Производство и применение резинотехнических изделий
Покупка
Тематика:
Химическая промышленность
Издательство:
Профессия
Под ред.:
Бхати С. Ч.
Пер., под ред.:
Красовский В. Н.
Год издания: 2013
Кол-во страниц: 480
Дополнительно
Вид издания:
Практическое пособие
Уровень образования:
ВО - Кадры высшей квалификации
ISBN: 5-93913-089-5
Артикул: 079485.02.01
Вкниге приводятся сведения о конструкциях, применяемом оборудовании и техно логических процессах производства основных видов резиновых технических изделий
(приводные ремни, конвейерные ленты, шины, рукава, кабели, детали для машин, про резиненные ткани и др.). Значительное внимание уделено принципам составления резиновых смесей, выбору материала и контролю при его переработке. Книга адресована специалистам промышленной переработки резин, разработчи
кам РТИ, технологам, механикам, а также реподавателям и студентам профильных специальностей.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Handbook of
Rubber Technology
Volume 2 Processing, Compounding, Manufacturing and Uses of Rubber
J.M. Martin
M.Sc., Ph.D., C.Eng.
W.K. Smith
C.Eng
Edited by
S.C. Bhatia
B E. (Chemical). M В A
CBS
CBS PUBLISHERS & DISTRIBUTORS
NEW DELHI ° BANGALORE
Дж.М. Мартин, У.К. Смит, С. Ч. Бхати (ред.)
ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
Перевод с английского под редакцией Красовского В.Н.
Санкт-Петербург
2013
JUtMTr
CW»W<M’Er»rf*OC
•'.=<ХРЛМЫ
ПРОФЕССИЯ
УДК 678.06
ББК 35.728Англ
М29
М29 Мартин Дж.М., Смит У.К. Производство и применение резинотехнических
изделий / С.Ч. Бхати; под ред. Красовского В.Н. — СПб.: ЦОП «Профессия», 2013. — 480 стр., ил.
ISBN 5-93913-089-5
ISBN 81-239-1054-1 (англ.)
В книге приводятся сведения о конструкциях, применяемом оборудовании и технологических процессах производства основных видов резиновых технических изделий (приводные ремни, конвейерные ленты, шины, рукава, кабели, детали для машин, прорезиненные ткани и др.). Значительное внимание уделено принципам составления резиновых смесей, выбору материала и контролю при его переработке.
Книга адресована специалистам промышленной переработки резин, разработчикам РТИ, технологам, механикам, а также ре под а на гелям и студентам профильных специальностей.
УДК 678.06
ББК35.728Англ
/\Н rights reserved. No parts of this book may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or any information storage and retrieval system, without permission, in writing, from the publisher.
Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.
ISBN 81-239-1054-1 (англ.)
ISBN 5-93913-089-5
© CBS Publishers & Distributors, 2004
Изд-во «Профессия», 2006
© ЦОП «Профессия», 2013: перевод, оформление
Содержание
ГЛАВА 1. Смесительное оборудование для производства резиновых смесей........... 9
Введение..................................................................... 9
Вальцы....................................................................... 9
Закрытые смесители (теория смешения)........................................ II
ГЛАВА 2. Пластикация и смешение............................................... 16
Введение.................................................................... 16
Пластикация............................................................... 16
Повторное вальцевание....................................................... 20
Смешение синтетических каучуков............................................. 21
ГЛАВА 3. Экструзия............................................................ 29
Введение.................................................................. 29
Шнековые экструдеры......................................................... 29
Плунжерные экструдеры....................................................... 31
Экструзионная технология.................................................... 33
Вулканизация экструдатов.................................................... 34
Разработка пористых смесей для экструзии.................................... 45
ГЛАВА 4 . Каландрованне....................................................... 49
Введение.................................................................... 49
Процесс каландровання ткани с резиновой смесью.............................. 49
ГЛАВА 5. Нанесение покрытий на ткани.......................................... 60
Введение.................................................................... 60
Адгезия резины и тканей..................................................... 60
Волокно и характеристики ткани.............................................. 71
Технология нанесения покрытий............................................... 72
ГЛАВА 6. Формование и отделка резиновых деталей............................... 91
Введение.................................................................... 91
Заготовка................................................................... 91
ГЛАВА 7. Составление смесей и их ингредиенты................................. 115
Введение................................................................... 115
Ишрсдиенты и рецептура смеси............................................... 116
Выбор ингредиентов......................................................... 119
Составление смесей......................................................... 120
Планирование эксперимента.................................................. 123
Обработка дани ............................................................ 123
ГЛАВ/Х 8. Составление смесей в соответствии с требованиями переработки и свойствами вулканизата............................................................. 126
Введение................................................................... 126
Регулирование вязкости..................................................... 127
Составление рецептур для получения определенных свойств вулканизата........ 129
Экологические требования при составлении рецептур.......................... 140
ГЛАВА 9. Некоторые проблемы соединения резины и металла...................... 142
Введение................................................................... 142
Намерение прочности адгезии................................................ 143
Параметры испытаний........................................................ 146
Влияние переменных параметров рецептуры на характеристики соединения....... 147
Зависимость от типа технического углерода.................................. 150
Содержание ГЛАВА 10. Технология изготовления шли......................................... 158 Введение.................................................................... 158 Удовлетворение запросов потребителей........................................ 161 Резиновая смесь и ее основные свойства...................................... 163 Разработка резиновых смесей................................................. 166 Технологические добавки..................................................... 171 Стабилизация смесей: антиоксиданты и антиозонанты........................... 172 Разработка матрицы смеси для упрочненного композиционного материала......... 173 Конструирование шин......................................................... 181 Структура шины.............................................................. 182 Анализ эксплуатационных параметров.......................................... 186 Производство тин............................................................ 193 Оценка тин.................................................................. 195 Перспективные направления развития.......................................... 199 Глава 11. Технология обуви.................................................... 203 Введение.................................................................. 203 ГЛАВА 12. Технология конвейерных лент......................................... 227 Введение.................................................................... 227 Материалы................................................................... 227 Конструкции конвейерных лент................................................ 230 Свойства конвейерных лент................................................... 234 Стандарты качества ленты.................................................... 238 Выбор лент................................................................. 240 Изготовление конвейерных лент............................................... 241 Соединения ленты............................................................ 245 ГЛАВА 13. Клиновые ремни...................................................... 247 Введение.................................................................... 247 Компоненты и функции клиновых ремней........................................ 247 Подготовка ткани............................................................ 265 ГЛАВА 14. Технология рукавов и шлангов........................................ 283 Введение.................................................................... 283 Гидравлический шланг высокого давления...................................... 283 Шланги с металлической оплеткой............................................. 286 Спиральные шланги......................................................... 289 Шланг для горячей воды...................................................... 290 Напорные шланги............................................................. 291 Гидравлические шланги из термопластичных материалов............................................... 292 Автомобильные шланги........................................................ 294 Промышленные шланги......................................................... 298 ГЛАВА 15. Технология изготовления резиновых спортивных товаров................ 301 Введение.................................................................... 301 Мячи для гольфа............................................................. 301 Теннисные мячи.............................................................. 307 Мячи для сквоша............................................................. 312 Резиновые покрытия ракеток для настольного тенниса.......................... 313 ГЛАВА 16. Технология кабелей.................................................. 315 Введение.................................................................... 315 Элементы конструкции кабелей с полимерной изоляцией......................... 315
Содержание 7 ГЛАВА 17. Материалы для склеивания резины с металлом......................... 331 Введение................................................................... 331 Резинометаллические узлы................................................... 332 Материалы.................................................................. 334 Методы изготовления........................................................ 337 Прессование в формах....................................................... 339 Адгезивы................................................................... 340 Проведение испытаний....................................................... 344 ГЛАВА 18. Виброизоляторы и опоры............................................. 347 Введение................................................................... 347 Принципы виброизоляцни..................................................... 347 Технология изготовления.................................................... 353 ГЛАВА 19. Обрезиненные валы.................................................. 360 Введение................................................................... 360 Конструирование обрезиненных валов и выбор материалов...................... 361 Изготовление обрезиненных валов............................................ 366 Специальные комментарии.................................................... 376 Валы для промышленности.................................................... 380 ГЛАВА 20. Технология уплотнений.............................................. 390 Введение................................................................... 390 Физико-химические свойства................................................. 390 Конструкции уплотнений..................................................... 392 Условия эксплуатации....................................................... 394 Наполнители................................................................ 397 Влияние окружающей среды на уплотнение..................................... 397 Формование................................................................. 401 ГЛАВА 21. Применение РТИ в автомобилях....................................... 402 Введение................................................................... 402 Применение РТИ............................................................. 402 Автомобильные стандарты для материалов..................................... 407 Термопластичные эластомеры................................................. 407 ГЛАВА 22. Термопластичные эластомеры в автомобилестроении.................... 409 Введение.................................................................. 409 Термопластичные эластомеры................................................ 409 Термоп л астич н ы й ву л кан 11 зат и термопластичные эластомеры............................................... 410 Специфические применения термопластичных вулканизатов для автомобилестроения. . 411 Другие применения в автомобилестроении.................................... 413 ГЛАВА 23. Кабели высокого напряжения......................................... 414 Введение.................................................................. 414 Изоляционные материалы.................................................... 414 Конструкция сложных кабелей системы зажшания.............................. 417 Специальные высоковольтные кабели системы зажигания для высокотемпературных применений................................................................. 417 Результаты испытаний...................................................... 418 ГЛАВА 24. Использование рез>шы и композиционных полимерных материалов в авиакосмической промышленности ..................................................... 419 Введение................................................................... 419
Содержание Резиновые компоненты........................................................ 420 Композитные материалы....................................................... 422 ГЛАВА 25. Специальные применения полимеров и каучуков......................... 429 Введение.................................................................... 429 Полимерные материалы в электротехнике и электронике......................... 430 Полимеры в сельском хозяйстве и садоводстве................................. 434 Полимеры в бытовой и офисной технике........................................ 436 Полимерные матералы в медицинских и медикобиологических применениях......... 438 Полимерные материалы, применяемые на море................................... 440 Полимерные материалы в спорте............................................... 441 Эксан, полиолефин с радиационным «сшиванием», для специальных применений.... 443 Специальные полимерные материалы в дорожных применениях..................... 444 ГЛАВА 26. Антистатические и проводящие резиновые изделия...................... 446 Введение.................................................................... 446 Терминология................................................................ 446 Генерация статических зарядов............................................... 447 Антистатические приложения.................................................. 447 Составление смесей.......................................................... 450 Переработка................................................................. 453 ГЛАВА 27. Применение резины в опорах и кранцах мостов......................... 456 Введение.................................................................... 456 Рестина в опорах для мостов................................................. 456 Резина в кранцах мостовых опор.............................................. 457 Изоляторы на самолетах, судах и машинах..................................... 459 Резина в стоительстве....................................................... 461 Резина в упаковке........................................................... 462 ГЛАВА 28. Самоклеющиеся ленты и контактные клеи из смеси каучука со смолой .... 465 Введение.................................................................... 465 Компоненты контактных клеев................................................. 465 Клеи на основе НК с растворителем........................................... 466 Клеи на основе натурального латекса......................................... 469 Подложка.................................................................... 470 Динамические характеристики смесей каучука со смолой........................ 471 Предметный указатель........................................................ 474
ГЛАВА 1
СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ
Введение
В производстве резиновых изделий полимеры в «чистом» виде не используются — в ходе их подготовки выполняют ряд операций, которые изменяют их физическую форму или химический состав. Процесс смешения является основой технологии производства резиновых изделий. Если смесь плохо приготовлена (смешана), на следующих этапах изготовления изделия проблемы неизбежны. Поэтому важно понимать не только технологию, теорию и практику смешения, но и протекающие здесь физические процессы.
Для получения определенных свойств к полимеру при переработке и вулканизации добавляют разнообразные вещества. Когда композиция содержит все необходимые ингредиенты, она называется резиновой смесью. Смешение резиновой смеси обычно выполняется по периодическому циклу и на таком оборудовании, как двухвалковые вальцы и закрытые смесители.
Вальцы
Промышленная переработка резиновой смеси с помощью двухвалковых вальцев была начата более ста лет назад. И в настоящее время конструкции вальцев в основном остаются неизменными, отличия возможны только в разного рода модификациях и усовершенствованиях; осн валков параллельны, а расстояние между ними (зазор двухвалковых вальцев) можно регулировать с помощью винтов, передвигая опоры переднего валка.
Первоначально вальцы были двухскоростными и приводились в движение паровым двигателем; сейчас используется электродвигатель, а вальцы имеют одну ско
ГЛАВА 1 рость. В некоторых отраслях для быстрого предварительного нагрева резиновой смеси используются частично или полностью рифленые задние валки. Фрикция вальцев Валки обычно вращаются с различной скоростью, причем фрикция (отношение окружных скоростей валков) зависит от цели, для которой вальцы используются. Для получения смеси на основе натурального каучука обычно соотношение переднего валка к заднему равно 1 : 1.25. Высокие фрикции используются при размалывании смесей. Смешение некоторых синтетических каучуков (например, бутилкаучука) лучше всего достигается при почти равных скоростях валков, однако большинство из них довольно трудно смешивать на вальцах — в этих случаях используют закрытые смесители. Охлаждение валков Смешение резиновых смесей обычно проводится при температуре около 70 °C. Для предотвращения возрастания температуры обрабатываемого материала и отвода избыточного количества теплоты па вальцах предусмотрена система водяного охлаждения. Охлаждению подвергаются валки вальцев. В зависимости от способа отвода охлаждающей воды из полости валков различают два способа охлаждения - открытый и закрытый. При открытом способе охлаждения валков вальцев вода под давлением поступает во внутреннюю полость валка по центральной трубе. В трубе по длине бочки валка имеются отверстия диаметром 2-5мм. В нижней части валка собирается некоторое количество воды до определенного уровня. Далее вода через отверстие в торце валка, сливается через воронку в специальный сборник и далее в водооборот или канализацию. Закрытый способ охлаждения валков вальцев заключается в том, что охлаждающая вода полностью заполняет внутреннюю полость валка. При открытом способе отвода охлаждающей воды обеспечивается более интенсивное охлаждение за счет увеличенной скорости движения воды по поверхности теплообмена. Система охлаждения валков с закрытым сливом более сложна по конструкции и в эксплуатации. Поэтому наибольшее распространение получила система охлаждения вальцев с открытым сливом. Безопасность вальцев Вальцы обычно снабжены рядом устройств защиты оператора и валков. Для защиты оператора используется штанга аварийного останова. Она установлена на уровне груди и блокирует валки, если к ней приложено давление. Валки защищают с помощью чугунных пластин между винтами, регулирующими зазор вальцев, и корпусами подшипников концов валков. Сейчас чугунные ила-
Смесительное оборудование для производства резиновых смесей
11
стины все чаще заменяют гидравлической системой разгрузки, которая позволяет в случае перегрузки увеличивать зазор вальцев.
Вспомогательные устройства
Для сбора материала, выгруженного из смесителя, иод валками устанавливается металлический поддон. Кроме того, для предотвращения загрязнения резины вальцы оборудованы направляющими, закрепленными на концах валков.
Другие приспособления
1. Смеситель сырья — устройство для автоматического смешения резиновой смеси без вмешательства оператора.
2. Ножи, которые используются для разрезания материала на полоски перед его подачей в другое оборудование (например, экструдер холодного питания).
3. Ножи для снятия мягких и липких смесей.
Закрытые смесители (теория смешения)
С развитием резиновой промышленности вальцы были постепенно заменены машинами, которые отличаются универсальностью, высокой скоростью смешения и производительностью — закрытыми смесителями. Рассмотрим их устройство. Закрытая смесительная камера и роторы снабжены полостями для термостатирования. Корпус имеет форму' разделенного двойного цилиндра, в котором два ротора вращаются в противоположных направлениях. Резиновая смесь смешивается между' стенками камеры и роторами, а также между самими роторами. При этом она находится под давлением, которое создает пневматический плунжер.
Для лучшего понимания процесса смешения, протекающего в закрытом смесителе, его можно описать следующим образом. Смешение сопровождается четырьмя различными действиями: а) размалывание; б) замешивание; в) продольное перемещение; г) поперечное перекрытие (рис. 1.1). Между стенкой камеры и гребнем ротора материал подвергается деформации сдвига — «размазывание* материала по периферии камеры.
Качество смешения повышается благодаря спиральной форме гребне»! ротора, обеспечивающей перемещение материала к центру смесительной камеры (продольное перемещение). Из-за разных скоростей роторов между ними происходит интенсивное смешение материала и движение с одной стороны камеры в другую (поперечное перекрытие). Эти четыре действия вместе с соответствующим регулированием температуры смесительной камеры обеспечивает высокое качество смесей! при относительно малой продолжительности смешения.
ГЛАВА 1 Виды закрытых смесителей Закрытые смесители бывают двух видов (рис. 1.2). Первый — смеситель Бенбери. который имеет фрикцию между роторами 1 : 1.11. Роторы не связаны между собой, и смешение выполняется между ротором и стенкой камеры. Другой вид — сме Продольное перемещение Размалывание Замешивание Поперечное перекрытие Рис. 1.1. Поперечное перекрытие Рис. 1.1. Поперечное перекрытие
Смесительное оборудование для производства резиновых смесей
13
ситель «интермикс», в котором роторы вращаются с одинаковой скоростью, а фрикция возникает благодаря лопастям, которыми они оснащены.
Смешение происходит между роторами, так как когда роторы сцеплены, материалу трудно проходить между ними. Пластикация каучука при этом лучше, вязкость ниже, а диспергирование лучше, чем в смесителе Бенбери. Это идеальный смеситель для смесей с большим количеством наполнителя и невысоким содержанием масла, но его производительность невелика. В смесителях с несцеплснными роторами материалы легко проходят через роторы, поэтому их производительность значительно выше.
Конструкция роторов
Конструкция ротора закрытого смесителя претерпела много изменений. Последняя из модификаций - четырехлопастный ротор. Он превосходит двухлопастный ротор по фактической производительности. При одинаковых скоростях вра
щения использование четырехлопастного ротора позволяет сократить время смешения. Требуемое увеличение мощности компенсируется возросшей производитель
ностью потребление мощности на килограмм продукции остается прежним.
Поэтому, ориентируясь на высокую производительность, приготовление «маточной» смеси обычно проводят с помощью четырехлопастного ротора, однако готовую смесь лучше получать в смесителях с двухлопастным ротором. Температура в этом случае растет медленнее, а значит, снижается вероятность возникновения полвулканизации.
Описание смесителей
Частота вращения ротора
Диапазон частоты вращения ротора в закрытых смесителях (рис. 1.3) составляет 20-30 об/мин. Регулировка частоты проводится с помощью традиционного редуктора. Установлено, что для достижения необходимого уровня смешения требуется определенное число оборотов ротора. Время смешения в смесителе прямо пропорционально числу оборотов ротора. Поэтому, меняя число оборотов, можно регулировать цикл смешения. Небольшое регулирование требуется и
Рис. 1.3. Схематическое изображение смесителя Бенбери в разрезе
в зависимости от природы смешиваемых ингредиентов смеси и типов применяемых каучуков.
ГЛАВА 1 Давление плунжера Давление, приложенное к плунжеру, также влияет на производительность процесса. С увеличением давления уменьшаются пустоты в смесителе, растет скорость вовлечения материала роторами и, следовательно, сокращается время цикла смешения. Кроме того, рост давления плунжера улучшает контакт ингредиентов в смесителе и тем самым обеспечивает более быстрое включение их в смесь. Таким образом, смесь меньше подвержена крошению и дает лучшую воспроизводимость при смешении. Заметим, что существует максимум давления плунжера, любое значение выше которого уже не приводит к существенному повышению производительности, так как пустоты в смесителе уже заполнены, а также достигнут максимальный контакт роторов с материалом и между ингредиентами смеси. Нижний затвор Затворы бывают задвижные (скользящие) и откидные. Откидная конструкция предпочтительнее, так как из-за вероятного налипания смеси скользящую крышку может заклинить, что приведет к снижению производительности. Регулирование температуры смесителя Регулирование рабочей температуры смесителя помогает избежать деформации резиновой смеси и оптимизировать цикл смешения, а отсутствие возможности регулировать температуру отдельных элементов смесителя не позволяет контролировать ход процессов, происходящих в смеси при переработке твердых и вязких масс. Основная задача регулирования температуры — поддерживать ее на таком уровне, который в сочетании с достаточно высоким коэффициентом трения между материалом и стенкой смесителя даст самое низкое ее значение, позволит достичь высокой турбулентности и максимального усилия сдвига. Кроме того, здесь важно, чтобы поток смеси через элементы смесителя был нелинейным и в полной мере проявлялся эффект воздействия среды, дополнительно обеспечивающей регулирование температуры. Среднюю температуру смеси обычно регистрируют с помощью двух термопар, установленных по сторонам корпуса смесителя. Работа с партией смеси Смесь извлекается из смесителя в форме листа, который охлаждается воздухом или холодной водой, и проходит через специальный раствор для предотвращения прилипания. Иногда для переработки готовой смеси, выгруженной из смесителя, очень удобно использовать вальцы или экструдер.