Сырье для производства резино-технических изделий
Теоретические основы
Основой любой резины служит каучук натуральный или синтетический, который и определяет основные свойства резинового материала.
Натуральный каучук (НК) является полимером изопрена (С5Н8)n. Он растворяется в жирных и ароматических растворителях (бензине, бензоле, сероуглероде и др.), образуя вязкие растворы, применяемые в качестве клеев. При нагреве выше 80-1000С каучук становится пластичным и при 2000С начинает разлагаться. При температуре -700С НК становится хрупким. Обычно НК аморфен, однако при длительном хранении возможна его кристаллизация. Для получения резины НК вулканизуют серой. Резины на основе НК отличаются высокой эластичностью, прочностью, водо- и газонепроницаемостью, высокими электроизоляционными свойствами.
Синтетический каучук бутадиеновый (дивинильный) (СКБ), формула полибутадиена (C4Н6)n. Он является некристаллизующимся каучуком и имеет низкий предел прочности при растяжении, поэтому в резину его основе необходимо вводить усиливающие наполнители. Морозостойкость бутадиенового каучука невысокая (от -40 до -450С). Он набухает в тех же растворителях, что и НК.
Стереорегулярный дивинильный каучук (СКД) по основным техническим свойствам приближается к НК. Дивинильные каучуки вулканизуются серой аналогично НК.
Бутадиенстирольный каучук (СКС) – получается при совместной полимеризации бутадиена (С4Н6) и стирола (СН2=СН-С6Н5). Это самый распространенный каучук общего назначения.
В зависимости от процентного содержания стирола каучук выпускают нескольких марок: СКС-10, СКС-30, СКС-50. Свойства каучука зависят от содержания стирольных звеньев. Так, например, чем больше стирола, тем выше прочность, но ниже морозостойкость.
Синтетический каучук изопреновый (СКИ) – продукт полимеризации изопрена (С5Н8). Получение СКИ стало возможным в связи с применением новых видов катализаторов. По строению, химическим и физико-химическим свойствам СКИ близок к натуральному каучуку. Промышленностью выпускаются каучуки СКИ-3 и СКИ-ЗП, наиболее близкие по свойствам к НК.
Бутадиеннитрильный каучук (СКН) – продукт совместной полимеризации бутадиена с нитрилом акриловой кислоты;
-СН2-СН=СН-СН2-СНСN-
В зависимости от состава каучук выпускают следующих марок: СКН-18, СКН-26, СКН-40. Зарубежные марки: хайкар, пербунан, буна-N и др. Присутствие в молекулах каучука группы CN сообщает ему полярные свойства. Чем выше полярность каучука, тем выше его механические и химические свойства и тем ниже морозостойкость.
Вулканизуют СКН с помощью серы. Резины на основе СКН обладают высокой прочностью, хорошо сопротивляются истиранию, но по эластичности уступают резинам на основе НК, превосходят их по стойкости к старению и действию разбавленных кислот и щелочей.
Полисульфидный каучук или тиокол образуется при взаимодействии галоидопроизводных углеводородов с многосернистыми соединениями щелочных металлов:
-СН2-СН2-S2-S2-
Тиокол вулканизуется перекисями. Присутствие в основной цепи макромолекулы серы придает каучуку полярность, вследствие чего он становится устойчивым к топливу и маслам, к действию кислорода, озона, солнечного света. Сера так же сообщает тиоколу высокую газонепроницаемость (выше, чем у НК), поэтому тиокол – хороший герметизирующий материал. Механические свойства резины на основе тиокола невысокие.
Также существуют акрилатные, фторсодержащие каучуки, синтетический каучук теплостойкий, бутилкаучук, полиуретановые каучуки и др.
Для получения резиновой смеси 7-57-9003 используют хлоропреновый каучук, на основе которого производят маслобензостойкие резины.
Наирит является хлоропреновым каучуком. Хлоропрену соответствует формула СН2=ССl-СН=СН2. Вулканизация может проводиться термообработкой даже без серы, так как под действием температуры каучук переходит в термостабильное состояние.
Хлоропен – бесцветная жидкость, кипящая при 590С. Он самопроизвольно легко полимеризуется, образуя сначала пластическую массу, сходную с невулканизированным каучуком, а в дальнейшем – твердый продукт:
СН2=СН-ССl=СН2 + СН2=СН-ССl=СН2 + СН2=СН-ССl=СН2 +...→
→ ...СН2-СН=ССl-СН2-СН2-СН=ССl-СН2- ... –СН2-СН=ССl-СН2-...
Такое строение доказывается тем, что при окислении этого вида синтетического каучука образуется янтарная кислота, формула которой СООН-СН2-СН2-СООН.
В основе производственного процесса лежит процесс вулканизации.
Вулканизация, технологический процесс резинового производства, при котором пластичный «сырой» каучук превращается в резину. При вулканизации повышаются прочностные характеристики каучука, его твёрдость, эластичность, тепло- и морозостойкость, снижаются степень набухания и растворимость в органических растворителях. Сущность вулканизации — соединение линейных макромолекул каучука в единую «сшитую» систему, так называемую вулканизационную сетку. В результате вулканизации между макромолекулами образуются поперечные связи, число и структура которых зависят от метода вулканизации. При вулканизации некоторые свойства вулканизуемой смеси изменяются со временем не монотонно, а проходят через максимум или минимум. Степень вулканизации, при которой достигается наилучшее сочетание различных физико-механических свойств резин, называется оптимумом вулканизации.
Оборудование:
Смешение каучука с ингредиентами проводится в специальных аппаратах – резиносмесителях или вальцах резиносмесительных, в которых каучук перетирается вместе с ингредиентами. Вулканизирующий агент вводится в резиновую смесь в последний момент приготовления резиновой смеси во избежание преждевременной вулканизации.
Резиносмесители являются основным видом оборудования, применяемым для приготовления резиновых смесей и пластикации каучука. Резиносмеситель представляет собой закрытую камеру с вращающимися навстречу друг другу валками с фигурным профилем или машину червячного типа, в загрузочную воронку которой подаются в определенной последовательности все компоненты резиновой смеси.
Преимуществом резиносмесителей являются:
• герметизация рабочего процесса (в результате чего не просыпаются сыпучие компоненты, и отсутствует пылевыделение);
• более приятные условия перемешивания материала;
• высокая производительность;
• значительное сокращение продолжительности процесса смешения (создаваемое в смесительной камере давление позволяет производить смешение за 2,5-8 мин.);
• безопасность работы.
Кроме того, резиносмесители легко агрегируются с машинами для последующей обработки смеси; протекающий в них процесс поддается автоматизации.
Различают резиносмесители периодического и непрерывного действия. К резиносмесителям периодического действия относятся машины, у которых загрузка компонентов и выгрузка готовой смеси происходит периодически. Резиносмесителями непрерывного действия называют машины, у которых загрузка и выгрузка готовой смеси происходят непрерывно.
Резиносмесители периодического действия отличаются друг от друга размерами и объемом одновременно загружаемого материала, формой рабочей части роторов, частотой их вращения, мощностью привода и давлением на обрабатываемый материал в камере смешения.
В зависимости от способа охлаждения все резиносмесители делятся на две группы. К первой группе относятся машины с открытым охлаждением смесительной камеры, ко второй – с закрытым охлаждением.
Основными видами смесителей, применяемых в настоящее время, являются резиносмесители со свободным объемом камеры 250 л. Смесители, имеющие частоту вращения роторов около 20 об./мин., считаются тихоходными, а 40 об/мин. - скоростными.
Сырьё
Для улучшения физико-механических свойств каучука вводятся различные добавки (ингредиенты). Таким образом, резина состоит из каучука и ингредиентов, рассмотренных ниже:
1. Вулканизирующие вещества (агенты) участвуют в образовании пространственно-сетчатой структуры вулканизата. Обычно в качестве таких веществ применяют серу и селен, для некоторых каучуков перекиси.
2. 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.). В качестве ускорителя вулканизации в процессе изготовления резиновой смеси используются дифенилгуанидаин и тиазол (альтакс).
Ускорители вулканизации резин вводят в виде порошка или гранул (Порошковый и гранулированный дифенилгуанидин полностью отвечают ТУ 2491-001-43220031-2001).
Вводятся пластификаторы (вещества, которые вводят в состав полимерных материалов для придания (или повышения) эластичности и (или) пластичности при переработке и эксплуатации.), которые в процессе производства позволяют подавить пылящую способность, уменьшить пожаро- и взрывоопасность процессов сушки ускорителей вулканизации резин тиазола и дифенилгуанидина.
3. Противостарители (атиоксиданты) 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 оксиление каучука
в результате окисления их самих или за счет разрушения образующихся перекисей каучука; физические противостарители образуют поверхностные защитные пленки, они применяются реже. В резиновой смеси 7-57-9003 используется противостаритель химического действия – диафен ФП.
4. 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.
СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА РЕЗИНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
| № | Наименование продукции | ГОСТ, ТУ (технические изделия) | Упаковка/Вес упаковки | Примечание |
| Белила цинковые | ГОСТ 202-84 | бумажные мешки/25; 40 кг | окись цинка содержание ZnO 99,7% | |
| Цинка борат | импортный (Luzenac, Франция) | п/п мешки/25 кг | 2ZnO•3В2О3•3,5H2О, содержание ZnO > 37%, В2О3 > 48%, tразл.=290°C, d98=19 мкм, d50=2 мкм | |
| импортный (Китай) | п/п мешки/25 кг | 2ZnO•3В2О3•3,5H2О, содержание ZnO > 37%, В2О3 > 48%, tразл.=290°C, ост. на сите 63 мкм - нет | ||
| Воск парафиновый | ТУ 38.301-25-11-93 | картонные барабаны/154 кг | ||
| Каолин | ТУ У 14.2-00282033-003-2001 | бумажные мешки/18 кг | ||
| Магнезия жженая техническая | импортная (Израиль) | п/п мешки/25 кг | активная окись магния содержание MgO > 90% | |
| Сурьмы трехокись техническая | ТУ 48-14-1-88 | МКР/600-650 кг п/п мешки/50 кг | содержание Sb2О3 > 98,7% | |
| Тальк молотый (микротальк компактированный) | импортный (Luzenac, Франция) | бумажные мешки/25 кг BigBags/900 кг | ||
| Тиурам Д, порошкообразный | импортный, соотв. ГОСТ 740-76 | п/п мешки/25 кг | ||
| Фталевый ангидрид | ТУ 2418-004-48426412-99 | МКР/500 кг |
Белила цинковые – синтетический неорганический пигмент белого цвета, представляющий собой окись цинка, получаемую из металлического цинка.
В зависимости от назначения цинковые белила изготовляются: используются для: производства резинотехнических изделий и шин, лакокрасочных материалов, искусственной кожи и подошвенных резин, электрокабеля, стоматологических цементов, абразивных изделий для стоматологии; для производства лакокрасочных материалов, асбестотехнических изделий, искусственной кожи и подошвенных резин.
Бораты цинка широко используются в качестве антипиренов (компонент, добавляемый в материалы органического происхождения с целью обеспечения огнезащиты) при производстве пластиков, красок и других материалов.
Воск парафиновый–используется для предохранения шин и резиновых изделий от озонного и светового растрескивания.
Каолин — минеральный наполнитель, получаемый измельчением и сепарацией белой глины, горной породы, которая состоит, в основном, из минерала каолинита. Каолин – один из наиболее часто применяемых наполнителей при производстве резинотехнических, пластмассовых, лакокрасочных и многих других видов изделий. Широкое использование молотой глины обусловлено различными фракциями (размером молотых частиц).
Магнезию жженую техническуюприменяют в резинотехнической, шинной, электротехнической, химической и других отраслях промышленности. Магнезия жженая техническая представляет собой порошок белого цвета, не растворимый в воде.
Трехокись сурьмы (оксид сурьмы (III)) предназначается для применения в производстве резинотехнических изделий, искусственной кожи, эмалей, технических и электровакуумных стекол.
Тиурам Д–предназначен для применения при производстве резиновых изделий как ускоритель вулканизации.