Технология изготовления резины кратко

Обновлено: 03.07.2024

Современная техника не может обойтись без резины. Из резины делают шины автомобилей, самолетов и велосипедов, изоляцию проводов, водолазные костюмы, баллоны аэростатов, галоши, шланги, надувные лодки, противогазы и многое другое.

Натуральный каучук (НК) получают из растений – так называемых каучуконосов. Натуральный каучук легко растворяется в воде. При нагреве до температуры 90°С каучук размягчается, становится липким, при температуре ниже нуля приобретает твердость и хрупкость.

Бурное развитие техники не могло ограничиться использованием только натурального каучука и привело к созданию синтетических (искусственных) каучуков (СК). Промышленность различных стран производит чрезвычайно разнообразные синтетические каучуко-подобные материалы. Исходным сырьем для получения каучука являются: этиловый спирт, ацетилен, бутан, этилен, бензол, изобутилен, некоторые галогенпроизводные углеродов и др. При полимеризации мономеров ( дивинил, стирол, хлоропрен, хлористый винил и т.п.) получаются синтетические каучуки.

При сравнительно большой прочности натуральный каучук значительно уступает синтетическом по морозостойкости и стойкости против воздействия растворителей. Свойства резины в основном зависят от каучуков, входящих в ее состав. Качество синтетического каучука определяет стойкость резины к растворителям, к атмосферному воздействию, кислороду, агрессивным средам, теплостойкость, морозостойкость, упругость и эластичность, клейкость растворов резиновых смесей и другие свойства металла.

Глава I: Общие сведения и технология изготовления резины

Компоненты, входящие в резиновую смесь

Для получения резины основным компонентом является каучук, который, соединяясь в процессе вулканизации с вулканизирующим веществом, образует резину. В качестве вулканизирующего вещества обычно применяют серу; тиоколовые каучуки вулканизируют перекисями металлов (перекись марганца, перекись свинца); полйсйлоксаиы вулканизируют с помощью органических перекисей (перекись бензола); фтор-каучуки вулканизируют органическими перекисями или диаминами.

Для повышения механической прочности и износоустойчивости в состав резиновой смеси обычно вводят упрочняющий наполнитель. К числу таких наполнителей принадлежат вещества с предельно малой величиной частиц и высокоразвитой поверхностью. Наиболее распространенными упрочняющими наполнителями являются сажи.

В производстве светлоокрашенных резин и резин, предназначенных для работы при повышенных температурах, в качестве упрочняющего наполнителя применяют окись кремния, окись титана, которые находятся в столь же мелкодисперсном состоянии.

В резиновую смесь вводят ускорители вулканизации, применяя для этого дифенилгуанидии и др. Иногда для повышения пластичности резиновой смеси и морозостойкости готовых изделий в резиновую смесь добавляют пластификаторы (стеариновая и олеиновая кислоты, парафины и др.).

Против старения (процесса соединения резины с кислородом воздуха) в резиновую смесь вводят противоокислители (противо-старители), а для придания цвета добавляют красители (охра, ультрамарин).

Технология изготовления резины. Вулканизация

Процесс изготовления резины и резиновых деталей состоит из приготовления сырой резиновой смеси, получения из нее полуфабрикатов или деталей и их вулканизации.

Технологический процесс включает в себя следующие операции: вальцевание, каландрирование, получение заготовок, формование и вулканизацию, обработку готовых деталей.

Для приготовления сырой резины каучук разрезают на куски и пропускают через вальцы для придания пластичности (рис. 180). Затем, в специальных смесителях каучук смешивают с порошкообразными компонентами, входящими в состав ре3ины (вулканизирующие вещества, наполнители, ускорители вулканизации и т.д.), вводя их в резиновую смесь точно по весовой дозировке. Перемешивание можно производить и на вальцах. Таким образом получают однородную, пластичную и малоупругую массу — сырую резину. Она легко формуется, растворяется в органических растворителях и при нагревании становится клейкой.

Провальцованная резиновая смесь поступает на каландр для получения листов заданной толщины—процесс получения листовой резины. Из каландрованных листов заготовки деталей получают вырезкой по шаблонам, вырубкой штанцевыми ножами, формированием на шприцмашине.

Для изготовления резиновых деталей формовым способом используются гидравлические вулканизационные прессы с электрообогревом. Прессование производят в пресс-формах методами прямого и литьевого прессования. Литье под давлением применяют для изготовления деталей сложной конфигурации. Детали, изготовленные литьем под давлением, имеют повышенную вибростойкость и хорошо воспринимают знакопеременные нагрузки.

Формование резин имеет много общего с формованием отвердевающих пластических масс, однако есть и некоторые отличия. Вследствие высокой пластичности резиновых смесей для заполнения форм, даже сложной конфигурации, не требуется давление выше 5 МПа (50 кгс/см2). В большинстве случаев изделия формуют под давлением 1—2 МПа (10—20 кгс/см2).

Для получения высокоэластичных прочных изделий (покрышек, трансмиссионных лент, ремней, рукавов) резиновую смесь наносят на высокопрочные ткани (корд, белтинг) из хлопчатобумажного волокна, полиамидного или полиэфирного волокна. Для сцепления резины с тканью применяют способы напрессовывания или пропитывания. В первом случае тонкие листы каландрованной сырой резины на специальных дополнительных дублировочных каландрах напрессовывают на ткань. Во втором случае ткань пропитывают раствором резиновой смеси (резиновым клеем) и сушат для удаления растворителя. Прорезиненную ткань раскраивают, собирают в пакеты и прессуют в изделия.

Любой процесс формования заканчивается процессом вулканизации. Каучук состоит из линейных молекул. При нагревании с серой (вулканизации) происходит укрупнение молекул и образование сетчатой структуры молекул, при этом каучук превращается в резину. В резине кроме линейных есть и трехмерные молекулы.

Усложнение и укрупнение молекул приводит к тому, что вещество приобретает упругость, не снижая эластичности, а кроме того, и стойкость к температурным и химическим воздействиям. Резина примерно на одну треть состоит из сажи, которая создает кристалличность строения вещества, увеличивает его прочность.

Вулканизацию осуществляют с нагревом и без нагрева. Длительность и температура вулканизации определяются рецептурой резиновой смеси (типом каучука и эффективностью введенного ускорителя); но обычно вулканизацию проводят при температуре 120—150

При формировании деталей вулканизация их производится в пресс-формах на вулканизационных гидравлических прессах с паровым или электрическим обогревом. Формовой метод вулканизации дает более плотную, однородную структуру, более точные размеры и более чистую поверхность резинового изделия. При невозможности вулканизации в пресс-форме особенно изделий, полученных на шприцмашине накатыванием и дублированием, вулканизацию проводят в вулканизационном котле.

Почти все синтетические каучуки получают методом эмульсионной полимеризации в водных средах. Образующийся в этих условиях полимер получается с частицами, близкими к размерам коллоидных частиц. В присутствии специально вводимых веществ (эмульгаторов) частицы полимеров образуют устойчивую эмульсию полимера в воде, которая называется латексом.

В настоящее время выпускается большое количество латексов, из которых непосредственно можно изготовлять резиновые изделия. Они применяются для получения фрикционных изделий, для пропитки корда, для изготовления абразивных шлифовальных камней, резиновых нитей, волосяных эластичных подушек, маканых изделий (перчатки, шары-пилоты), толстостенных изделий, для замены клеев латексными пастами, для получения резиновых пеноматериалов.

Для получения резиновых изделий толщиной не более 0,2 мм форму (обычно стеклянную) несколько раз погружают в латекс. После каждого погружения на форме остается слой латекса, из которого удаляют воду высушиванием.

Процесс изготовления изделий из латексов состоит из следующих операций: смешения латекса с вулканизирующими агентами и другими компонентами резиновой смеси: высаживания резины на форму в виде пленки по мере испарения воды; вулканизации.

Вулканизированные резиновые детали, в зависимости от предъявляемых к ним требований, подвергают дополнительной обработке. В большинстве случаев достаточно удаления облоя (заусенцев), что может выполняться и небольшими ножницами с загнутыми концами. При наличии в деталях сквозных отверстий применяют вырубные ножи. Для окончательного удаления следов облоя проводят дополнительную зашлифовку. В некоторых случаях для получения точных размеров требуется обточка и шлифовка всей поверхности детали. Эти операции проводятся в токарном патроне с помощью абразивных или фетровых кругов.

Резиновые материалы и комбинированные резинотехнические изделия невозможно заменить другой продукцией. Уникальное сочетание характеристик и эксплуатационных качеств позволяет использовать такие материалы в сложных рабочих процессах, дополняя устройство машин, станков, приборов и строительных конструкций. Современное производство резины заметно продвинулось технологически, что отразилось и на качестве выпускаемой продукции . Технологи стремятся повышать долговечность, прочность и стойкость изделий к воздействию сторонних факторов.

Из какого сырья делают резину?

Большая часть резиновых материалов получается в результате промышленной обработки синтетических и натуральных каучуковых смесей. Достигается эта обработка посредством сшивки каучуковых молекул химическими связями. Последнее время используется порошкообразное сырье для производства резины, характеристики которого специально рассчитаны на образование литьевых форм. Это готовые композиции на базе жидкого каучука, из которых в том числе выпускают эбонитовые изделия. Сам процесс вулканизации не обходится без специальных активаторов или агентов – это химические вещества, способствующие сохранению оптимальных рабочих качеств смеси. Обычно для данной задачи используют серу. Это компоненты, составляющие основу набора, требуемого для изготовления резины. Но, в зависимости от требуемых эксплуатационных качеств и назначения продукта, технологи вводят производственные этапы, на которых структура изделия обогащается и модифицирующими элементами.

Добавки для модификации резиновых смесей

В процессе изготовления резиновая смесь может наполняться ускорителями, активаторами, агентами вулканизации, смягчителями и другими компонентами. Поэтому вопрос о том, из чего делают резину, в немалой степени определяется вспомогательными добавками. Например, для сохранения структуры материала используют регенераты. С помощью данного наполнителя резиновый продукт может подвергаться вторичной вулканизации. Немалая часть модификаторов не оказывает влияния на конечные технико-эксплуатационные свойства, но играет существенную роль непосредственно в процессе изготовления. Тот же процесс вулканизации корректируют ускорители и замедлители химических реакций.

Отдельную группу добавок представляют пластификаторы, то есть смягчители. Их используют для понижения температуры при вулканизации и диспергирования других ингредиентов состава. И здесь может возникнуть другой вопрос – насколько добавки и сам каучук влияют на химическую безопасность формируемой смеси? То есть из чего делают резину с точки зрения экологической чистоты? Отчасти это действительно опасные для здоровья смеси, которые включают ту же серу, битумы и дибутилфталаты, стеариновые кислоты и т. д. Но часть ингредиентов представляют натуральные вещества – природные смолы, тот же каучук, растительные масла и восковые компоненты. Другое дело, что в разных смесях соотношение вредной синтетики и натуральных ингредиентов может меняться.

Этапы процесса изготовления резиновых изделий

Промышленное изготовление резины начинается с процесса пластификации сырья, то есть каучука. На этом этапе обретается главное качество будущей резины – пластичность. Посредством механической и термической обработки каучук смягчается до определенной степени. Из полученной основы в дальнейшем будет осуществлено производство резины, но перед этим пластифицированная смесь подвергается модификации рассмотренными выше добавками. На этой стадии формируется резиновый состав, в который добавляют серу и другие активные компоненты для улучшения характеристик состава.

Важным этапом перед вулканизацией является и каландрование. По сути, это формование сырой каучуковой смеси, прошедшей обогащение добавками. Выбор способа каландрирования определяет конкретная технология. Производство резины на этом этапе может предполагать также и выполнение экструзии. Если обычное каландрование ставит целью создание простых резиновых форм, то экструзия позволяет выполнять сложные изделия в виде шлангов , кольцевых уплотнителей , протекторов для автомобильных шин и т. д.

Вулканизация как завершающий этап производства

В процессе вулканизации заготовка проходит финальную обработку, благодаря которой изделие получает достаточные для эксплуатации характеристики. Сущность операции заключается в воздействии давления и высокой температуры на модифицированную каучуковую смесь, заключенную в металлическую форму. Сами формы устанавливаются в специальной автоклаве, подключенной к паровому нагревателю. В некоторых сферах производство резины может предусматривать и заливку горячей воды, которая стимулирует процесс распределения давления через текучую среду. Современные предприятия также стремятся к автоматизации этого этапа. Появляются все новые пресс-формы, которые взаимодействуют с подающими пар и воду форсунками на основе компьютерных программ.

Как производятся резинотехнические изделия?

Это комбинированные изделия, которые получаются путем соединения тканевых материалов с каучуковой смесью. В процессе изготовления резинотехнической продукции нередко используется паронит – гибридный материал, получаемый путем соединения термостойкой резины и неорганических наполнителей. Далее заготовка проходит обработку вальцеванием и вулканизацию. Получают резинотехнические изделия и с помощью шприц-машин. В них на заготовки оказывается термическое воздействие, после чего осуществляется пропуск по профилирующей головке.

Оборудование для процессов изготовления резины

Полный производственный цикл осуществляет целая группа машин и агрегатов, выполняющих разные задачи. Один лишь процесс вулканизации обслуживают котлы, прессы, автоклавы, форматоры и другие устройства, обеспечивающие промежуточные операции. Отдельный установки применяют для пластификации – типовая машина такого типа состоит из шипованного ротора и цилиндра. Вращение роторной части производится посредством ручного привода. Не обходится производство резины без варочных камер и каландровых агрегатов, которые осуществляют раскатку каучуковых смесей и термическое воздействие.

Заключение

Процессы изготовления резиновых изделий во многом стандартизированы как в плане механической обработки, так и в части химического воздействия. Но даже при условии использования одинаковых производственных аппаратов характеристики получаемых изделий могут быть разными. Это доказывает и резина отечественного производства, предлагающая разные наборы эксплуатационных свойств. Наибольшую долю резиновой продукции в российском сегменте промышленности занимают автомобильные шины. И в этой нише особенно ярко проявляются способности технологов к гибкой модификации составов в соответствии с жесткими требованиями к конечной продукции.

Выбирая детали, обращайтесь в РТИ-Промэкспорт , Наши изделия – стабильность и надежность вашего оборудования!

Не забывайте ставить "палец вверх" и подписываться на наш канал , чтобы получать больше полезной информации каждый день.

Над процессом создания шины работают шинные химики и конструкторы, от которых зависят секреты шинной рецептуры. Их искусство заключается в правильном анализе и выборе сырья, дозировке, комбинировании компонентов, в особенности для смеси протектора.

Все это достигается благодаря профессиональному опыту, компьютерному анализу и моделированию, усовершенствование рецептуры и технологии приготовления смесей – кропотливый труд, играющий важную роль в разработке шин, от которого зависит:

Уровень сцепления с дорожным полотном;
Надежность;
Рабочий ресурс;

Состав резиновой смеси и ее пропорции любого производителя шин — тайна за семью печатями.
Хорошо известно около 20 основных составляющих, рецептура зависит от назначения деталей шины и может включать в себя до 10 химикатов, начиная от серы и углерода и заканчивая каучуком.

2. СЫРЬЕ

КАУЧУКИ СИНТЕТИЧЕСКИЕ И НАТУРАЛЬНЫЕ

В пятерку крупнейших производителей натурального каучука входят:

Индонезия;
Таиланд;
Вьетнам;
Индия;
Китай;

Производимый из нефти синтетический каучук был изобретен немецкими химиками в 30-е гг. В настоящее время синтезируется несколько десятков различных синтетических каучуков. Каждый из них имеет свои характерные особенности и строгое назначение в разных деталях РТИ, как показало время и практика, единственным недостатком синтетического каучука является его дороговизна в сравнении с натуральным. На территории СССР не было возможности получать натуральный каучук из растений, а покупать его за границей приходилось за валюту. Это спровоцировало развитие богатой химии синтеза каучуков и других полимеров.

Процесс изготовления резины и резиновых деталей состоит из приготовления сырой резиновой смеси, получения из нее полуфабрикатов или деталей и их вулканизации. Этот процесс включает в себя следующие операции: вальцевание, каландрирование, получение заготовок, формование и вулканизацию, обработку готовых деталей.

Для приготовления сырой резины каучук разрезают на куски и пропускают через вальцы (рис. 7.1) для придания пластичности. Затем в специальных смесителях каучук смешивают с порошкообразными компонентами, входящими в состав резины (вулканизирующими веществами, наполнителями, ускорителями вулканизации и т.д.), вводя их в резиновую смесь точно по весовой дозировке. Перемешивание можно производить и на вальцах. Таким образом, получают однородную, пластичную и малоупругую массу – сырую резину. Она легко формуется, растворяется в органических растворителях и при нагревании становится клейкой.

Провальцованная сырая резина поступает на каландр (рис. 7.2), где получают листы заданной толщины. Из каландрованных листов заготовки деталей получают: вырезкой по шаблонам, вырубкой шанцевыми ножами, формованием на шприц-машине.

Для изготовления резиновых деталей формовым способом используют гидравлические вулканизационные прессы с электрообогревом. Прессование производят в пресс-формах методами прямого и литьевого прессования. Литье под давлением применяют для изготовления деталей сложной конфигурации.

Для получения прочных высокоэластичных изделий (покрышек, трансмиссионных лент, ремней, рукавов) резиновую смесь наносят на высокопрочные ткани (корд, бельтинг) из хлопчатобумажного, полиамидного или полиэфирного волокна. Для сцепления резины с тканью применяют способы напрессования или пропитывания. В первом случае тонкие листы каландрованной резины на специальных дублировочных каландрах напрессовывают на ткань. Во втором случае ткань пропитывают раствором резиновой смеси (резиновым клеем) и сушат для удаления растворителя. Прорезиненную ткань раскраивают, собирают в пакеты и прессуют в изделия.

Многие резиновые изделия армируют металлическими деталями. Металлические детали (за исключением латунных) не обладают адгезией к резине, поэтому легко вырываются из изделия. Чтобы увеличить адгезию металлической арматуры к резине, на металл наносят клеевую пленку или осуществляют латунирование.

Любой процесс формования заканчивается процессом вулканизации (нагревания с серой). Каучук состоит из линейных молекул. При нагревании с серой происходит укрупнение молекул и образование сетчатой структуры молекул, при этом каучук превращается в резину. В резине, кроме линейных, есть двух- и трехмерные молекулы.

Усложнение и укрупнение молекул приводит к тому, что вещество приобретает упругость, без снижения эластичности, а, кроме того, и стойкость к термическим и химическим воздействиям. Кроме того, в резину добавляют сажу, которая увеличивает его прочность.

Длительность и температура вулканизации зависит от рецептуры резиновой смеси (от типа каучука и эффективности введенного ускорителя). Обычно вулканизацию проводят при температуре 120 – 150 °С.

При формовании деталей вулканизация их производится в пресс-формах на вулканизационных гидравлических прессах с паровым или электрическим обогревом. Формовой метод вулканизации дает более плотную, однородную структуру, более точные размеры и более гладкую поверхность резинового изделия. При невозможности вулканизации в пресс-форме, особенно изделий, полученных на шприц-машине накатыванием и дублированием, вулканизацию проводят в вулканизационном котле.

Почти все синтетические каучуки получают методом эмульсионной полимеризации в водных средах. Размеры образующихся в этих условиях частиц полимера получаются близкими к размерам коллоидных частиц. В присутствии специально вводимых веществ (эмульгаторов) частицы полимеров образуют устойчивую эмульсию полимера в воде, которая называется латексом.

В настоящее время выпускается большое количество латексов, из которых можно непосредственно изготавливать резиновые изделия. Латексы применяются для получения фрикционных изделий, для пропитки корда, для изготовления шлифовальных камней, резиновых нитей, эластичных волосяных подушек, перчаток, воздушных шаров, тонкостенных изделий, для замены клеев эластичными пастами, для получения резиновых пеноматериалов. Для получения резиновых изделий толщиной не более 0,2 мм форму (обычно стеклянную) несколько раз погружают в латекс. После каждого погружения на форме остается слой латекса, из которого высушиванием удаляют воду.

Процесс изготовления изделий из латексов состоит из следующих операций: смешивания латекса с вулканизирующими агентами и другими компонентами резиновой смеси; высаживания резины на форму в виде пленки; вулканизации.

Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00

Привычным способом создания резины стал процесс вулканизации, который представляет собой превращение в резину каучука. Если рассматривать вулканизационный процесс с точки зрения химии, тогда он считается соединением гибких каучуковых молекул в трехмерную сетку пространства.

К настоящему моменту технология производства резины в себя включает несколько этапов:

формирование вулканизационной сетки
индукционный этап
реверсия

В процессе производства резины, исходный материал меняет свойства, растут данные прочности, эластичности и других характеристик эксплуатации. Достижение самого лучшего сочетания суммы физических и механических свойств создаваемой резины называют оптимумом вулканизации.

По большей части, соблюдение технологии создания резины предполагает участие в процессе вулканизации не совсем чистого каучука, а его смеси с разными добавками, модификаторами, которые позволяют добиться повышения свойств резины. В числе этих добавок сажа, мел, разные смягчители, другие вещества.

Наиболее часто процесс вулканизации каучука проходит с соблюдением довольно высоких температур в границах 140-300°C (это "горячая" вулканизация), но в случае производства герметиков температура составлять может 20°C (это "холодная" вулканизация). К тому же, нагревание каучуков случается при использовании простой серы. По большей части, серная вулканизация применяется, когда исходное сырье - диеновые каучуки.

Серная вулканизация – это процесс создания резины, широко применяемой для создания камер для автомобилей, некоторых разновидностей обуви и других изделий из резины.

В процессе производства резины важное значение отводится катализаторам, которые значительно ускоряют процесс вулканизации. Катализаторы бывают различными, но от применяемого числа и разновидности вещества напрямую зависит скорость протекания вулканизации, а также свойства уже готового материала.

Больше всего в промышленности как катализатор используются замещенные сульфенамиды, тиазолы. Конкретно говаоря, тиазолы помогают повышать резине такое свойство, как сопротивляемость термоокислительному старению, а вот сульфенамиды помогают обеспечить монолитность изделия, понижают риск преждевременной вулканизации.

Все чаще в момент производства резины применяются разные добавки, которые улучшают характеристики эксплуатации готового изделия. Именно по этой причине расширяется использование в качестве подобных добавок органических олигоэфиракрилатов и пероксидов.

Помимо этого, произвести вулканизацию можно за счет воздействия ионизирующей радиации. Данная технология производства резины вместе с серной вулканизацией дает возможность производить резину, которая обладает высокой степенью термостойкости.

Читайте также: