Приготовление резиновых смесей

Резиновая смесь как основной полуфабрикат для шин представляет собой сложную композицию, состоящую из полимерной основы и большого числа ингредиентов (до 20 и более) - компонентов вулканизующей группы, наполнителей, пластификаторов и других добавок. Поэтому и шины на основе резиновых смесей называют композиционными, в отличие от литых шин из полиуретанов. Перечень всех ингредиентов в мас ч на 100 мас.ч. каучуков называют рецептом резиновой смеси, но можно представить рецепт также в массовых (мас%) и объемных (об%) процентах. Для расчёта рецепта смеси в мас% произведение мас.ч. каждого компонента на 100 делят на сумму мас.ч. всех компонентов. Для расчета рецепта смеси в об% долю каждого компонента в мас ч делят на его плотность. Рабочий рецепт смеси можно выразить также в кг на загрузку в технологическое оборудование, на котором её изготавливают.

Приготовление резиновой смеси - сложный механохимический процесс, в котором механическое диспергирование, гомогенизация и смешение компонентов сопровождаются химическими реакциями и тепловыми явлениями. Процесс смешения сопровождается изменением структуры макромолекул каучуков и реакциями прививки их к поверхности техуглерода с образованием нерастворимого углеродо-каучукового геля, на него влияют химические свойства, физическое состояние и содержание каждого компонента. «Полезное» физико-химическое превращение (высокая степень диспергирования техуглерода) сопровождается «вредными» процессами деструкции и сшивания макромолекул, нарушения регулярности их структуры и накопления газообразных продуктов реакции, которые необходимо контролировать. Если при простом смешении статистический беспорядок в распределении частиц увеличивается без уменьшения их размеров, то при диспергирующем смешении уменьшаются и размеры частиц до коллоидного уровня. В результате этого достигается статистическое распределение частиц каждого ингредиента по всему объему смеси, выражающееся в том, что соотношение ингредиентов в каждом элементе объёма смеси становится практически одинаковым.

Закрытые смесители периодического действия являются наиболее массовым видом смесительного оборудования и по сравнению с вальцами более производительны и безопасны в работе, легче поддаются автоматизации и позволяют на 15-20% экономить электроэнергию. Смешение осуществляется в закрытой камере при механическом воздействии на материалы двух горизонтально расположенных роторов, занимающих около 60% объёма камеры и вращающихся навстречу друг другу с разной скоростью. Особенности конструкции смесителей разных типов определяются в основном роторами, которые по форме могут быть овальные (Бенбери), трех- или четырехгранные (Вернер-Пфляйдерер) и кулачковые взаимозацепляющиеся (Интермикс). При работе смесителей развивается высокая температура, которую снижают водой. В обозначении отечественных смесителей указывают свободный объём камеры (полный объём камеры за вычетом объёма, занимаемого роторами) и частоту вращения заднего ротора. Эффективность работы смесителя зависит от объёма компонентов смеси. Стремятся к тому, чтобы к концу цикла объём заполнения камеры достигал 60-80% свободного объёма, что определяют экспериментально с учётом состава смеси и степени амортизации смесителя. С увеличением зазора между гребнем лопасти ротора и стенкой камеры вследствие износа смесителя несколько увеличивают объем заполнения его камеры. Свободное пространство в камере необходимо для смешения компонентов, но при недостаточной её загрузке чрезмерно уменьшается давление, что удлиняет цикл из-за проскальзывания смеси. При перегрузке камеры снижается однородность смеси, так как часть ингредиентов длительное время оказывается в горловине загрузочной воронки и не участвует в смешении. Продолжительность смешения растёт при увеличении содержания техуглерода, а одновременная загрузка техуглерода и мягчителей ухудшает его распределение в резиновой смеси. С повышением давления верхнего затвора на смесь увеличивается трение, что повышает температуру и уменьшает продолжительность смешения. При повышении скорости вращения роторов усиливается перемешивание смеси и повышается интенсивность процесса, что сокращает продолжительность цикла.

Смесители непрерывного действия облегчают создание непрерывных потоков переработки резиновых смесей, позволяют улучшать культуру труда и уменьшать производственные площади, а в их рабочей камере по характеру воздействия вращающегосяся ротора (шнека) на смесь выделяют три зоны:

· в зоне загрузки смесительные органы имеют винтовую нарезку для равномерности захвата, уплотнения и подачи материалов в зону смешения;

· в зоне смешения находятся перемешивающие элементы конструкции, обеспечивающие максимальный смесительно-диспергирующий эффект;

· в зоне выгрузки снижаются механические воздействия, и развившееся давление уплотняет и выталкивает смесь через разгрузочное отверстие. Выделяющееся тепло во второй и третьей зонах интенсивно отбирают большие поверхности охлаждения, что в сочетании с высокими напряжениями и скоростями сдвига способствует эффективному перемешиванию материалов. Роторные смесители непрерывного действия ФКМ фирмы «Фаррел» (США) имеют два ротора с червячной нарезкой в зоне загрузки и фасонными лопастями, подобными роторам смесителя «Бенбери». Материалы уплотняются, смачиваются и диспергируются при воздействии сдвига между гребнями роторов и стенкой камеры и продольного возвратно-поступательного среза. Усреднение и гомогенизация достигаются трамбовкой, перелопачиванием и перебросом смеси из камеры в камеру под действием разности скоростей вращения роторов. Одночервячные смесители непрерывного действия «Трансфермикс» наиболее распространены и имеют червяк с переменной глубиной нарезки витков, расположенный в конической полости корпуса, которая имеет винтовую нарезку и сужается к выходу (рис.2.26). Материал послойно переходит из межвитковых каналов червяка в каналы корпуса и обратно по сложной траектории, но по интенсивности смешения они уступают ФКМ. Отечественный смеситель РСНД-530/660-1 с червяком диаметром 660 мм в загрузочной и 530 мм в разгрузочной зоне и шестью зонами регулирования температуры от 20 до 140 ^о С работает совместно со смесителем периодического действия, а смесь из него выходит в виде гранул или листов.

Рис. 2.26 Схема четырехступенчатой машины системы «Трансфермикс»:

1 – загрузочная воронка; 2 – корпус; 3 – червяк.

Технологические схемы приготовления резиновых смесейна современных шинных заводах предусматривают одну, две и три стадии на оборудовании большой единичной мощности. Первую стадию изготовления маточных смесей и пластикацию НК осуществляют в резиносмесителях РС-650 с объёмом камеры 0,63 м ³ и плавным регулированием частоты вращения роторов от 15 до 50 об/мин. Дорабатывают смеси в шнековых экструдерах с диаметром шнека 530/660 мм, оборудованных гранулирующей или валковой головками. Вторую и третью стадии проводят в таких же смесителях и экструдерах или в смесителях РС-250-30 с подачей на вальцы диаметром 665 мм и длиной валков 2100 мм, используемые и для одностадийного смешения. Технологическая схема включает ряд поточно-автоматических линий развески ингредиентов и изготовления резиновых смесей, автоматизированные склады из вращающихся барабанов для хранения гранул маточных смесей, высотные склады со штабелерами и системы управления смешением и складскими операциями (рис.2.27). В состав линий входят смесители с объёмом камеры 0,33-0,37 м ³ и 0,62-0,65 м ³. Путём регулирования частоты вращения роторов обеспечивают условия для улучшения диспергирования техуглерода и сокращения продолжительности смешения. Линия 1 используется для приготовления маточных и готовых камерных резиновых смесей, в том числе и на основе БК, а линии 2-7 – для маточных и готовых смесей массового ассортимента, из них линия 5 является универсальной для приготовления смесей любой стадии.

Рис.2.27. Технологическая схема приготовления резиновых смесей на оборудовании

большой единичной мощности: 1-смеситель РС-630, 2-смеситель РС-330, 3-экструдер 500/8,

4- экструдер 500/600, 5-смеситель непрерывного действия типа «Трансфермикс», 6-агрегат из трёх вальцев 665 × 2100, 7-экструдер 450/550 с валковой головкой, 8-экструдер 500 × 600 с валковой головкой, 9-вальцы 665 × 2100, 10-установки для изоляции и охлаждения гранул,

11-фестонные установки для изоляции и охлаждения гранул.

Высокопроизводительное смесительное оборудование на отечественных заводах разнообразно (табл.2.14), а в проспектах зарубежных фирм предлагают смесители периодического действия с объёмом камеры 0,33 м ³, 0,37 м ³, 0,62 м ³, 0,63 м ³, 0,65 м ³ и 0,87 м ³. Использование дорогостоящего оборудования большой единичной мощности целесообразно только в условиях крупнотоннажного производства при его непрерывной и стабильной работе без частой смены рецептов. Эффект от его применения достигает 6-7% по сравнению с серийным оборудованием, несмотря на более высокую себестоимость смесей.

Таблица 2.14

Техническая характеристика высокопроизводительного смесительного оборудования

Показатели характеристики	Резиносмесители	Смесит. экструдер	Агрегат червячно- валковый АЧВЛ-1200
период. действия	непрерыв. РСНД 530/660-1	с гранули- рующей головкой	с листу-ющей го ловкой
РС-630, РС-650	РС-330, РС-370
Трудоёмкость 1 т смеси, чел/ч	0,048	0,094	0,031	0,096	0,189	0,235
Производительность, т/ч	10,4	5,3	8-16	10,4	5,3	1,6-8,5
Численность обслуж. персонала	1/2	1/2	1/2
Расход на 1 т смеси	электроэнергии, кВт воды 14^оС, м ^3 /ч воды 15^оС, м ^3 /ч	3,7 3,4	292,4 5,8 3,3	0,984 -	62,5 4,8 0,9	108,5 6,6 1,1	110,4 11,0 -
Масса, т	105,56	80,55	199,0	78,7	55,71	83,5

Дорабатывающее оборудование непрерывного действия – экструдеры с гранулирующей или стрейнирующей головкой, червячные смесители «Трансфермикс» и агрегаты из трёх вальцев. На линиях первой стадии смесей с продолжительностью цикла 3 мин ставят экструдер с гранулирующей головкой, а более сложный и дорогой из червячных машин - «Трансфермикс» (табл.2.15). Приводы этих машин имеют плавную регулировку скорости вращения шнека от количества материала в загрузочной воронке, снабжённой тремя указателями уровня, а система терморегулирования поддерживает заданную температуру поверхностей шнека, корпуса и головки. Из-за высокой температуры смесители «Трансфермикс R-21» не применяют в линиях производства готовых смесей. Маточные же смеси из каучуков повышенной жёсткости (протекторная или брекерная смесь для легковых радиальных шин) на линии с червячным смесителем при более высокой её производительности имеют на 8% выше качество и на 4% стабильнее свойства, чем на линиях с экструдером.

Таблица 2.15.

Техническая характеристика дорабатывающего оборудования червячного типа

Параметры	Экструдер	Смеситель «Трансфермикс»
Скорость вращения шнека, мин ^-1
Длина рабочей части шнека, м	4,935	4,350
Диаметр шнека, м	0,500/0,600	0,533/0,640
Номинальная пропускная способность, т/ч	15,0	13,0
Мощность привода электродвигателя, кВт

Последовательность введения компонентов в камеру резиносмесителя 23 по режимографу ЭВМ обеспечивается скоординированной работой загрузочных транспортёров 32,28,27,10, загрузочных ёмкостей 16 и насосов 6 (рис.2.28). Полимерная основа подаётся первой, затем техуглерод и остальные ингредиенты, а жидкие мягчители через инжектор впрыскиваются шестерёнчатым насосом при закрытом верхнем затворе. Каучуки доставляются от централизованного участка резки кусками разного размера в контейнерах 29 на питающие транспортёры 30 для взвешивания, а мелкие куски укладывают около весов 31, которые обслуживает оператор, набирая точные навески и укладывая их на загрузочный транспортёр 32. Светлые ингредиенты взвешиваются на автоматических весах 9,22,26 и с помощью соответствующих устройств загружаются в камеру смесителя. Техуглерод из расходных бункеров 12 дозаторами 13 подаётся на автоматические весы 14,15 и далее через ёмкость 16 - в загрузочную воронку смесителя с отсосом пыли, которую используют потом в менее ответственных изделиях. Химикаты, упакованные в мешочки на участке централизованной развески и доставленные с помощью ПТК, подаются с загрузочного транспортёра 28 прямо в загрузочную воронку резиносмесителя, чтобы предотвратить потери. Легкоплавкие и жидкие мягчители из обогреваемых трубопроводов 1 после взвешивания на автоматических весах 3,4 подаются в сборную ёмкость 5 для впрыскивания насосами-дозаторами 6 в рабочую камеру смесителя. По окончании цикла через откидную дверку нижнего затвора смесь поступает в загрузочную воронку экструдера-гранулятора 33 и выходит в виде цилиндриков диаметром 15 мм и длиной 20-25 мм с насыпной плотностью 585 кг/м ³. После обработки на установке 34 антиадгезивами гранулы подаются транспортёром 35 на установки 36 для охлаждения и сушки и по материалопроводу 37 пневмотранспорта - на склад для охлаждения во вращающихся барабанах.

Рис.2.28. Схема изготовления маточных резиновых смесей в резиносмесителе РС-630.

Установка для охлаждения и сушки гранул является устройством непрерывного действия в режиме, при котором одновременно в один барабан поступают гранулы только что приготовленной смеси, а в другом барабане охлаждаются и выгружаются гранулы предыдущей партии. В загрузочный бункер 1 и далее через трубу заполнения 2 во входной корпус 3 поступают гранулы с температурой 130-140 ^о С, откуда с помощью втяжных лопастей 4 попадают в цилиндрический корпус 5, ось которого наклонена к горизонтали под углом 2,5 ^о (рис.2.29). Ленточные спирали 6, подъёмные лопасти 7 и тормозные кольца с секторными заслонками 8 на внутренней поверхности барабанаспособствуют перемещению гранул под действием силы тяжести к разгрузочному бункеру. Барабан в специальных кольцах 13 приводится во вращение через приводную шестерню 12 и зубчатый венец 11 от электродвигателя 10. Сушка и охлаждение гранул происходят во встречном потоке воздуха. В режиме загрузки барабан вращается по часовой стрелке, а движение гранул к выходу тормозится ленточной спиралью, тормозными кольцами и противотоком воздуха, что обеспечивает требуемую интенсивность их сушки, охлаждения и перемешивания. В режиме разгрузки барабан вращается против часовой стрелки, и скорость выхода гранул через разгрузочный бункер 9 повышается силой тяжести потока и усилием ленточной спирали. В барабанах гранулы разных партий усредняются, что позволило при применении барабанов большой ёмкости повысить на 15-20% стабильность и качество готовых смесей.

Рис.2.29. Схема устройства непрерывного действия для охлаждения гранул.

На ПО «Нижнекамскшина» гранулы маточных смесей из вращающихся барабанов 7 засасываются системой пневмотранспорта производительностью 7 т/ч через роторные питатели 8 и подаются через промежуточный склад или напрямую к резиносмесителю второй стадии смешения (рис.2.30). На складе из осадителя 9 гранулы реверсивным транспортёром 12 раздаются по складским вращающимся ёмкостям 13, а на вторую стадию подаются в материалопровод через загрузочное устройство 15 и переключатели трубопроводов 16.

Рис.2.30. Система пневмотранспорта для гранулированных маточных смесей:

1-смеситель, 2-гранулятор, 3-влагоотделяющий транспортёр, 4-винтовый конвейер,

5-ленточные конвейеры, 6-реверсивный ленточный транспортёр, 7-охлаждающий барабан,

8-роторный питатель, 9-отделитель, 10-шлюзовый затвор, 11-двухрукавная течка,

12-реверсивный транспортёр, 13-складская барабанная ёмкость, 14-распределительная течка,

15-загрузочное устройство, 16-переключатель трубопроводов, 17-расходный бункер,

18-фильтр рукавный, 19-шлюзовый затвор, 20-шиберная задвижка, 21-контейнер для пыли,

22-успокоитель, 23-воздуходувка ротационная, 24-глушитель.

Опыт применения смесителей большой единичной мощности показал, что на заводах с большими объёмами смесей и частой сменой рецептов более эффективны линии из смесителя РС-370/10-60, червячного экструдера с валковой головкой АЧВЛ-1200, фестонной установки АФТ «В» и автоматизированного технологического комплекса, например АТК-3. Листы резиновых смесей и пластиката НК ПТК подаёт на механизированный высотный стеллажный склад, где маточные смеси перед применением хранят от 12 до 14 ч, а готовые – не более трёх суток. Участок загрузки листов на поддоны включает петлю 6, ответвлённую от главной магистрали ПТК, в комплекте с одним устройством для погрузки заполненных поддонов на подвески 4 (рис.2.31). На каждой петле предусмотрены остановочные блоки: первый – для остановки подвески с порожним поддоном 5, второй – для остановки подвески, которая должна загружать поддон листовой резиновой смесью, а третий – для хранения подвесок, находящихся в ожидании выхода с петли. Смесь на выходе из фестонной установки 7 укладывают на тележку 2, которая транспортируется по рельсам от одной позиции к другой под осью петли линии ПТК. Подвеска с нагруженным поддоном 3 направляется к зонам разгрузки, находящимся в непосредственной близости от склада хранения листовой резиновой смеси, и подаётся в одну из его ячеек автоматическим краном-штабелером для хранения. Управление кранами, контроль качества, учёт наличия и поступления смесей осуществляется с помощью ЭВМ.

Рис.2.31. Технологическа схема изготовления резиновых смесей на линии АТК-3:

Дата добавления: 2014-10-22