Основні закономірності процесу вулканізації каучуків різної природи

Основні способи вулканізації каучуків. Для проведення основного хімічного процесу гумової технології – вулканізації – застосовуються вулканізуют агенти. Хімізм процесу вулканізації полягає в утворенні просторової сітки, що включає лінійні або розгалужені макромолекули каучуку і поперечні зв’язку. Технологічно вулканізація полягає в обробці гумової суміші при температурах від нормальної до 220 ° С під тиском і рідше без нього.

У більшості випадків промислова вулканізація проводиться вулканізуючими системами, що включають вулканізуючий агент, прискорювачі і активатори вулканізації і сприяють більш ефективному протіканню процесів утворення просторової сітки.

Хімічна взаємодія між каучуком і вулканизующего агентом визначається хімічною активністю каучуку, тобто ступенем ненасиченості його ланцюгів, наявністю функціональних груп.

Хімічна активність ненасичених каучуків обумовлена ​​наявністю в основному ланцюзі подвійних зв’язків і підвищеною рухливістю атомів водню в # 945; -метіленових групах, сусідніх з подвійним зв’язком. Тому ненасичені каучуки можна вулканізувати усіма сполуками, що взаємодіють з подвійним зв’язком і сусідніми з нею групами.

Основним вулканизующего агентом для ненасичених каучуків є сірка, яка зазвичай використовується у вигляді вулканизующего системи спільно з прискорювачами і їх активаторами. Крім сірки можна використовувати органічні та неорганічні пероксиди, алкілфенолформальдегідние смоли (АФФС), діазосполуки, полігалоїдних з’єднання.

Хімічна активність насичених каучуків істотно нижче активності ненасичених, тому для вулканізації потрібно використовувати речовини з високою реакційною здатністю, наприклад різні пероксиди.

Вулканізація ненасичених і насичених каучуків може проводитися не тільки в присутності хімічних вулканізуючих агентів, але і під впливом фізичних впливів, що ініціюють хімічні перетворення. Це випромінювання високих енергій (радіаційна вулканізація), ультрафіолетове випромінювання (фотовулканізація), тривалий вплив високих температур (термовулканізація), дія ударних хвиль і деяких інших джерел.

Каучуки, що мають функціональні групи, можна вулканізувати по цих групах за допомогою речовин, що взаємодіють з функціональними групами з утворенням поперечної зв’язку.

Основні закономірності процесу вулканізації. Незалежно від типу каучуку і застосовуваної вулканизующего системи в процесі вулканізації відбуваються деякі характерні зміни властивостей матеріалу:

• Різко зменшується пластичність гумової суміші, з’являється міцність і еластичність вулканизатов. Так, міцність сирої гумової суміші на основі НК не перевищує 1,5 МПа, а міцність вулканізованого матеріалу – не менше 25 МПа.

• Істотно знижується хімічна активність каучуку: у ненасичених каучуків зменшується кількість подвійних зв’язків, у насичених каучуків і каучуків з функціональними групами – число активних центрів. За рахунок цього підвищується стійкість вулканизата до окислювальних і іншим агресивним впливам.

• Збільшується стійкість вулканізованого матеріалу до дії знижених і підвищених температур. Так, НК твердне при 0 ° С і стає липким при + 100 ° С, а вулканизат зберігає міцність і еластичність в температурному інтервалі від -20 до + 100 ° С.

Такий характер зміни властивостей матеріалу при вулканізації однозначно свідчить про протікання процесів структурування, що закінчуються формуванням тривимірної просторової сітки. Для того щоб вулканизат зберіг еластичність, поперечні зв’язку повинні бути досить рідкісними. Так, в разі НК термодинамічна гнучкість ланцюга зберігається, якщо одна поперечна зв’язок доводиться на 600 атомів вуглецю основному ланцюзі.

Процес вулканізації характеризується також деякими загальними закономірностями зміни властивостей в залежності від часу вулканізації при постійній температурі.

Оскільки найбільш істотно змінюються в’язкі властивості сумішей, для дослідження кінетики вулканізації використовують зсувні ротаційні віскозиметри, зокрема реометри Монсанто. Ці прилади дозволяють досліджувати процес вулканізації при температурах від 100 до 200 ° С протягом 12 – 360 хв з різними зсувними зусиллями. Самописець приладу виписує залежність крутного моменту від часу вулканізації при постійній температурі, тобто кінетичну криву вулканізації, що має S-подібну форму і кілька ділянок, відповідних стадіях процесу (рис. 3).

Перша стадія вулканізації називається індукційним періодом. стадією подвулканізаціі або стадією передчасної вулканізації. На цій стадії гумова суміш повинна зберігати плинність і добре заповнювати всю форму, тому її властивості характеризуються мінімальним моментом зсуву Ммин (мінімальна в’язкість) і часом ts. протягом якого зсувний момент збільшується на 2 одиниці в порівнянні з мінімальним.

Тривалість індукційного періоду залежить від активності вулканізаційної системи. Вибір вулканизующего системи з тим чи іншим значенням ts визначається масою вироби. При вулканізації відбувається спочатку прогрів матеріалу до температури вулканізації, і внаслідок низької ТЕПЛОПРОМ-водності каучуку час прогріву пропорційно масі вироби. З цієї причини для вулканізації виробів великої маси повинні вибиратися вулканізуют системи, які забезпечують досить тривалий індукційний період, а для виробів з малою масою – навпаки.

Друга стадія називається головним періодом вулканізації. По завершенні індукційного періоду в масі гумової суміші накопичуються активні, які призводять до швидке структурування і. відповідно наростання крутного моменту до деякого максимального значення Ммакс. Однак завершенням другої стадії вважається не час досягнення Ммакс. а час t90. відповідне М90. Цей момент визначається за формулою:

де # 8710; М – різниця крутних моментів (# 8710; М = Ммакс – Ммин).

Час t90 – це оптимум вулканізації, величина якого залежить від активності вулканизующего системи. Кут нахилу кривої в головному періоді характеризує швидкість вулканізації.

Третя стадія процесу називається стадією перевулканизации. якої в більшості випадків на кінетичної кривої відповідає горизонтальний ділянку з постійними властивостями. Ця зона називається плато вулканізації. Чим ширше плато, тим стійкіше суміш до перевулканизации.

Ширина плато і подальший хід кривої в основному залежать від хімічної природи каучуку. У разі ненасичених лінійних каучуків, таких як НК і СКІ-3, плато нешироке і потім відбувається погіршення властивостей, тобто спад кривої (рис. 3, крива а). Процес погіршення властивостей на стадії перевулканизации називається реверсією. Причиною реверсії є деструкція не тільки основних ланцюгів, але і утворилися поперечних зв’язків під дією високої температури.

У разі насичених каучуків і ненасичених каучуків з розгалуженою структурою (значна кількість подвійних зв’язків в бічних 1,2-ланках) в зоні перевулканизации властивості змінюються незначно, а в ряді випадків навіть поліпшуються (рис. 3, криві б і в), оскільки термоокислению подвійних зв’язків бічних ланок супроводжується додатковим структуруванням.

Поведінка гумових сумішей на стадії перевулканизации важливо у виробництві масивних виробів, особливо автомобільних покришок, оскільки за рахунок реверсії може статися перевулканизации зовнішніх шарів при недовулканізаціі внутрішніх. У цьому випадку потрібні вулканізуют системи, які забезпечували б тривалий індукційний період для рівномірного прогріву покришки, високу швидкість в головному періоді і широке плато вулканізації на стадії перевулканизации.

Схожі статті

Як та чому відбувається виверження вулкана. Інфографіка

Більшість вулканів у світі формуються уздовж кордонів тектонічних плит Землі. Коли вони стикаються, одна може найти на іншу. Низхідна земна маса занурюється глибше, температура і тиск піднімаються, випускаючи воду зі скель. Вона знижує температуру плавлення верхньої породи та утворює магму, яка може прокласти собі шлях, вириваючись назовні через розщелини, та викликати пробудження вулкана.

Температура лави, що виривається назовні, може перевищувати 1000°C, а тому вона може спалити все на своєму шляху. Скляний термометр, занурений у лаву, просто розплавиться.

Більше про те, як відбувається виверження вулкана – дивіться в нашій інфографіці.

Нагадаємо, нещодавно в Італії вкотре за останній час активізувався найбільший вулкан Європи – Етна. Через природне явище в провінції Катанія доводилося обмежити рух літаків.

Системний аналіз процесу вулканізації. Програмний комплекс для вирішення задач математичного моделювання процесу ізотермічної вулканізації

Основні способи вулканізації каучуків. Для проведення основного хімічного процесу гумової технології – вулканізації – використовуються вулканізуючі агенти. Хімізм процесу вулканізації полягає в утворенні просторової сітки, що включає лінійні або розгалужені макромолекули каучуку та поперечні зв’язки. Технологічно вулканізація полягає в обробці гумової суміші при температурах від нормальної до 220С під тиском і рідше без нього.

У більшості випадків промислова вулканізація проводиться вулканізуючими системами, що включають вулканізуючий агент, прискорювачі та активатори вулканізації та сприяють більш ефективному перебігу процесів утворення просторової сітки.

Хімічна взаємодія між каучуком та вулканізуючим агентом визначається хімічною активністю каучуку, тобто. ступенем ненасиченості його ланцюгів, наявністю функціональних груп.

Хімічна активність ненасичених каучуків обумовлена ​​наявністю в основному ланцюгу подвійних зв’язків та підвищеною рухливістю атомів водню в a-метиленових групах, сусідніх з подвійним зв’язком. Тому ненасичені каучуки можна вулканізувати всіма сполуками, що взаємодіють із подвійним зв’язком та сусідніми з нею групами.

Основним вулканізуючим агентом для ненасичених каучуків є сірка, яка зазвичай використовується як вулканізуюча система спільно з прискорювачами та їх активаторами. Крім сірки можна використовувати органічні та неорганічні пероксиди, алкілфенолформальдегідні смоли (АФФС), діазосполуки, полігалоїдні сполуки.

Хімічна активність насичених каучуків істотно нижча за активність ненасичених, тому для вулканізації потрібно використовувати речовини з високою реакційною здатністю, наприклад, різні пероксиди.

Вулканізація ненасичених і насичених каучуків може проводитися не тільки у присутності хімічних вулканізуючих агентів, але й під впливом фізичних впливів, що ініціюють хімічні перетворення. Це випромінювання високих енергій (радіаційна вулканізація), ультрафіолетове випромінювання (фотовулканізація), тривала дія високих температур (термовулканізація), дія ударних хвиль та деяких інших джерел.

Каучуки, що мають функціональні групи, можна вулканізувати за цими групами за допомогою речовин, що взаємодіють з функціональними групами з утворенням поперечного зв’язку.

Основні закономірності процесу вулканізації.Незалежно від типу каучуку та застосовуваної вулканізуючої системи в процесі вулканізації відбуваються деякі характерні зміни властивостей матеріалу:

· Різко зменшується пластичність гумової суміші, з’являється міцність та еластичність вулканізатів. Так, міцність сирої гумової суміші на основі ПК вбирається у 1,5 МПа, а міцність вулканізованого матеріалу – щонайменше 25 МПа.

· Істотно знижується хімічна активність каучуку: у ненасичених каучуків зменшується кількість подвійних зв’язків, у насичених каучуків та каучуків з функціональними групами – кількість активних центрів. За рахунок цього підвищується стійкість вулканізату до окисних та інших агресивних впливів.

· Збільшується стійкість вулканізованого матеріалу до дії знижених та підвищених температур. Так, ПК твердне при 0ºС і стає липким при +100ºС, а вулканізат зберігає міцність та еластичність у температурному інтервалі від -20 до +100ºС.

Такий характер зміни властивостей матеріалу при вулканізації однозначно свідчить про перебіг процесів структурування, що закінчуються формуванням тривимірної просторової сітки. Для того, щоб вулканізат зберіг еластичність, поперечні зв’язки повинні бути досить рідкісними. Так, у разі НК термодинамічна гнучкість ланцюга зберігається, якщо один поперечний зв’язок припадає на 600 атомів вуглецю основного ланцюга.

Процес вулканізації характеризується також деякими загальними закономірностями зміни властивостей залежно від часу вулканізації за постійної температури.

Оскільки найбільш істотно змінюються в’язкі властивості сумішей, для дослідження кінетики вулканізації використовують зсувні ротаційні віскозиметри, зокрема реометри Монсанто. Ці прилади дозволяють досліджувати процес вулканізації при температурах від 100 до 200ºС протягом 12 – 360 хв з різними зусиллями зсуву. Самописець приладу виписує залежність крутного моменту від часу вулканізації за постійної температури, тобто. кінетичну криву вулканізації, що має S-подібну форму та кілька ділянок, що відповідають стадіям процесу (рис. 3).

Перша стадія вулканізації називається індукційним періодом, стадією підвулканізації чи стадією передчасної вулканізації. На цій стадії гумова суміш повинна зберігати плинність і добре заповнювати всю форму, тому її властивості характеризуються мінімальним моментом зсуву М хв (мінімальна в’язкість) і часом t s протягом якого зсувний момент збільшується на 2 одиниці в порівнянні з мінімальним.

Тривалість індукційного періоду залежить від активності вулканізаційної системи. Вибір вулканізуючої системи з тим чи іншим значенням ts визначається масою виробу. При вулканізації відбувається спочатку прогрівання матеріалу до температури вулканізації, і внаслідок низької теплопровідності каучуку час прогрівання пропорційно масі виробу. З цієї причини для вулканізації виробів великої маси повинні вибиратися вулканізуючі системи, які забезпечують досить тривалий період індукції, а для виробів з малою масою – навпаки.

Друга стадія називається основним періодом вулканізації. Після індукційного періоду в масі гумової суміші накопичуються активні частинки, що викликають швидке структурування і відповідно наростання крутного моменту до деякого максимального значення М макс. Однак завершенням другої стадії вважається не час досягнення М макс, а час t 90 відповідне М 90 . Цей момент визначається за формулою

М 90 = 0,9 DМ + М хв,

де DМ – різниця крутних моментів (DМ = М макс – М хв).

Час t 90 – оптимум вулканізації, величина якого залежить від активності вулканізуючої системи. Кут нахилу кривої у період характеризує швидкість вулканізації.

Третя стадія процесу називається стадією перевулканізації, якої у більшості випадків на кінетичній кривій відповідає горизонтальна ділянка з постійними властивостями. Ця зона називається плато вулканізації. Чим ширше плато, тим стійкіша суміш до перевулканізації.

Ширина плато та подальший хід кривої в основному залежать від хімічної природи каучуку. Що стосується ненасичених лінійних каучуків, як-от НК і СКІ-3, плато нешироке і потім відбувається погіршення властивостей, тобто. спад кривий (рис. 3, крива а). Процес погіршення властивостей на стадії перевулканізації називається реверсією. Причиною реверсії є деструкція як основних ланцюгів, а й поперечних зв’язків, що утворилися, під дією високої температури.

У разі насичених каучуків та ненасичених каучуків з розгалуженою структурою (значна кількість подвійних зв’язків у бічних 1,2-ланках) у зоні перевулканізації властивості змінюються незначно, а в ряді випадків навіть покращуються (рис. 3, криві бі в), оскільки термоокислення подвійних зв’язків бічних ланок супроводжується додатковим структуруванням.

Поведінка гумових сумішей на стадії перевулканізації важлива у виробництві масивних виробів, особливо автомобільних покришок, оскільки за рахунок реверсії може відбутися перевулканізація зовнішніх шарів при недовулканізації внутрішніх. У цьому випадку потрібні вулканізуючі системи, які б тривалий індукційний період для рівномірного прогріву покришки, високу швидкість в головному періоді і широке плато вулканізації на стадії перевулканізації.

Спосіб управління відноситься до виробництва гумотехнічних виробів, а саме способів управління процесом вулканізації. Спосіб здійснюють шляхом коригування часу вулканізації в залежності від часу отримання максимального модуля зсуву гумової суміші при вулканізації зразків на реометрі та відхилення модуля розтягування гуми готових виробах від заданого значення. Це дозволяє відпрацювати збурювальні впливи на процес вулканізації за характеристиками вихідних компонентів та режимними параметрами процесів отримання гумової суміші та вулканізації. Технічний результат полягає у підвищенні стабільності механічних характеристик гумотехнічних виробів. 5 іл.

Пропонований винахід відноситься до виробництва гумотехнічних виробів, а саме до способів управління процесом вулканізації.

Процес виробництва гумотехнічних виробів включає стадії одержання гумових сумішей та їх вулканізації. Вулканізація є одним із найважливіших процесів у технології отримання гуми. Вулканізація здійснюється шляхом витримування гумової суміші в пресах, спеціальних котлах або вулканізаторах при температурі 130-160 ° С протягом заданого часу. При цьому відбувається з’єднання макромолекул каучуку поперечними хімічними зв’язками просторову вулканізаційну сітку, в результаті чого пластична гумова суміш перетворюється на високоеластичну гуму . Просторова сітка утворюється внаслідок активованих теплом хімічних реакцій між молекулами каучуку та вулканізуючими компонентами (вулканізаторами, прискорювачами, активаторами).

Основними факторами, що впливають на процес вулканізації та якість готових виробів, є природа вулканізаційного середовища, температура вулканізації, тривалість вулканізації, тиск на поверхню вулканізованого виробу, умови нагрівання.

При існуючій технології режим вулканізації зазвичай розробляється заздалегідь розрахунковими та експериментальними методами та задається програма проведення процесу вулканізації при виробництві виробів. Для пунктуального виконання запропонованого режиму здійснюється оснащення процесу засобами контролю та автоматизації, що максимально точно реалізують запропоновану жорстку програму проведення режиму вулканізації. Недоліками способу є нестабільність характеристик виробів, що виробляються внаслідок неможливості забезпечення повної відтворюваності процесу, внаслідок обмеження точності систем автоматизації і можливості зміщення режимів , а також зміни характеристик гумової суміші в часі.

Відомий спосіб вулканізації з регулюванням температури в парових казанах, плитах або сорочках форм шляхом зміни витрати теплоносіїв. Недоліками способу є великий розкид характеристик одержуваних виробів внаслідок усунення робочих режимів, а також зміни реакційної здатності гумової суміші.

Відомий спосіб управління процесом вулканізації шляхом безперервного контролю над тими параметрами процесу, які визначають його протікання: температури теплоносіїв, температури поверхонь вулканізованого виробу. Недоліком даного способу є нестабільність характеристик виробів, що отримуються внаслідок нестабільності реакційної здатності, що надходить на формування гумової суміші, і отримання різних характеристик виробу при вулканізації в однакових температурних умовах.

Відомий спосіб коригування режиму вулканізації, що включає визначення за контрольованим зовнішнім температурним умов на вулканізуючих поверхнях виробів розрахунковими методами температурного поля в вулканізованому виробі, визначення кінетики неізотермічної вулканізації тонких лабораторних пластин по динамічному модулю гармонічного зсуву в знайдених не оптимальний комплекс найважливіших властивостей гуми, визначення температурного поля для багатошарових стандартних зразків на вулиці протягом еквівалентного часу вулканізації та аналіз одержуваних характеристик. Даний спосіб істотно точніше використовуваних у промисловості методів розрахунку ефектів і еквівалентних часів вулканізації, але він більш громіздкий і не враховує зміну нестабільності реакційної здатності гумової суміші, що надходить на вулканізацію.

Відомий спосіб регулювання процесу вулканізації, при якому вимірюється температура на ділянках виробу, що лімітують процес вулканізації, за цими даними розраховуються ступеня вулканізації, при досягненні рівності заданого і розрахункового ступеня вулканізації цикл вулканізації припиняється . Перевагою системи є коригування часу вулканізації за зміни коливання температурного процесу вулканізації. Недоліком даного способу є великий розкид характеристик одержуваних виробів внаслідок неоднорідності гумової суміші реакційної здатності до вулканізації та відхилення використовуваних у розрахунку констант кінетики вулканізації від реальних констант кінетики гумової суміші, що переробляється.

Відомий спосіб управління процесом вулканізації, що полягає у розрахунку на RC сітці температури в контрольованій плечовій зоні з використанням граничних умов на підставі вимірювань температури поверхні прес-форм та порожнини діафрагми температур, розрахунку еквівалентних часів вулканізації, що визначають ступінь вулканізації на контрольованій ділянці, при реалізації еквівалент вулканізації на реальному процесіпроцес припиняється. Недоліками способу є його складність та великий розкид характеристик одержуваних виробів внаслідок зміни реакційної здатності до вулканізації (енергії активації, передекспоненційного множника констант кінетики) гумової суміші.

Найбільш близьким до пропонованого є спосіб управління процесом вулканізації, при якому синхронно реальному процесу вулканізації за граничними умовами на підставі вимірювань температури на поверхні металевої прес-форми проводиться розрахунок температури в виробах, що вулканізуються, на сітковій електромоделі, розрахункові значення температури виставляються на вулкаметрі, на якому паралельно основному процесу вулканізації досліджується кінетика неізотермічної вулканізації зразка з партії гумової суміші, що переробляється, при досягненні заданого рівня вулканізації на вулкаметрі формуються команди управління на агрегат вулканізації виробів [АС СРСР №467835]. Недоліками способу є велика складність реалізації на технологічному процесі та обмежена сфера застосування.

Завдання винаходу – підвищення стабільності характеристик виробів, що випускаються.

Ця мета досягається тим, що час вулканізації гумотехнічних виробів на технологічній лінії коригують в залежності від часу отримання максимального модуля зсуву гумової суміші при вулканізації образів гумової суміші, що переробляється в лабораторних умовах на реометрі і відхилення модуля розтягування гуми у вироблених виробах від заданого значення.

Пропоноване рішення ілюструється фіг.1-5.

На фіг.1 наведена функціональна схема системи управління, що реалізує пропонований спосіб управління.

На фіг.2 наведено структурну схему системи управління, що реалізує пропонований спосіб управління.

На фіг.3 наведено тимчасовий ряд розривної міцності на розтягування муфти Джубо, що виробляється на ВАТ «Балаковорезинотехніка».

На фіг.4 наведені характерні кінетичні криві на момент зсуву образів гумової суміші.

На фіг.5 наведено часовий ряд зміни тривалості вулканізації зразків гумової суміші до 90-відсоткового рівня досяжного модуля зсуву вулканізату.

На функціональній схемі системи, що реалізує пропонований спосіб управління (див. фіг.1), представлені стадія приготування гумової суміші 1, стадія вулканізації 2, реометр 3 для дослідження кінетики вулканізації зразків гумової суміші, прилад динамічного механічного аналізу 4 (або розривна машина) для визначення модуля розтягування гуми готових виробів або зразків супутників, керуючий пристрій 5.

Спосіб управління реалізується в такий спосіб. Зразки з партій гумової суміші аналізуються на реометрі і значення часу вулканізації, при якому момент зсуву гуми має максимальне значення, надходять на керуючий пристрій 5. При зміні реакційної здатності гумової суміші керуючий пристрій коригує час вулканізації виробів. Таким чином, відпрацьовуються обурення за характеристиками вихідних компонентів, що впливають на реакційну здатність гумової суміші, що отримується. Модуль на розтяг гуми в готових виробах вимірюється методом динамічного механічного аналізу або на розривній машині і також надходить на пристрій, що управляє. Неточність отриманого коригування, а також наявність змін температури теплоносіїв, умов теплообміну та інших впливів, що обурюють, на процес вулканізації відпрацьовуються шляхом коригування часу вулканізації в залежності від відхилення модуля розтягування гуми у виробах, що виробляються від заданого значення.

Структурна схема системи управління, що реалізує даний спосіб управління і представлена ​​ні фіг.2, включає керуючий пристрій каналу прямого управління 6, керуючий пристрій каналу зворотного зв’язку 7, об’єкт управління процесом вулканізації 8, ланка транспортного запізнення 9 для врахування тривалості часу визначення характеристик гуми готових виробів , елемент порівняння каналу зворотного зв’язку 10, суматор 11 для підсумовування коригування часу вулканізації по прямому каналу управління і каналу зворотного зв’язку, суматор 12 для обліку впливів неконтрольованих впливів на контроль вулканізації.

При зміні реакційної здатності гумової суміші змінюється оцінка макс і керуючий пристрій по прямому каналу управління 1 коригує час вулканізації на технологічному процесі на величину 1 .

На реальному процесі умови вулканізації відрізняються від умов на реометрі, тому час вулканізації, необхідне отримання максимального значення моменту на реальному процесі, також відрізняється від отриманого на приладі, причому ця відмінність змінюється в часі внаслідок нестабільності умов вулканізації. Відпрацювання цих збурень f проводиться по каналу зворотного зв’язку шляхом введення поправки 2 2 керуючим пристроєм 7 контуру зворотного зв’язку в залежності від відхилення модуля гуми у виробах, що виробляються від заданого значення Е зад.

Ланка транспортного запізнення 9 при аналізі динаміки системи враховує вплив часу, необхідного для аналізу характеристик гуми готового виробу.

На фіг.3 наведено тимчасовий ряд умовного розривного зусилля муфти Джуба, що випускається ВАТ «Балаковорезинотехніка». Дані показують наявність великого розкиду виробів за цим показником. Тимчасовий ряд можна подати у вигляді суми трьох складових: низькочастотної х 1 середньочастотної х 2 високочастотної x 3 . Наявність низькочастотної складової говорить про недостатню ефективність існуючої системи управління процесом та принципової можливості побудови ефективної системи управління по зворотному зв’язку для зниження розкиду параметрів готової продукції за своїми характеристиками.

На фіг.4 наведені характерні експериментальні кінетичні криві на момент зсуву при вулканізації образів гумової суміші, отримані на реометрі MDR2000 “Alfa Technologies”. Дані показують неоднорідність гумової суміші реакційної здатності до процесу вулканізації. Розкид часу виходу на максимальний момент обертання становить від 6,5 хв (криві 1,2) до більше 12 хв (криві 3,4). Розкид завершеності процесу вулканізації складає від недосягнення максимального значення моменту (криві 3,4) до наявності процесу перевулканізації (криві 1,5).

На фіг.5 наведено часовий ряд часу вулканізації до 90-відсоткового рівня максимального моменту зсуву, отриманий при дослідженні вулканізації образів гумової суміші на реометрі MDR2000 “Alfa Technologies”. Дані показують наявність низькочастотної зміни часу вулканізації для отримання максимального зсуву моменту вулканізату.

Наявність великого розкиду механічних характеристик муфти Джуба (фіг.3) говорить про актуальність вирішення завдання підвищення стабільності характеристик гумотехнічних виробів підвищення їх експлуатаційної надійності і конкурентоспроможності. Наявність нестабільності реакційної здатності гумової суміші процесу вулканізації (фіг.4,5) говорить про необхідність зміни часу в процесі вулканізації виробів з цієї гумової суміші. Наявність низькочастотних складових у часових рядах умовного розривного зусилля готових виробів (фіг.3) та часу вулканізації для отримання максимального моменту зсуву вулканізату (фіг.5) говорить про принципову можливість підвищення якісних показників готової продукції шляхом коригування часу вулканізації.

Розглянуте підтверджує наявність у запропонованому технічному рішенні:

технічного результату, тобто. пропоноване рішення спрямоване на підвищення стабільності механічних характеристик гумотехнічних виробів, зниження кількості бракованих виробів та відповідно зниження питомих норм витрати вихідних компонентів та енергії;

Істотних ознак, що полягають у коригуванні тривалості процесу вулканізації залежно від реакційної здатності гумової суміші до процесу вулканізації та залежно від відхилення модуля гуми на розтяг у готових виробах від заданого значення;

Кузнєцов А.С. 1, Корнюшко В.Ф. 2

1 Аспірант, 2 Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри Інформаційних систем у хімічній технології, Московський технологічний університет

ПРОЦЕСИ ЗМІШЕННЯ ТА СТРУКТРУВАННЯ ЕЛАСТОМІРНИХ СИСТЕМ ЯК ОБ’ЄКТИ УПРАВЛІННЯ У ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНІЙ СИСТЕМІ

Анотація

У статті з позицій системного аналізу розглянуто можливість поєднання процесів змішування та структурування в єдину хіміко-технологічну систему одержання виробів із еластомерів.

Ключові слова:змішування, структурування, система, системний аналіз, Управління, контроль, хіміко-технологічна система.

Кузнецов A. S. 1 , Корнушко V. F. 2

1 Postgraduate stadent, 2 PhD in Engineering, Profesor, Head of the department of Informational systems in chemical technology, Moscow State University

MIXING AND STRUCTURING PROCESSES AS CONTROL OBJECTS IN CHEMICAL-ENGINEERING SYSTEM

Abstract

article describes можливість комбінації на основі системи analysis mixing і vulcanization процесів в unified хімічно-engineering системи elastomer’s products obtaining.

Keywords: mixing, structuring, system, system analysis, direction, control, chemical-engineering system.

Розвиток хімічної промисловості неможливий без створення нових технологій, збільшення випуску продукції, впровадження нової техніки, економного витрачання сировини та всіх видів енергії, створення маловідходних виробництв.

Промислові процеси протікають у складних хіміко-технологічних системах (ХТС), які є сукупністю апаратів і машин, об’єднаних у єдиний виробничий комплекс для випуску продукції.

Сучасне виробництво виробів з еластомерів (отримання еластомерного композиційного матеріалу (ЕКМ), або гуми) характеризується наявністю великої кількості стадій та технологічних операцій, а саме: підготовка каучуку та інгредієнтів, розважування твердих та сипучих матеріалів, змішування каучуку з інгредієнтами, напівфабрикату і, власне, сам процес просторового структурування (вулканізації) гумової суміші – заготівлі для отримання готового виробу з комплексом заданих властивостей.

Усі процеси виробництва виробів із еластомерів тісно пов’язані між собою, тому точне дотримання всіх встановлених технологічних параметрів необхідне отримання продукції належної якості. Одержанню кондиційної продукції сприяє використання різних методів контролю основних технологічних величин з виробництва у центральних заводських лабораторіях (ЦЗЛ).

Складність і багатостадійність процесу отримання виробів з еластомерів і необхідність контролю основних технологічних показників мають на увазі до розгляду процесу отримання виробів з еластомерів як складну хіміко-технологічну систему, що включає всі технологічні стадії та операції, елементи аналізу основних стадій процесу, їх управління і контролю.

1. Загальна характеристика процесів змішування та структурування

Одержання готової продукції (вироби з комплексом заданих властивостей) передують два основні технологічні процеси системи виробництва виробів з еластомерів, а саме: процес змішування і, власне, вулканізація сирої гумової суміші. Контроль за дотриманням технологічних параметрів цих процесів є обов’язковою процедурою, що забезпечує отримання продукції належної якості, інтенсифікацію виробництва та запобігання утворенню шлюбу.

На початковому етапі є каучук – полімерна основа та різні інгредієнти. Після розважування каучуку та інгредієнтів приступають до процесу змішування. Процес змішування є розмелювання інгредієнтів, і зводиться до більш рівномірного розподілу їх у каучуку і кращого диспергування.

Процес змішування проводять на вальцях або в гумозмішувачі. В результаті ми отримуємо напівфабрикат – сиру гумову суміш – проміжний продукт, який надалі піддають вулканізації (структуруванню). На етапі сирої гумової суміші контролюється рівномірність змішування, перевіряється склад суміші, що оцінюють її вулканізаційну здатність.

Рівномірність змішування перевіряється за показником пластичності гумової суміші. З різних ділянок гумової суміші відбираються проби і визначається показник пластичності суміші, для різних зразків він повинен бути приблизно однаковий. Пластичність суміші Р повинна в межах похибки співпадати із зазначеною в паспорті рецептури для конкретної гумової суміші.

Вулканізаційна здатність суміші перевіряється на віброреометрах різної конфігурації. Реометр у разі є об’єкт фізичного моделювання процесу структурування еластомерних систем.

В результаті вулканізації отримують готовий виріб (гума, еластомірний композиційний матеріал. Таким чином, гума є складною багатокомпонентною системою (рис. 1.).

Мал. 1 – Склад еластомірного матеріалу

Процес структурування являє собою хімічний процес перетворення сирої пластичної гумової суміші на еластичну гуму за рахунок утворення просторової сітки хімічних зв’язків, а також технологічний процес отримання виробу, гуми, композиційного еластомерного матеріалу шляхом закріплення необхідної форми для забезпечення необхідної функції виробу.

1. Побудова моделі хіміко-технологічної системи
   виробництва виробів з еластомерів

Будь-яке хімічне виробництво є послідовністю трьох основних операцій: підготовка сировини, власне хімічне перетворення виділення цільових продуктів. Ця послідовність операцій втілюється у єдину складну хіміко-технологічну систему (ХТС). Сучасне хімічне підприємство складається з великої кількості взаємопов’язаних підсистем, між якими існують відносини підпорядкованості у вигляді ієрархічної структури з трьома основними ступенями (рис. 2). Виробництво еластомерів не є винятком, причому на виході виходить готовий виріб із заданими властивостями.

Мал. 2 – Підсистеми хіміко-технологічної системи виробництва виробів із еластомерів

Основою побудови такої системи, як і будь-якої хіміко-технологічної системи виробничих процесів, є системний підхід. Системна точка зору на окремий типовий процес хімічної техології дозволяє розвинути науково обґрунтовану стратегію комплексного аналізу процесу і на цій основі побудови розгорнутої програми синтезу його математичного опису для реалізації надалі програм управління.

Дана схема є прикладом хіміко-технологічної системи з послідовним з’єднанням елементів. Згідно з прийнятою класифікацією, найменшим рівнем є типовий процес.

У разі виробництва еластомерів як такі процеси розглядають окремі стадії виробництва: процес навішування інгредієнтів, нарізки каучуку, змішання на вальцях або в гумозмішувачі, просторове структурування в апараті вулканізації.

Наступний рівень представлений цехом. Для виробництва еластомерів може бути представлений як що складається з підсистем подачі та підготовки вихідної сировини, блоку проведення змішування та отримання напівфабрикату, а також завершального блоку структурування та виявлення шлюбу.

Головні виробничі завдання щодо забезпечення необхідного рівня якості кінцевої продукції, інтенсифікації технологічних процесів, аналізу та контролю процесів змішування та структурування, запобігання утворенню шлюбу проводяться саме на цьому рівні.

1. Вибір основних параметрів для контролю та управління технологічними процесами змішування та структурування

Процес структурування являє собою хімічний процес перетворення сирої пластичної гумової суміші на еластичну гуму за рахунок утворення просторової сітки хімічних зв’язків, а також технологічний процес отримання виробу, гуми, композиційного еластомерного матеріалу шляхом закріплення необхідної форми для забезпечення необхідної функції виробу.

У процесах виробництва виробів з еластомерів керованими параметрами є: температура Tс при змішуванні та вулканізації Тв, тиск Р при пресуванні, час обробки обробки суміші на вальцях, а також час вулканізації (оптимум) опт.

Температура напівфабрикату на вальцях вимірюється голчастою термопарою або термопарою з самопишучими приладами. Є також датчики температури. Її зазвичай контролюють, змінюючи витрату води, що охолоджує, для вальців за допомогою регулювання вентиля. На виробництві застосування знаходять регулятори витрати води, що охолоджує.

Тиск контролюється при застосуванні масляного насоса із встановленими датчиком тиску та відповідним регулятором.

Встановлення параметрів виготовлення суміші проводиться вальцівником за контрольними картами, де містяться необхідні значення параметрів процесу.

Контроль якості напівфабрикату (сирої суміші) проводиться фахівцями центральної заводської лабораторії (ЦЗЛ) заводу-виробника за паспортом суміші. При цьому основним елементом контролю якості змішування та оцінки вулканізаційної здатності гумової суміші є дані віброреометрії, а також аналіз реометричної кривої, яка є графічним зображенням процесу, і розглядається як елемент управління та коригування процесу структурування еластомерних систем

Процедура оцінки вулканізаційних характеристик проводиться технологом за паспортом суміші та базами даних реометричних випробувань каучуків та гум.

Контроль за одержанням кондиційного виробу – завершальна стадія – проводиться спеціалістами відділу технічного контролю якості готової продукції за даними випробувань технічних властивостей виробу.

При контролі якості гумової суміші одного певного складу існує певний інтервал значень показників властивостей, при дотриманні яких одержують вироби з необхідними властивостями.

1. Застосування системного підходу при аналізі процесів виробництва виробів з еластомерів дозволяє найповніше відстежити параметри, що відповідають за якість процесу структурування.
2. Основні завдання щодо забезпечення необхідних показників технологічних процесів ставляться і вирішуються лише на рівні цеху.

1. Теорія систем та системний аналіз в управлінні організаціями: ТЗЗ Довідник: Навч. посібник/За ред. В.М. Волковій та А.А. Ємельянова. – М.: Фінанси та статистика, 2006. – 848 с: іл. ISBN 5-279-02933-5
2. Холоднов В.А., Хартманн К., Чепікова В.М., Андрєєва В.П.. Системний аналіз та прийняття рішень. Комп’ютерні технології моделювання хіміко-технологічних систем з матеріальними та тепловими рециклами. [Текст]: навчальний посібник./В.А. Холоднов, К. Хартман. СПб.: СПбГТІ (ТУ), 2006.-160 с.
3. Агаянц І.М., Кузнєцов А.С., Овсянніков Н.Я. Модифікація осей координат при кількісній інтерпретації реометричних кривих – М.: Тонкі хімічні технології 2015 Т.10 № 2, с64-70.
4. Новаков І.А., Вольфсон С.І., Новопольцева О.М., Кракшин М.А. Реологічні та вулканізаційні властивості еластомірних композицій. – М.: ІКЦ «Академкнига», 2008. – 332 с.
5. Кузнєцов А.С., Корнюшко В.Ф., Агаянц І.М. \Реограма як інструмент управління технологічним процесом структурування еластомірних систем\М:. НХТ-2015, с.143.
6. Кашкінова Ю.В. Кількісна інтерпретація кінетичних кривих процесу вулканізації у системі організації робочого місця технолога – гумника: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Москва, 2005. – 24 с.
7. Чернишов В.М. Теорія систем та системний аналіз: навч. посібник/В.М. Чернишов, А.В. Чернишів. – Тамбов: Вид-во Тамб. держ. техн. ун-ту., 2008. – 96 с.

1. Теорія систем і системний аналіз в управлінні організаціями: ТЗЗ Справедник: Учеб. posobie/Pod red. V.N. Volkovoj i A.A. Emel’yanova. – M.: Finansy i statistika, 2006. – 848 s: il. ISBN 5-279-02933-5
2. Холоднов В.А., Хартманн К., Чепікова В.Н., Andreeva V.P.. Системний аналіз і прийняття рішень. Комп’ютерні технології моделювання хімічно-технологічних систем з матеріальними і teplovými reciklami. : uchebnoe posobie./ V.A. Холоднов, К. Хартманн. SPb.: SPbGTI (TU), 2006.-160 s.
3. Агаянц І.М., Кузнецов А.С., Овсьянников Н.Я. Модифікація осей koordinat при kolichestvennoe interpretacii reometricheskih krivyh – M.: Tonkie himicheskie technologii 2015 g. T.10 №2, s64-70.
4. Novakov I.A., Vol’fson S.I., Novopol’ceva O.M., Krakshin M.A. Реологічні і vulkanizacionnye svstva ehlastomernych kompozicii. – M.: IKC “Akademkniga”, 2008. – 332 s.
5. Кузнецов А.С., Корнюшко В.Ф., Агаянц І.М. \Reogramma як інструмент управління технологічним процесом strukturirovania ehlastomernych system \ M:. NHT-2015 s.143.
6. Кашкінова Ю.В. Kolichestvenna interpretace kineticheskih krivych processa vulkanizacii v systeme organizacii rabochego města технолога – rezinshchika: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk. – Moskva, 2005. – 24 s.
7. Чернишев В.Н. Теорія систем і системний аналіз: учб. posobie/V.N. Чернишев, А.В. Чернышев. – Tambov: Izd-vo Tamb. gos. tekhn. un-ta., 2008. – 96 s.

Каучук, що видобувається у природі, не завжди підходить для виготовлення деталей. Це викликано тим, що його природна еластичність дуже низька, і залежить від зовнішньої температури. При температурах близьких до 0, каучук стає твердим або за подальшого зниження він стає крихким. При температурі порядку +30 градусів каучук починає розм’якшуватися і при подальшому нагріванні переходить у стан розплаву. При зворотному охолодженні своїх початкових властивостей не відновлює.

Для забезпечення необхідних експлуатаційних та технічних властивостей гуми в каучук додають різні речовини та матеріали – сажу, крейду, розм’якшувачі та ін.

На практиці застосовують кілька методів вулканізації, але їх поєднує одне – обробка сировини вулканізаційною сіркою. У деяких підручниках і нормативних документах йдеться про те, що як вулканізуючі агенти можуть бути використані сірчисті сполуки, але насправді вони можуть вважатися такими, тільки тому, що вони містять сірку. Інакше, вони можуть впливати вулканізацію рівно, як і інші речовини, які містять сполук сірки.

Якийсь час тому проводилися дослідження щодо проведення обробки каучуку органічними сполуками та деякими речовинами, наприклад:

• фосфор;
• селен;
• тринітробензол та ряд інших.

Але проведені дослідження показали, що жодної практичної цінності ці речовини в частині вулканізації не мають.

Процес вулканізації

Процес вулканізації каучуку можна поділити на холодний та гарячий. Перший може бути розділений на два типи. Перший передбачає використання напівхлористої сірки. Механізм вулканізації із застосуванням цієї речовини має такий вигляд. Заготовку, виконану з натурального каучуку, розміщують у парах цієї речовини (S2Cl2) або її розчині, виконаний на основі будь-якого розчинника. Розчинник повинен відповідати двом вимогам:

1. Він не повинен вступати в реакцію з напівхлористою сіркою.
2. Він має розчиняти каучук.

Як правило, як розчинник можна використовувати сірковуглець, бензин і ряд інших. Наявність напівхлористої сірки у рідині не дає каучуку розчинятися. Суть цього процесу полягає у насиченні каучуку цим хімікатом.

Тривалість процесу вулканізації за участю S2Cl2 у результаті визначає технічні характеристики готового виробу, у тому числі еластичність та міцність.

Час вулканізації в 2% – м розчині може становити кілька секунд або хвилин. Якщо процес буде затягнутий за часом, то може статися так звана перевулканізація, тобто заготівлі втрачають пластичність і стають дуже крихкими. Досвід свідчить, що за товщині вироби порядку одного міліметра операцію вулканізації можна проводити кілька секунд.

Ця технологія вулканізації є оптимальним рішенням для обробки деталей з тонкою стінкою – трубки, рукавички та ін. Але, в цьому випадку необхідно суворо дотримуватись режимів обробки інакше, верхній шар деталей може бути вулканізований більше, ніж внутрішні шари.

Після закінчення операції вулканізації отримані деталі необхідно промити або водою, або лужним розчином.

Існує і другий спосіб холодної вулканізації. Каучукові заготовки з тонкою стінкою поміщають в атмосферу, насичену SO2. Через певний час заготовки переміщують в камеру, де закачаний H2S (сірководень). Час витримки заготовок у камерах становить 15 – 25 хвилин. Цього часу достатньо завершення вулканізації. Цю технологію успішно застосовують для обробки клеєних швів, що надає їм високу міцність.

Спеціальні каучуки обробляють із застосуванням синтетичних смол, вулканізація з їх використанням не відрізняється від тієї, що описана вище.

Гаряча вулканізація

Технологія такої вулканізації виглядає так. До відформованої із сирого каучуку додають певну кількість сірки та спеціальних добавок. Як правило, обсяг сірки повинен лежати в діапазоні 5 – 10%, кінцева цифра визначається виходячи з призначення і твердості майбутньої деталі. Крім сірки, додають так званий роговий каучук (ебоніт), що містить 20 – 50% сірки. На наступному етапі відбувається формування заготовок з отриманого матеріалу та його нагрівання, тобто. вулканізація.

Нагрів проводять різними методами. Заготовки поміщають у металеві форми або закочують у тканину. Отримані конструкції укладають у піч розігріту до 130 – 140 градусів за Цельсієм. З метою підвищення ефективності вулканізації в печі може бути створений надлишковий тиск.

Сформовані заготовки можуть бути укладені в автоклав, в якому знаходиться перегріта водяна пара. Або їх поміщають в нагрівається прес. Власне, цей метод найпоширеніший практично.

Властивості каучуку минулого вулканізацію залежать від багатьох умов. Саме тому вулканізацію відносять до найскладніших операцій, що застосовуються у виробництві гуми. Крім того, важливу роль відіграє і якість сировини та метод її попередньої обробки. Не можна забувати і про обсяг сірки, що додається, температури, тривалість і метод вулканізації. Зрештою, на властивості готового продукту надає наявність домішок різного походження. Дійсно, наявність багатьох домішок дозволяє виконати правильну вулканізацію.

Останніми роками у гумовій промисловості почали використовувати прискорювачі. Ці речовини додані в каучукову суміш прискорюють процеси, що протікають, знижують енерговитрати, тобто ці добавки оптимізують обробку заготівлі.

При реалізації гарячої вулканізації на повітрі необхідна присутність свинцевого окису, крім того може знадобитися присутність свинцевих солей у поєднанні з органічними кислотами або з сполуками, які містять кислотні гідроокисли.

Як прискорювачі застосовують такі речовини як:

• тіурамідсульфід;
• ксантогенати;
• меркаптобензотіазол.

Вулканізація, що проводиться під впливом водяної пари може істотно скоротитися, якщо використовувати такі хімічні речовини, як луги: Са(ОН)2, MgO, NaOH, КОН, або солі Na2CO3, Na2CS3. Крім того, прискоренню процесів сприяють солі калію.

Існують і органічні прискорювачі, це аміна, і ціла група сполук, які не входять до якоїсь групи. Наприклад, це похідні від таких речовин як аміни, аміак та низку інших.

На виробництві найчастіше застосовують дифенілгуанідин, гексаметилентетрамін та багато інших. Непоодинокі випадки, коли для посилення активності прискорювачів використовують окис цинку.

Крім добавок та прискорювачів не останню роль відіграє і довкілля. Наприклад, наявність атмосферного повітря створює несприятливі умови щодо вулканізації при стандартному тиску. Крім повітря, негативний вплив мають вугільний ангідрид і азот. Тим часом, аміак або сірководень позитивно впливають на процес вулканізації.

Процедура вулканізації надає каучуку нові властивості та модифікує існуючі. Зокрема, покращується його еластичність та ін. контролювати процес вулканізації можна контролювати, постійно заміряючи властивості, що змінюються. Як правило, для цього використовують визначення зусилля на розрив та розтяг на розрив. Але ці метод контролю не відрізняються точністю та його не застосовують.

Гума як продукт вулканізації каучуку

Технічна гума – це композиційний матеріал, що містить у своєму складі до 20 компонентів, що забезпечують різні властивості цього матеріалу. Гуму одержують шляхом вулканізації каучуку. Як зазначалося вище, у процесі вулканізації відбувається утворення макромолекул, що забезпечують експлуатаційні властивості гуми, так забезпечується висока міцність гуми.

Головна відмінність гуми від безлічі інших матеріалів тим, що вона має здатність до еластичних деформацій, які можуть відбуватися при різних температурах, починаючи від кімнатної і закінчуючи значно нижчими. Гума значно перевищує каучук за низкою характеристик, наприклад, її відрізняє еластичність і міцність, стійкість до температурних перепадів, впливу агресивних середовищ та багато іншого.

Цемент для вулканізації

Цемент для вулканізації використовують для операції самовулканізації, вона може починатися з 18 градусів та для гарячої вулканізації до 150 градусів. Цей цемент не містить у своєму складі вуглеводні. Існує також цемент типу ОТР, що використовується для нанесення на шорсткі поверхні всередині шин, а також на Тип Топ RAD-і PN-пластирі серії OTR зі збільшеним часом висихання. Застосування такого цементу дозволяє досягти тривалих термінів експлуатації відновлених шин, які застосовуються на спеціальній будівельній техніці з великим пробігом.

Технологія гарячої вулканізації шин своїми руками

Для виконання гарячої вулканізації шини або камери знадобиться прес. Реакція зварювання каучуку та деталі відбувається за певний період часу. Цей час залежить від розміру ділянки, що ремонтується. Досвід показує, що для усунення пошкодження глибиною 1 мм, при дотриманні заданої температури, потрібно 4 хвилини. Тобто для ремонту дефекту глибиною в 3 мм доведеться витратити 12 хвилин чистого часу. Підготовчий час до уваги не приймаємо. А тим часом виведення вулканізаційного пристрою в режим, залежно від моделі, може зайняти близько 1 години.

Температура, необхідна щодо гарячої вулканізації лежить у межах від 140 до 150 градусів Цельсія. Для досягнення такої температури немає потреби у використанні промислового обладнання. Для самостійного ремонту шин цілком допустимо застосування домашніх електропобутових приладів, наприклад, праски.

Усунення дефектів автомобільної покришки або камери за допомогою вулканізації – це досить трудомістка операція. Він має безліч тонкощів і деталей, і тому розглянемо основні етапи ремонту.

1. Для забезпечення доступу до місця пошкодження необхідно покришку зняти з колеса.
2. Зачистити поруч із місцем ушкодження гуму. Її поверхня має стати шорсткою.
3. Із застосуванням стисненого повітря обдути оброблене місце. Корд, що з’явився назовні, необхідно видалити, його можна відкусити кусачками. Гума має бути оброблена спеціальним складом для знежирення. Обробка повинна бути проведена з двох сторін, зовні та зсередини.
4. З внутрішньої сторони, на місце ушкодження повинна бути укладена заздалегідь підготовлена ​​розмір латки. Укладання починають з боку борту покришки у бік центру.
5. З зовнішнього боку на місце ушкодження необхідно покласти шматки сирої гуми, нарізані на шматочки по 10 – 15 мм, попередньо їх потрібно прогріти на плиті.
6. Покладений каучук треба притиснути та розрівняти по поверхні шини. При цьому треба стежити за тим, щоб шар сирої гуми був вище робочої поверхні камери на 3 – 5 мм.
7. Через кілька хвилин, з використанням УШМ (кутова шліфувальна машина), необхідно зняти шар накладеної сирої гуми. У тому випадку, якщо оголена поверхня пухка, тобто в ній є повітря, всю нанесену гуму потрібно прибрати і операцію нанесення каучуку повторити. Якщо в ремонтному шарі немає повітря, тобто, поверхня рівна і не містить пор, деталь, що ремонтується, можна відправляти під розігрітий до зазначеної вище температури.
8. Для точного розташування шини на пресі є сенс позначити центр дефектного місця крейдою. Для запобігання прилипанню нагрітих пластин до гуми, між ними треба прокласти щільний папір.

Вулканізатор своїми руками

Будь-який пристрій для гарячої вулканізації повинен містити два компоненти:

Для самостійного виготовлення вулканізатора можуть знадобитися:

• праска;
• електрична плита;
• поршень від ДВЗ.

Вулканізатор, який виготовлений своїми руками, необхідно оснастити його регулятором, який зможе вимкнути його після досягнення робочої температури (140-150 градусів Цельсія). Для ефективного притиску можна використовувати звичайну струбцину.

Технологічно процес вулканізації є перетворенням у гуму «сирого» каучуку. Як хімічна реакція, він передбачає об’єднання лінійних каучукових макромолекул, що легко втрачають стабільність при зовнішньому впливі на них, у єдину вулканізаційну сітку. Вона створюється у тривимірному просторі завдяки поперечним хімічним зв’язкам.

Така ніби «зшита» структура наділяє каучук додатковими показниками міцності. Поліпшуються його твердість та еластичність, морозо- та теплостійкість при зниженні показників розчинності в органічних речовинах та набухання.

Отримана сітка відрізняється складною будовою. Вона включає не тільки вузли, що з’єднують пари макромолекул, а й ті, що поєднують одночасно декілька молекул, а також поперечні хімічні зв’язки, що є хіба що «містки» між лінійними фрагментами.

Їхнє утворення відбувається під дією спеціальних агентів, молекули яких частково виступають будівельним матеріалом, хімічно реагуючи один з одним і макромолекулами каучуку при високій температурі.

Властивості матеріалу

Від виду застосованого реагенту багато в чому залежать експлуатаційні властивості одержаної вулканізованої гуми та виробів із неї. До таких характеристик відносять стійкість до перебування в агресивних середовищах, швидкість деформування при стисканні або підвищенні температури, опір термоокислювальних реакцій.

Виникаючі зв’язки необоротно обмежують рухливість молекул під механічним впливом, одночасно зберігаючи високу еластичність матеріалу зі здатністю до пластичних деформацій. Структура та чисельність цих зв’язків визначається методом вулканізації гуми та використаними для неї хімічними агентами.

Процес протікає не монотонно, і окремі показники вулканізованої суміші у своїй зміні досягають свого мінімуму та максимуму у різний час. Найбільш відповідне співвідношення фізико-механічних характеристик одержуваного еластомеру називається оптимумом.

Вулканізований склад, крім каучуку та хімічних агентів, включає ряд додаткових речовин, що сприяють виробництву гум із заданими експлуатаційними властивостями. За призначенням їх ділять на прискорювачі (активатори), наповнювачі, пом’якшувачі (пластифікатори) та протистарільники (антиокислювачі). Прискорювачі (найчастіше це оксид цинку) полегшують хімічну взаємодію всіх інгредієнтів гумової суміші, сприяють скороченню витрати сировини, часу на її переробку, покращують властивості вулканізаторів.

Наповнювачі, такі як крейда, каолін, сажа, підвищують механічну міцність, опір зносу, стирання та інші фізичні характеристики еластомеру. Поповнюючи обсяг вихідної сировини, вони тим самим зменшують витрату каучуку і знижують собівартість продукту. Пом’якшувачі додають для підвищення технологічності обробки гумових сумішей, зниження їх в’язкості та збільшення обсягу наповнювачів.

Також пластифікатори здатні підвищувати динамічну витривалість еластомерів, стійкість до стирання. Антиокислювачі, що стабілізують процес, вводяться до складу суміші, щоб попередити «старіння» каучуку. Різні комбінації цих речовин застосовують при розробці спеціальних рецептур сирої гуми для прогнозування та коригування процесу вулканізації.

Види вулканізації

Найчастіше загальновживані каучуки (бутадієн-стирольний, бутадієновий та натуральний) вулканізують у поєднанні з сіркою, нагріваючи суміш до 140-160°С. Цей процес називається сірчаною вулканізацією. У освіті міжмолекулярних поперечних зв’язків беруть участь атоми сірки. При додаванні до суміші з каучуком до 5% сірки виробляють м’який вулканізат, що використовується для виготовлення автомобільних камер, покришок, гумових трубок, м’ячів тощо.

Коли приєднується більше 30% сірки, виходить досить жорсткий, малоеластичний ебоніт. Як прискорювачі в цьому процесі використовують тіурам, каптакс та ін, повноту дії яких забезпечує додавання активаторів, що складаються з оксидів металів, як правило, цинку.

Ще можлива радіаційна вулканізація. Її проводять за допомогою іонізуючої радіації, застосовуючи потоки електронів, що випромінюються радіоактивним кобальтом. Такий процес без використання сірки сприяє отриманню еластомерів, наділених особливою стійкістю до хімічного та термічного впливу. Для виробництва спеціальних видів гум додають органічні перекису, синтетичні смоли та інші сполуки при тих же параметрах процесу, що у разі додавання сірки.

У промислових масштабах вулканізований склад, поміщений у форму, нагрівають при підвищеному тиску. Для цього форми поміщають між нагрітими плитами гідропресу. При виготовленні неформових виробів суміш засипають в автоклави, казани або індивідуальні вулканізатори. Нагрівання гуми для вулканізації у цьому устаткуванні проводиться за допомогою повітря, пари, нагрітої води або високочастотного електричного струму.

Найбільшими споживачами гумотехнічної продукції протягом багатьох років залишаються підприємства автомобільного та сільськогосподарського машинобудування. Ступінь насиченості їх продукції виробами з гуми є показником високої надійності та комфорту. Крім того, деталі з еластомерів часто використовують при виробництві монтажу сантехніки, виготовленні взуття, канцелярських та дитячих товарів.