробів з м'якої гуми головним чином кількістю сірки, використовуваної при вулканізації. Коли кількість сірки в гумовій суміші перевищує 5%, в результаті вулканізації виходить тверда гума. Гумова суміш може містити до 47 частин сірки на 100 частин каучуку; при цьому виходить твердий і твердий продукт, називаний ебонітом, оскільки схожий на ебенове (чорне) дерево. Вироби з твердої гуми володіють хорошими діелектричними властивостями і використовуються в електротехнічній промисловості як ізолятори, наприклад у розподільних щитах, качанах, розетках, телефонах і акумуляторах. Виготовлені із застосуванням твердої гуми труби, клапани та арматура застосовуються в тих областях хімічної промисловості, де потрібна корозійна стійкість. Виготовлення дитячих іграшок - ще одна стаття споживання твердої гуми.

Синтетичного каучуку

Синтез каучуку, який відбувається в дереві, ніколи не виконувався в лабораторії.Синтетичні каучуки є еластичними матеріалами; вони подібні з натуральним продуктом по хімічних і фізичних властивостях, але відрізняються від нього структурою.

Синтез аналога натурального каучуку (1,4- цис -поліізопрена і 1,4- цис -полібутадіена). Натуральний каучук, одержаний з гевеї бразильської, має структуру, що складається на 97,8% з 1,4- цис -поліізопрена:



Синтез 1,4- цис -поліізопрена проводився декількома різними шляхами з використанням регулюючих стереоструктуру каталізаторів, і це дозволило налагодити виробництво різних синтетичних еластомерів. Каталізатор Циглера складається з триетилалюмінію і чотирихлористого титану; він змушує молекули ізопрену поєднуватися (полімеризуватися) з утворенням гігантських молекул 1,4- цис -поліізопрена (полімеру). Аналогічно, металевий літій чи алкіл- і алкилетилові з'єднання, наприклад бутиллітій, служать каталізаторами полімеризації ізопрену в 1,4- цис -поліізопрен. Реакції полімеризації з цими каталізаторами проводяться в розчині з використанням вуглеводнів нафти як розчинники. Синтетичний 1,4- цис -поліізопрен має властивості натурального каучуку і може використовуватися як його заступник у виробництві гумових виробів. Див. також ПЛАСТМАСИ.

Полібутадієн, на 90-95% складається з 1,4- цис -ізомеру, також був синтезований за допомогою регулюючих стереоструктуру каталізаторів Циглера, наприклад триетилалюмінію і чотирьохйодитого титану. Інші регулюючі стереоструктуру каталізатори, наприклад хлорид кобальту і алкілалюминій, також дають полібутадієн з високим (95%) вмістом 1,4- цис -ізомеру. Бутиллитий теж здатний полимеризовать бутадієн, однак дає полібутадієн з меншим (35-40%) вмістом 1,4- цис -ізомеру. 1,4- цис -полібутадіен має надзвичайно високу еластичність і може використовуватися як наповнювач натурального каучуку.

Тіокол (полісульфідний каучук). У 1920, намагаючись одержати новий антифриз з етиленхлориду і полісульфіду натрію, Дж.Патрик замість цього відкрив нову каучукоподобное речовину, названу ним тіоколом. Тіокол високостійкий до бензину й ароматичних розчинників. Він має гарні характеристики старіння, високий опір роздирання і низьку проникність для газів. Не будучи дійсним синтетичним каучуком, він тим не менш, знаходить застосування для виготовлення гум спеціального призначення.

Неопрен (поліхлоропрен). У 1931 компанія «Дюпон» оголосила про створення каучукоподібного полімеру, або еластомеру, названого неопреном. Неопрен виготовляють з ацетилену, що, у свою чергу, одержують з вугілля, вапняку і води. Ацетилен спочатку полімеризують до вінілацетилену, з якого шляхом додавання соляної кислоти роблять хлоропрен. Далі хлоропрен полімеризують до неопрена. Крім маслостійкості неопрен має високу тепло- і хімічну стійкість і використовується у виробництві шлангів, труб, рукавичок, а також деталей машин, наприклад шестерень, прокладок і приводних ременів.

Буна S (SBR, бутадієнстирольний каучук). Синтетичний каучук типу буна S, що позначається як SBR, виробляється у великих реакторах із сорочкою, або автоклавах, у яких завантажують бутадієн, стирол, мило, воду, каталізатор (персульфат калію) і регулятор росту ланцюга ( меркаптан). Мило і вода служать для емульгування бутадієну і стиролу і приведення їхній у близький контакт з каталізатором і регулятором росту ланцюга. Вміст реактора нагрівається до приблизно 50 ° С и перемішується протягом 12-14 ч; за цей час в результаті процесу полімеризації в реакторі утвориться каучук. Латекс, що містить каучук у формі малих часток і має вид молока, що дуже нагадує натуральний латекс, добутий з дерева.

Латекс із реакторів обробляється преривачем полімеризації для зупинки реакції з антиоксидантом для збереження каучуку. Потім він очищається від надлишку бутадієну і стиролу. Щоб відокремити (шляхом коагуляції) каучук від латексу, він обробляється розчином хлориду натрію (харчової солі) у кислоті або розчином сульфату алюмінію, що відокремлюють каучук у формі дрібної крихти. Далі крихта промивається, сушиться в печі і пресується в стоси.

З усіх еластомерів SBR використовується найбільше широко. Найбільше його йде на виробництво автомобільних шин. Цей еластомер подібний по властивостях з натуральним каучуком. Він не маслостоек і в більшості випадків виявляє низьку хімічну стійкість, але має високий опір удару і стиранню.



наступна сторінка >>