Ukrayna ta'lim va fan vazirligi donetsk milliy universiteti kimyo fakulteti

Рис. 3. Схема поточной линии одностадийного приготовления резиновых смесей с индивидуальной автоматической развеской: 1,2 — щиты ручного и автоматического управлення; 3 — бункера для технического углерода; 4 — бункер для регенерированной пыли; 5,11,16,23,27 — автоматические весы; 6 — промежуточная емкость; 7 — бункер для рубракса; 8 — кольцевые трубопроводы для пластификаторов (на схеме не показаны); 9 — емкости для пластификаторов; 10 — электромагнитные вентили; 12, 17 — сборные емкости; 13 — инжектор; 14 — резиносмеситель; 15 — бункера для серы и ускорителей; 18 — пылесборник; 19 — контейнер; 20 — шлюзовой затвор; 21 — шнековый питатель; 22 — бункера для сыпучих химикалий; 24 — загрузочный ленточный транспортер, 25 — циклон; 26 — расходные бункера для гранулированных каучуков; 28 — весы с подвижной платформой [1].

Для получения резиновых смесей каучук и ингредиенты смешивают до образования однородной массы. В процессе смешения система с упорядоченным расположением ингредиентов превращается в систему с неупорядоченным, статистически случайным распределением.

Простое смешение рассматривается как процесс, в результате которого происходит только изменение первоначального распределения компонентов в объеме. При простом смешении энтропия системы возрастает; при этом физическое состояние компонентов не изменяется. Большинство порошкообразных ингредиентов, особенно технический углерод; вводят в смесь в виде более или менее крупных агломератов, поэтому процесс смешения сопровождается диспергированием (измельчением) этих компонентов.

Процесс смешения включает несколько этапов: измельчение твердых компонентов; введение компонентов в каучук; диспергирование агломератов; смешение [6].

Механизм смешения компонентов можно рассматривать как деформацию многокомпонентной системы, в результате которой уменьшается толщина полос (слоев) смешиваемых материалов и увеличивается поверхность контакта между ними. Сдвиговые деформации в системе при смешении должны происходить до тех пор, пока толщина слоев не станет достаточно малой, т. е. в предельном случае не достигнет размера частиц диспергируемой фазы.

Процесс смешения каучука с ингредиентами сопровождается рядом физико-химических и химических явлений, которые существенно влияют на состояние смеси и само смешение. При смешении происходит диффузия и растворение некоторых компонентов в смеси, что приводит, с одной стороны, к более равномерному их распределению, а с другой (особенно при введении пластификаторов), — к существенному уменьшению вязкости, снижению напряжений сдвига и изменению других реологических характеристик смеси. В случае введения некоторых порошкообразных нерастворимых в каучуке ингредиентов (технического углерода) возможно существенное увеличение вязкости смеси вследствие образования прочной саже-каучуковой структуры (саже-каучуковый гель), гидродинамических эффектов и главным образом в результате адсорбции каучуков на поверхности частиц наполнителей, а также хемосорбции, активированной механическими напряжениями.

В процессе смешения резиновая смесь вследствие внутреннего трения интенсивно разогревается, что приводит к снижению вязкости смеси и уменьшению напряжений сдвига, ускорению термоокислительных процессов, а также к преждевременной вулканизации смеси.

Действие различных факторов, определяющих процесс смешения, часто оказывается взаимно противоположным, поэтому выбирать режим смешения следует в соответствии с применяемым оборудованием, учитывая состав резиновой смеси, требования, предъявляемые к качеству смеси, и экономические показатели процесса смешения.

Для получения резиновой смеси высокого качества необходимо в процессе смешения: обеспечить деформацию и напряжение сдвига, достаточные для смешения и диспергирования, но не приводящие к перепластикации смеси; определить оптимальные температурные условия процесса, от которых зависят напряжения сдвига, расход энергии при смешении, термоокислительная деструкция каучука и подвулканизация резиновой смеси, а также обеспечить высокую интенсивность процесса, определяющую производительность труда.

Из-за высокой вязкости резиновых смесей их готовят не обычным перемешиванием компонентов, а растиранием и продавливанием через узкие щели между валками, или через отверстия на специальных вальцах или в закрытых резиносмесителях роторного устройства [7].

В современной технологии для приготовления резиновых смесей вальцы используют ограниченно. Они находят применение на предприятиях с малым объемом производства, с большим ассортиментом изделий, для приготовления смесей на основе некоторых каучуков специального назначения (фторкаучуков, акрилатных каучуков и др.), а также для приготовления резиновых смесей с волокнистыми наполнителями.

Для получения резиновой смеси на вальцах каучук и другие ингредиенты загружают на валки, которые вращаются по направлению к зазору между ними. Слои каучука, соприкасающиеся с поверхностью валков, за счет сил адгезии и трения затягиваются в зазор между валками со скоростью, соответствующей окружной скорости валков. Каждый следующий слой каучука или резиновой смеси, соприкасающийся с предыдущим слоем, за счет когезионных сил также увлекается в зазор вальцов, но со скоростью, постепенно уменьшающейся по мере удаления этого слоя от поверхности валков (рис. 4). Таким образом, в пространстве над зазором на поверхности каждого из двух валков всегда имеется «запас» каучука или резиновой смеси, скорость движения слоев в котором постепенно убывает по мере удаления их от поверхности соответствующего валка. На некотором расстоянии от минимального зазора слои материала встречаются, и часть смеси, не проходящая в зазор, начинает выталкиваться обратно из межвалкового клина, образуя противоток, «вращающийся запас», а слои материала, прилегающие к поверхности валков, затягиваются в зазор.