Особенности современной технологии приготовления резиновых смесей

Содержание

Введение………………………………………………………………………...    1

1. Начало развития резиновой промышленности ……………………...…….   1

2. Физико-химические явления в процессах переработки каучуков и резиновых смесей………………………………………………………….………………………  3

3.Особенности современной технологии приготовления резиновых смесей……………………………………………………………………………………………………………..    5 3.1 Приготовление смесей на основе изопренового каучука……………………….    6

3.2 Приготовление смесей на основе бутилкаучука…….………………….…   7

3.3 Приготовление смесей на основе этиленпропиленового каучука……. ..   8

3.4 Приготовление смесей на основе бутадиен-нитрильных каучуков…......   9

Список литературы……………………………………………………………..  11

ВВЕДЕНИЕ

Отличительной особенностью производства РТИ является чрезвычайно широкий  ассортимент (около 100 тыс. наименований), поскольку изделия находят применение практически во всех сферах деятельности современного общества. В связи с  быстро растущими требованиями к  РТИ решается комплекс сложнейших научно-технических  задач, включающий наряду с использованием новых полимеров разработку специфических  способов создания эластомерных композиционных материалов, высокомеханизированных и автоматизированных процессов, более совершенных конструкций и методов продления срока службы изделий путем дополнительной обработки.

В настоящее время в СНГ РТИ выпускают около 50 специализированных предприятий, при этом относительно новые заводы (Анрен, Балаково, Барнаул, Караганда), используют современную технологию и оборудование, на остальных заводах проводятся реконструкция и модернизация отдельных производств.

Особенностью резиновой промышленности является высокая стоимость применяемого сырья, чаще всего являющегося продуктом  других отраслей химической и нефтехимической  индустрии. Доля труда сотрудников  самой резиновой промышленности в себестоимости важнейших изделий  составляет всего 6-7%. Поэтому огромное значение имеют экономия сырья и  материалов, разработка безотходных  технологий, продление сроков эксплуатации изделий.

1. Начало развития резиновой  промышленности.

Производство РТИ в России началось еще в первой половине XIX в. До революции  в резиновой промышленности были задействованы 4 завода: «Проводник», «Треугольник»  «Каучук» и «Богатырь». По данным 1913 г., на них трудилось 23 тыс. чел., продукция  предприятий была представлена главным  образом обувью, выпускаемой на зарубежном оборудовании из импортного сырья (натурального каучука). В 1932 г. в Ярославле заработал  первый советский завод по производству искусственного каучука. А с 1951 г. в  качестве исходного сырья для  искусственного каучука в СССР стали  применяться продукты нефтепереработки.

Резиновая промышленность страны дважды (в гражданскую и Великую отечественную  войны) разрушалась практически  до нуля и затем в короткие сроки  восстанавливалась. Однако состояние машиностроительного комплекса не давало возможности оснастить заводы наиболее прогрессивным и производительным оборудованием. Практикуемые закупки передового импортного оборудования и технологий позволяют выйти на мировой уровень, но не превзойти его. Поэтому важным направлением научно-технического прогресса является усиление конструкторских организаций и создание новых мощностей в машиностроении, чтобы на основе научных разработок организовать выпуск отечественного оборудования, не уступающего лучшим мировым образцам.

Резиновая промышленность является крупной  отраслью нефтехимической индустрии  и включает ряд различных производств, основными из которых являются: производство шин, резиновых технических изделий (РТИ) и резиновой обуви. Технология резиновых производств непрерывно совершенствуется. В десятилетия получили широкое распространение новые виды синтетических каучуков, ла-тексов, технического углерода и различных. Все большее применение находят новые аппараты и способы переработки полимеров. 
Резиновая промышленность охватывает предприятия, основным сырьем которых является каучук, а готовой продукцией — резиновые изделия. Ассортимент резиновых изделий чрезвычайно широк и постоянно расширяется; сейчас он превышает 60 тыс. наименований. Применяются резиновые изделия практически во всех областях народного хозяйства и в быту.

Изменился и ассортимент выпускаемых  резиновых изделий. Резиновая промышленность становится составной частью тяжелой  промышленности, так как основная масса изделий из резины стала  поставляться предприятиям машиностроения для комплектования автомобилей, станков, оборудования, тогда как раньше главную  массу продукции резиновой промышленности составляла резиновая обувь.

С каждым годом возрастает производство синтетических полимеров, т. е. высокомолекулярных соединений, получаемых из низкомолекулярных исходных продуктов. Быстро развиваются такие отоасли промышленности, как промышленность пластических масс, синтетических волокон, синтетического каучука, лаков (лакокрасочная промышленность) и клеев, электроизоляционных материалов и др. Промышленность пластических масс располагает в настоящее время большим количеством синтетических полимерных материалов с разнообразными свойствами. Некоторые из них превосходят по химической стойкости золото и платину, сохраняют свои механические свойства при охлаждении до —50 °С и при нагревании до -f-500cC. Другие не уступают по прочности металлам, а по твердости приближаются к алмазу. Из синтетических полимеров получают исключительно легкие и прочные строительные материалы, прекрасную электроизоляцию, незаменимые по своим свойствам материалы для химической аппаратуры. Резиновая промышленность располагает теперь материалами, превосходящими по многим показателям натуральный каучук, одни материалы, например, газонепроницаемы, стойки к бензину и маслам, другие не теряют эластических свойств при температуре от —80 до -|-3000С. Новые синтетические волокна во много раз прочнее природных, из них получаются красивые, несминаемые ткани, прекрасные искусственные меха. Технические ткани из синтетических волокон пригодны для фильтрования кислот и щелочей.

Развитие производства изопрена в  нашей стране отличается от зарубежного. За рубежом, где шинная и резиновая промышленность ориентированы на натуральный каучук, производство изопрена невелико и базируется в основном на извлечении его из пи. В 1932 г. вступил в строй действующих предприятий Ярославский резино-асбестовый комбинат, в состав которого входили крупнейший в Европе шинный завод, завод резиновых технических изделий, регенератный завод, асбестовый завод и ряд других вспомогательных производств. Резиновая промышленность постепенно превращалась в передовую отрасль промышленности.

1932 г. вступил в строй действующих предприятий Ярославский резино-асбестовый комбинат, в состав которого входили крупнейший в Европе шинный завод, завод резиновых технических изделий, регенератный завод, асбестовый завод и ряд других вспомогательных производств. Резиновая промышленность постепенно превращалась в передовую отрасль промышленности. 
 
Резина представляет собой многокомпонентную систему, состоящую из эластомера (каучука) и добавок, которые вступают в сложное взаимодействие с каучуком и друг с другом. Основной компонент системы — эластомер (каучук); он представляет собой полимер, отличительной особенностью которого является низкая температура стеклования или кристаллизации, обеспечивающая изделиям из этих полимеров возможность эксплуатации ввысокоэластичном состоянии в достаточно широком температурном интервале (—100-f--^ +300 °С). В настоящее время кроме натурального каучука (НК) резиновая промышленность имеет в своем распоряжении широкий ассортимент синтетических каучуков (СК), что позволяет создавать резиновые изделия с весьма разнообразными свойствами. Возможности резиновой промышленности в этом плане расширяются при использовании метода совмещения каучуков друг с другом или с другими полимерами. Применение различных видов добавок (ингредиентов резиновых смесей) позволяет еще больше разнообразить свойства резин. Невулканизованную смесь каучуков с ингредиентами называют резиновой смесью, и она является основным материалом, из которого изготавливается резиновое изделие. 
Резиновая промышленность выпускает большой ассортимент рукавов, шлангов, сальников, уплотнителей, прокладок, муфт, технической резиновой обуви, работающих в среде агрессивных жидкостей.

2.Физико-химические явления в процессах переработки каучуков и резиновых смесей.

Различные каучуки и смеси на их основе ведут себя при переработке  весьма специфично, что обусловлено  особенностями их реологических  свойств, зависящих, в свою очередь, от молекулярно-структурных характеристик  каучуков и надмолекулярной организации (НМО). Молекулярная структура и НМО определяются прежде всего химической природой каучука, регулярностью его цепей, характером межмолекулярных взаимодействий, а также типом микроблоков НМО.

При регулярной молекулярной структуре  и сильном взаимодействии возникающие  упорядоченные области представляют собой микрокристаллиты различного строения - ленты, ламели (пластины), фибриллы и сферолиты. Надмолекулярные структуры в аморфных полимерах неустойчивы и характеризуются коротким временем жизни кристаллитных заготовок. Эти структуры ярче проявляются в саженаполненных смесях при пониженных температурах и скоростях деформаций.

Если механические свойства вулканизата зависят главным образом от густоты трехмерной сетки и особенностей ее строения, то в случае линейных или слабо разветвленных невулканизованных (несшитых) эластомеров специфичная микрогетерогенность системы и флуктуационные физические узлы взаимодействия и перехлесты молекулярных цепей могут стать основными факто рами, влияющими на реологические свойства материалаL3_6J-Такие явления в эластомерах, находящихся в вязкотекучем состоянии, как аномалия вязкости и тиксотропия, могут естественным образом объясняться возникновением и распадом некоторых структурных НМО. Такой распад происходит вследствие увеличения температуры или продолжительности испытания, а также уменьшения межмолекулярных сил или при механических воздействиях. При этом понижаются вязкость и модуль эластичности, увеличивается деформируемость (податливость) каучуков и резиновых смесей. Во время «отдыха» разрушенные структуры и микроблоки восстанавливаются с той или иной скоростью.

В процессе смешения одновременно с  разрушением надмолекулярной и  молекулярной структур каучука возникают  «сверхсет-ки»- гетерогенные структуры, образованные наполнителем и кау-чуком с наполнителем, от которых зависят механические свойст-ва как резиновых смесей, так и резин. Узлы взаимодействия в этих«сверхсетках» могут быть образованы как физическими, так и ко-валентными химическими связями. О степени взаимодействиякаучук - наполнитель обычно судят по объему и частоте сетки са-же-каучукового геля (СКГ), определяемых экспериментальнымпутем.

При обработке наполненных смесей целесообразно создание больших  механических напряжений при малом  времени воздействия, за которое  еще не успевают развиться термохимические  и механохимические деструктивные  процессы.

Типы кристаллических образований  в полимерах: а - ламель (пластинчатый кристаллит): / - полностью упорядоченная упаковка; 2 - участки цепей, невошедшие в ламель. б - фибрилла, ориентированная в продольном направлении (пачки, перемежающиеся аморфной структурой с «проходными» цепями молекул). в - сферолит, ориентированный в радиальных направлениях (в двумерном изображении).

3. Особенности современной технологии приготовления резиновых смесей

При переработке эластомеров смешение рассматривается как их модификация, производимая путем совмещения каучука  с активными наполнителями, мягчителями, вулканизующими агентами и другими ингредиентами, а часто-с другими каучуками или термопластами (ПЭ, СКЭПТ и т.п.). Смешению обычно предшествует пластикация каучуков, способных к деструкции. В процессе пластикации и смешения каучук подвергается воздействию одновременно повышенных температур и 'больших механических напряжений. Температура может возрастать от 20 до 160 °С (в отдельных лучах до 200°С), а механические напряжения сдвига-до), 6 МПа.

Отмечают, что при смешении в поле механических напряжений протекают химические реакции, активированные механической энергией [2], а при повышенных температурах - терм окислительная деструкция и структурирование. Механический разрыв химических связей приводит к появлению активных радикалов, которые в зависимости от состава смеси, (прилагаемых напряжений и температуры могут вести себя различно: способствовать структурированию системы с образованием саже каучукового геля (СКГ) или вызывать деструкцию эластомера с понижением его вязкости и эластичности.

Установлено, что помимо механохимических реакций, протекающих наиболее интенсивно на холоду, в резиновой смеси при повышенных температурах наблюдается взаимодействие ингредиентов между собой. Так, оксид цинка реагирует, например, с ускорителями, стеариновая кислота - с серой и техническим углеродом, неозон Д (фенил-р-нафтиламин) - с макрорадикалами каучука

По этим причинам режим смешения, порядок загрузки ингредиентов и  температурно-эременные условия этого процесса оказывают большое влияние на свойства и качество получаемых резиновых смесей, полуфабрикатов и готовых шин и РТИ.

Технология смешения в промышленности РТИ и шинной промышленности в  принципе одинакова. Основным оборудованием  в подготовительном производстве является резиносмеситель. Для РТИ приготавливают на вальцах только 14-16% смесей. Однако, если в шинной промышленности перерабатывают каучуки 10- 15 типов и разновидностей и до 40 видов ингредиентов, то в производстве РТИ используют каучуки 30-35 типов и до 100 видов ингредиентов. Обилие и специфика рецептур и режимов, а также широкий ассортимент используемого оборудования (смесители и вальцы разных типов и размеров) создают технические сложности в производстве смесей для РТИ. Состав смесей отличается более высоким наполнением (120-140 масс. ч. технического углерода на 100 масс. ч. каучука вместо 50-60 масс. ч. в шинном производстве). Поэтому тепловыделения и температура смешения обычно более высокие, чем в шинном производстве, проблема теплообмена обострена и использование смесителей большой единичной мощности и емкости вряд ли возможно даже в перспективе. Однако имеется положительный опыт работы со смесителями типа «Интер-микс - Шоу», обладающими лучшими, чем у смесителей типа «Фаррел - Бридж» («Бенбери»), характеристиками теплообмена и, по-видимому, более приспособленными для приготовления жестких смесей для РТИ.