Технологический процесс создания резины

Вопрос.21-22

Полимерами называются продукты химического соединения одинаковых молекул в виде многократно повторяющихся звеньев. Молекулы полимеров состоят из десятков и сотен тысяч атомов. К полимерам относятся: целлюлоза, каучуки, пластмассы, химические волокна, лаки, клеи, пленки, различные смолы и др. Среди полимерных материалов особое место принадлежит пластмассам

Пластма́ссы - органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры) эти материалы под действием нагревания и давления способны формироваться и сохранять после охлаждения или отвердения заданную форму.

Это материал, в состав которого в качестве основного компонента входят высокомолекулярные синтетические смолы. Их получают путем химического синтеза простейших веществ, извлекаемых из сырья, как уголь, известь, воздух, нефть. Исключительно широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров

Главное преимущество использования пластмасс по сравнению с другими материалами – это простота переработки их в изделии.

.

По составу пластмассы бывают простые (ненаполненные) и сложные (наполненные).

Простые пластмассы состоят только из полимеров (иногда с добавкой пластификатора или красителя). Сложные пластмассы содержат ряд других компонентов в зависимости от требуемых свойств материала. Основными компонентами сложных пластмасс являются связующие вещества, наполнители, пластификаторы, отверждающие вещества и катализаторы, стабилизаторы, красители, газообразователи.

 

В зависимости от природы полимера и характера его перехода из вязкотекучего в стеклообразное состояние при формовании изделий пластмассы делят на термопласты и реактопласты. Различают термопластичные (полиэтилен, полистирол, капрон и др.) и термореактивные (карболиты, феноло-формальдегидные и эпоксидные смолы) пластмассы.

Методы переработки пластмасс и изготовления пластмассовых изделий зависят от отношения пластмасс к температуре. Различают Термопластичные и термореактивные пластмассы.

К термореактивным относятся пластмассы, которые при нагревании до определенной температуры размягчаются, а затем переходят необратимо в неплавкое и нерастворимое состояние. Термореактивные пластмассы после отвердевания не могут быть переработаны повторно и поэтому называются необратимыми. Примером термореактивных пластмасс могут служить фенопласты. Термореактивные пластмассы в процессе производства горячим прессованием претерпевают ряд внутренних хим конфигураций и стают непригодными к повторной переработке. Термопластичные пластмассы не теряют пластичности под влиянием длительного нагрева и затвердевают только при охлаждении, при этом готовые изделия могут подвергаться неоднократному повторному формованию.

Технология переработки пластмасс включает следующие основные стадии:

1) приготовление материала на основе полимера и подготовка его к формованию;

2) формование материала и изготовление из него изделий или полуфабрикатов;

3) обработка с целью улучшения свойств полимера или изделия (термическая обработка, механическая обработка, сварка и др.).

Изделия из пластмасс получают:

прессованием, литьем под давлением, экструзию (выдавливание) этим методом получают изделия плоской (листы, пленки) или цилиндрической (стержни, трубы) формы, и формование из листа, штамповкой листовых пластмасс и иными методами.

Прессование — более обширно всераспространенный метод получения изделия из термореактивных пластмасс в пресс-формах, предварительно нагретых до 130—150 °С. В качестве основного оборудования для прессования употребляют гидравлические и механические прессы. Пластмассы просто поддаются обработке на металлорежущих станках инвентарем из быстрорежущих сталей либо жестких сплавов. Индивидуальности обработки пластмасс обоснованы их специфичными параметрами и требуют выбора определенных режимов резания. Прессованием можно получать изделия несложной формы, разнообразных размеров и толщины.

Для получения изделий из термопластичной пластмассы применяют следующие способы: литье под давлением, экструзию (выдавливание) и формование из листа. Их применение обусловлено термопластичностью материала.

Наиболее применимый способ переработки термопластичных пластмасс – литье под давлением. Выполняется на специальных литьевых машинах. Порошкообразный или гранулированный полимер подается в обогреваемый цилиндр литьевой машины, где и расплавляется. При охлаждении термопластичный полимер застывает и приобретает вид детали.

Также при переработке пластмасс в изделия применяют формовку, штамповку, механическую обработку резанием, выдувание пустотелых изделий. Все способы характеризуются коротким технологическим циклом, небольшими затратами труда и легкостью автоматизации.

 

Вопрос. 23

Резиной называется продукт специальной обработки (вулканизации) смеси каучука и серы с различными добавками.

Вулканизация – превращение каучука в резину, осуществляемое с участием так называемых вулканизирующих агентов и под действием ионизирующей радиации.

лавным исходным компонентом резины, придающим ей высокие эластические свойства, является каучук. Каучуки бывают натуральные (НК) и синтетические (СК). Натуральный каучук получают коагуляцией латекса (млечного сока) каучуконосных деревьев, растущих в Бразилии, Юго-Восточной Азии, на Малайском архипелаге. Синтетические каучуки (бутадиеновые, бутадиен-стирольные и др.) получают методами полимеризации. Впервые синтез бутадиенового каучука полимеризацией бутадиена, полученного из этилового спирта, осуществлен в 1921 г. русским ученым С.В. Лебедевым. Разработаны методы получения синтетических каучуков на основе более дешевого сырья, например нефти и ацетилена.

Помимо каучука в состав резин входят:

Вулканизирующие вещества (агенты) участвуют в образовании пространственно-сеточной структуры вулканизата. Обычно в качестве таких веществ применяют серу и селен, для некоторых каучуков перекиси. Для резины электротехнического назначения вместо элементарной серы (которая взаимодействует с медью) применяют органические сернистые соединения – тиурам (тиурамовые резины).

Ускорители процесса вулканизации: полисульфиды, оксиды свинца, магния и другие влияют как на режим вулканизации, так и на физико-механические свойства вулканизатов. Ускорители проявляют свою наибольшую активность в присутствии оксидов некоторых металлов (цинка и др.), называемых поэтому в составе резиновой смеси активаторами.

Противостарители (антиоксиданты) замедляют процесс старения резины, который ведет к ухудшению ее эксплуатационных свойств. Существуют противостарители химического и физического действия. Действие первых заключается в том, что они задерживают окисление каучука в результате окисления их самих или за счет разрушения образующихся перекисей каучука (применяются альдоль, неозон Д и др.). Физические противостарители (парафин, воск) образуют поверхностные защитные пленки, они применяются реже.

Мягчители (пластификаторы) облегчают переработку резиновой смеси, увеличивают эластические свойства каучука, повышают морозостойкость резины. В качестве мягчителей вводят парафин, вазелин, стеариновую кислоту, битумы, дибутилфталат, растительные масла. Количество мягчителей составляет 8–30% массы каучука.

Наполнители по воздействию на каучук подразделяют на активные (усиливающие) и неактивные (инертные). Активные наполнители (углеродистая сажа и белая сажа – кремнекислота, оксид цинка и др.) повышают механические свойства резин: прочность, сопротивление истиранию, твердость. Неактивные наполнители (мел, тальк, барит) вводятся для удешевления стоимости резины.

Часто в состав резиновой смеси вводят регенерат – продукт переработки старых резиновых изделий и отходов резинового производства. Кроме снижения стоимости регенерат повышает качество резины, снижая ее склонность к старению.

Красители минеральные или органические вводят для окраски резин. Некоторые красящие вещества (белые, желтые, зеленые) поглощают коротковолновую часть солнечного спектра и этим защищают резину от светового старения.

В настоящее время резиновые материалы классифицируются по виду сырья, виду наполнителя, степени упорядочения макромолекул и пористости, экологическим способам переработки, типам теплового старения и изменению объема после пребывания в нефтяной жидкости.

Классификация по виду сырья учитывает наименование каучуков, явившихся исходным сырьем при производстве резиновых материалов: НК – натуральный каучук, СКБ – синтетический каучук бутадиеновый, СКС – бутадиен-стирольный каучук, СКИ – синтетический каучук изопреновый, СКН – бутадиен-нитрильный каучук, СКФ – синтети­ческий фторосодержащий каучук, СКЭП – сополимер этилена с про­пиленом, ХСПЭ – хлорсульфополиэтилен, БК – бутилкаучук, СКУ – полиуретановые каучуки.

По виду различают наполнители для резиновых материалов порошкообразные и ткани.

По степени упорядочения макромолекул и пористости резиновые материалы могут быть мягкими, жесткими (эбонитовыми), пористыми (губчатыми) и пастообразными. Плотность губчатой резины 100–750 кг/м³.

Среди технологических способов переработки для резиновых материалов используются выдавливание, прессование и литье.

По тепловому старению существуют семь типов: Т07, …, Т25.

По изменению объема после пребывания в нефтяной жидкости различают семь классов: К1,…, К7.

Наиболее крупные потребители резины – шинная промышленность (свыше 50%) и промышленность резинотехнических изделий (более 22%).

Технологический процесс создания резины

Первый и самый важный этап создания резины – вулканизация. Каучуковые молекулы по своей природе очень гибкие, то есть не годятся для грубого использования (езда на машине, к примеру), поэтому необходимо формирование новой сетки (кристаллической решетки). Вулканизация делает каучук твердым, то есть превращает его в материал с иными физическими свойствами – в резину. Сама вулканизация включает в себя несколько этапов:

1. Формирование новой кристаллической решетки;

2. Индукцию;

3. Реверсию.

Технология производства резины подразумевает полное изменение свойств каучука. Прочность каучука, как природного, так и синтезированного, значительно ниже, чем прочность уже готовой вулканизированной резины. Эластичность тоже является одним из самых важных показателей для эксплуатации. Чем менее эластична резина, тем больше она будет трескаться. И дело даже не в эксплуатации. Если неэластичная резина будет просто лежать, она также потрескается, но уже просто от разницы дневных и ночных температур.

Эластичная резина будет стягиваться и растягиваться до того предела, который заложен в нее при создании – чем больше в каучук положили пластификаторов при вулканизации, тем эластичнее будет уже готовая резина. Современная технология производства резины уже не подразумевает участия в процедуре вулканизации натурального каучука, все процессы и принципы химического воздействия основаны на взаимодействии синтетических каучуков с химическими реагентами. Но, правда, не всегда добавки и компоненты бывают исключительно синтетическими.

В зависимости от конечного назначения резины в процессе вулканизации в нее могут добавляться:

· мел;

· сажа;

· ацетилированный ланолин;

· мел;

· глицерин.

Наиболее популярными методами создания резины остаются горячая и холодная вулканизация. Горячая вулканизация проводится при температуре от +250⁰С до +290⁰С. Холодная вулканизация дает температуру от +20⁰С до +30⁰С и обычно используется для создания материалов-герметиков. Существует еще и серная вулканизация, которая нужна для создания камер для авто, армейской и туристической обуви и покрышек для велосипедов. В данном случае используются горячая сера и катализаторы, которые помогают ускорить процесс вулканизации.

Вопрос. 24.

Производство чугуна.

Основным способом производства чугуна является доменный процесс, который состоит в восстановлении железа из оксидов, в превра- щении в шлак и сливе пустой породы. Исходными материалами для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы. Смесь, со- ставленная из этих материалов, называется шихтой.

Применяют руды с содержанием железа не менее 40% (бурый, шпатовый, красный и магнитный железняки), представляющие собой раз- личные соединения железа, в основном, с кислородом, поэтому суть доменного процесса состоит в восстановлении железа углеродом.

Топливом служит кокс и природный газ. Кокс – это продукт высокотемпературной перегонки каменного угля без доступа воздуха, при ко- торой выплавляют смолы, а содержание углерода повышается до 95-99%.

В железных рудах и в золе, получающейся при сгорании кокса, содержится глинозем, кремнезем и другие элементы, которые могут соз- дать в чугуне вредные примеси. Для их удаления в шихту добавляется флюс - материал, реагирующий с примесями и превращающий их в шлак. Как правило, для этой цели используется известняк.

Подготовка руды к плавке включает: дробление крупных кусков, промывку (при наличии песчаноглинистых пород), агломерацию (спека- ние мелкой руды, смешанной с топливом), окатывание (обработку рудного концентрата известью и связующим материалом с последующей суш- кой и обжигом получившихся комков), магнитное и другие виды обогащения.

Для магнитного обогащения используют магнитные сепараторы). Железосодержащие куски притягиваются электромагнитом, пустая по- рода по инерции отсеивается.

Производство чугуна осуществляется в доменной печи - агрегате шахтного типа непрерывного действия. Шихта подается в доменную печь сверху.

Воздух поступает в печь через устройства для дутья (фурмы), расположенные в верхней части горна. Шахта печи имеет вид усеченного конуса, поэтому шихта свободно опускается через зоны, где последовательно идут процессы удаления влаги, подсушки, разложение гидратов, кар- бонатов и т.д.

Пустая порода с флюсами образует шлак. Так как его плотность меньше, то он располагается выше чугуна и сливается через верхнее от- верстие, расплавленный чугун сливают через нижнее отверстие.

 

Вопрос. 25

 

В зависимости от состояния углерода в чугуне, различают: белые, серые, высокопрочные, ковкие чугуны и чугуны с вермикулярным графитом.

Белыми называют чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита (карбид железа).