Лекция 4.Формование и вулканизация покрышек.

Вулканизация покрышек

Для обеспечения монолитности и высокой работоспособности такого многослойного изделия, как покрышка пневматической шины, процесс вулканизации необходимо проводить под значи­тельным давлением. При этом чем больше размеры покрышки, тем большее давление нужно создать для осуществления доста­точной опрессовки. С внешней стороны покрышка в ходе вулканизации ограничивается и обогревается стенками пресс-формы. Для создания давления во внутренней полости по­крышки и обогрева ее изнутри используют варочные камеры или диафрагмы, изготовленные из теплостойких резин.

Варочные камеры, представляющие собой толстостенную рези­новую трубку с вентилем для подачи теплоносителей, используют в процессах, когда формование и вулканизация проводятся в отдельных аппаратах. Вкладывание варочной камеры в невулканизованную покрышку и предварительное формование последней обычно осуществляют в универсальных воздушных форматорах. Покрышки с варочными камерами транспортируют к вулканизационному оборудованию — автоклав-прессам или индивидуаль­ным вулканизаторам. При вулканизации в автоклавах пресс-формы не закреплены, и их перезарядку проводят вне аппарата, представляющего собой по сути дела гидравлический пресс, смонтированный в вулканизационном котле. В одно- или двухмест­ных индивидуальных вулканизаторах пресс-формы закреплены, и их верхняя половина поднимается для перезарядки аппарата, после чего все остальные операции процесса проводятся в авто­матическом режиме.

По окончании вулканизации покрышки с варочными камерами, заполненными водой, выгружают и транспортируют к станкам для откачки воды и вытягивания варочных камер из покрышек.

Процессы вулканизации в автоклавах-прессах и индивидуальных вулканизаторах имеют много недостатков, связанных прежде всего с необходимостью применения нескольких видов оборудования и транспортировки покрышек между ними, высокой долей ручного труда, значительным расходом теплоносителей. Поэтому оборудо­вание этого типа применяется все реже, хотя на некоторых заво­дах еще сохранилось.

Наиболее распространенными в настоящее время типами вулканизационного оборудования являются форматоры-вулканизаторы, в которых операции формования и вулканизации совме­щены в одном аппарате. Это позволяет уменьшить число рабочих, сократить производственные площади, отказаться от межопера­ционных транспортных систем. Кроме того, в этих аппаратах вместо варочных камер применяют диафрагмы., имеющие значи­тельно более тонкие стенки, что ведет к повышению эффективности теплообмена и равномерности обогрева. Высокий уровень меха­низации и автоматизации современных форматоров-вулканизаторов сводит к минимуму число ручных операций и позволяет достичь высокой производительности труда.

Каждый форматор-вулканизатор имеет довольно металлоемкие механизмы для открывания и закрывания пресс-форм со своими электроприводами, которые используются малоэффективно, так как время перезарядки во много раз меньше времени вулкани­зации. Поэтому разработаны и эксплуатируются много­позиционные вулканизаторы, в которых один перезарядчик обслу­живает несколько вулканизационных пресс-форм с диафрагмами, работающих так же, как в форматорах-вулканизаторах.

В любом способе вулканизации формование покрышек осуще­ствляется подачей в варочную камеру или диафрагму формующего пара со сравнительно низким давлением (0,25 МПа). Затем для быстрого разогрева диафрагмы и покрышки подается греющий пар с давлением до 1,6 МПа. Для покрышек самых малых разме­ров этого давления может быть достаточно для опрессовки, и тогда весь последующий цикл вулканизации может проводиться при поддержании этого давления пара в диафрагме. Для боль­шинства размеров покрышек требуется большее давление опрес­совки (до 2,0—2,5 МПа для среднегабаритные и до 2,8 МПа для крупногабаритных), и применение насыщенного пара оказывается невозможным из-за его слишком высоких температур. Поэтому после греющего пара в диафрагму подают циркулирующую перегретую воду с необходимым давлением и температурой 170—200 °С. Перегретая вода должна быть очень тщательно очищена, особенно от растворенного кислорода, так как при столь высоких температурах термоокислительная деструкция резины диафрагм является важнейшей причиной преждевременного их разрушения.

В течение всего цикла вулканизации в паровые камеры верхней и нижней полу- форм подают насыщенный водяной пар с давле­нием 0,5—0,6 МПа, что обеспечивает внешний обогрев покрышек.

Учитывая возможность усадки капроновых кордов при столь высоких температурах, покрышки после окончания вулканизации необходимо охладить до температуры 70—80 °С под напряжением. Кроме того, снижение температуры покрышек уменьшает вероят­ность их механического повреждения при выгрузке вследствие увеличения прочностных характеристик материала. Поэтому в ряде случаев по окончании процесса вулканизации в диафрагму и камеры полу-форм подают охлаждающую воду под давлением, и только после достижения заданной температуры давление снижа­ют до атмосферного, воду спускают и начинают перезарядку аппарата.

Экономически целесообразнее, однако, не охлаждать покрышки в вулканизационных аппаратах; это позволяет сократить продол­жительность цикла и уменьшить расход теплоносителей. Процесс после вулканизационного охлаждения под давлением реализован для легковых покрышек. Для этого рядом с форматорами-вулканизаторам монтируют устройства, в которых выгруженные горя­чие покрышки зажимаются бортами между двумя дисками, и во внутренней полости создается давление воздуха, достаточное для предотвращения усадки корда. Покрышки в таком виде охлаж­даются в течение следующего цикла вулканизации в данном аппарате. Более медленное охлаждение благоприятно сказыва­ется на степени вулканизации во внутренних слоях покрышки.

Резина и текстильные корды характеризуются низкой тепло­проводностью, поэтому температурное поле в вулканизуемой покрышке очень неоднородно, и во внутренних слоях температура вулканизации достигается медленно (особенно в многослойных покрышках). Для достижения равномерной степени вулканизации в разных зонах покрышки целесообразнее вести процесс длитель­ное время при умеренных температурах. Однако, с целью повыше­ния производительности оборудования, во всем мире имеется тенденция к постепенному повышению температур вулканизации и соответственно сокращению продолжительности цикла. Для обеспечения достаточной вулканизации внутренних слоев при от­сутствии перевулканизации внешних резины должны иметь широ­кое плато вулканизации, что достигается рецептурными фак­торами.

Большей однородности степени вулканизации и механических свойств резин, расположенных в неодинаковых по толщине зонах покрышки (боковая стенка, протектор, борт), можно достичь при использовании для их обогрева со стороны пресс-формы теплоно­сителей с разными параметрами (зонный обогрев). Этот принцип внедрен зарубежными фирмами путем применения пресс-форм с дополнительной паровой полостью по беговой части; в отечест­венной практике зонный обогрев реализован в вулканизационных элементах ВПМС-2-120 при паровом обогреве и в форматорах-вул­канизаторах 40 при электрообогреве.

Значительное сокращение продолжительности цикла вулкани­зации может быть достигнуто при объемном разогреве вулкани­зуемой покрышки в электромагнитном поле. Несмотря на общее увеличение расхода электроэнергии, коэффициент полезного действия процесса вулканизации возрастает до 25—30 % вместо 3—10 % для традиционного способа вулканизации.