Поняття про технологічний процес виготовлення гумових виробів

Гума — це складна суміш речовин.

Гумові суміші — композиції на основі каучуку, що містять речовини (інгредієнти), необхідні для переробки каучуку в гуму. Інгредієнти можуть бути введені у твердий каучук або його водну дисперсію — латекс.

Технологічний процес виготовлення гумових виробів включає три стадії:

1) підготовку сировини (інгредієнтів);

2) виготовлення гумової суміші;

3) одержання гумових виробів (вулканізацію напівфаб
рикатів).

Підготовка інгредієнтів. Після того як для даної марки гуми підібрано інгредієнти, їх (при необхідності) сушать, розмелюють до необхідної дисперсності, просівають і відважують відповідно до рецептури суміші.

Для виготовлення медичних виробів придатні тільки нешкідливі для організму людини каучуки й інгредієнти.

За призначенням інгредієнти гумових сумішей поділяються на такі групи: хімічні прискорювачі пластикації, вулканізатори, прискорювачі або уповільнювачі вулканізації, підсилювачі (активні наповнювачі), пом'якшувачі (пластифікатори), інертні наповнювачі (розріджувачі), захисні речовини, барвники.

Крім перелічених основних груп, є групи інгредієнтів спеціального призначення: пороутворювачі (для пористих гум), абразивні (для шліфувальних матеріалів), антипірени (для зниження горючості гуми) і т. п.

Основні компоненти гумових сумішей утворюють кілька груп:

1. Каучуки. Для медичних гум використовують такі
каучуки: натуральний, бутилкаучук, бутадієновий, бутаді-
єннітральний, силіконовий із вінільними групами, ізопре-
новий, бутадієнстирольний, бутадієнметилстирольний і де
які інші.

2. Вулканізуючі речовини. Для утворення полімерів
просторової будови (гуми), тобто для зшивання макромоле
кул поперечними зв'язками, проводять основний процес гу
мового виробництва — вулканізацію.

Сірка є головним вулканізуючим агентом: 93 % усіх каучуків вулканізуються сіркою. Від кількості сірки залежать властивості гум; так, при 1—3,5 % сірки одержують м'які гуми, при 15—20 % — напівтверді, при 30—50 % — тверді, які називають ебонітами, що за якостями подібні до термореактивних полімерів і значно перевершують гуму за міцністю, електроізоляційними властивостями, хімічною стійкістю, проте не мають еластичності. У гумовій промисловості застосовують мелену сірку, сірчаний цвіт і осаджену сірку.

Деякі види каучуків можна також вулканізувати за допомогою оксидів металів, оксигену, селену, деяких синтетичних смол.

3. Прискорювачі вулканізації. Поряд із сіркою й інши
ми вулканізуючими речовинами в гумові суміші в невели
ких кількостях (від 0,5 до 2 %) уводять прискорювачі вул
канізації. Вони бувають неорганічні, але найчастіше — ор
ганічні.

З неорганічних прискорювачів і активаторів вулканізації широке застосування одержали оксиди металів: магнію, цинку, барію та ін. З органічних прискорювачів перевага віддається групі тіазолу (каптакс, альтакс, сульфенаміди). Прискорювачі слід рівномірно розподіляти в гумовій суміші і не розпорошувати при змішуванні, тому їх вводять у вигляді дисперсних паст у вазеліновому або парафіновому маслі.

Глава 6

Основи матеріалознавства. Неметалеві матеріали

4. Наповнювачі. Більшість каучуків як у сирому, так
і у вулканізованому вигляді мають малу міцність при дефор
маціях і малу зносостійкість. Тому в гумову суміш уводять
спеціальні наповнювачі. Наповнювачі бувають активні (під
силювачі) і неактивні (розріджувачі).

До підсилювачів належать: сажа, каолін, цинку оксид й інші речовини, з додаванням яких у гумову суміш поліпшуються фізико-хімічні властивості вулканізаторів, що врешті-решт зміцнює гуму, збільїпує зносостійкість. Крім того, їх уведення вдосконалює технологію переробки гумових сумішей.

До розріджувачів належать крейда, тальк, барій та інші інертні наповнювачі, які не змінюють хімічних властивостей, проте поліпшують механічні й фізичні властивості гум і збільшують об'єм.

5. Пластифікатори (пом'якшувачі). Для більшої пла
стичності каучуків, полегшення формування виробів, а та
кож у деяких випадках для підвищення клейкості гумових
сумішей, зниження їх горючості, поліпшення морозостій
кості тощо додають пластифікатори (пом'якшувачі). Плас
тифікатори дещо знижують міцнісні якості гуми, але підви
щують її стійкість до деформацій.

Роль пластифікаторів виконують вищі жирні кислоти, продукти нафтового і кам'яновугільного походження (олії, парафіни марки А, смоли, складні жири), речовини рослинного походження (каніфоль, віск, соснова смола), синтетичні речовини (дибутилфталат, трикрезилфосфат) та ін. Кількість пластифікаторів, які вводяться до суміші, залежить від властивостей компонентів гумової суміші й коливається від 5 до 8 %.

6. Прискорювачі пластифікації. Деякі каучуки (нату
ральний, СКС-10, СКС-30) мають недостатню пластичність
і потребують попереднього розм'якшення перед обробкою,
що й досягається шляхом окисної деструкції з додаван
ням деяких органічних речовин (тіонафтолу, плофенолів,
ренацитів, пентолів тощо).

7. Протистарісні добавки. З часом каучуки й гуми
покриваються тріщинами, твердіють, стають ламкими і крих
кими, втрачають еластичність і міцність — тобто старіють.
Старіння гуми відбувається в результаті деструкції або зми
вання молекул полімеру під дією кисню, особливо при опро
міненні, нагріванні й т. п.

Щоб запобігти цьому або хоч уповільнити процес старіння, до гумових сумішей вводять добавки, більшість з яких є антиоксидантами (протиокиснювачами), що захищають каучуки й гуми від окисного старіння.

До них належать речовини так званої фізичної дії (віск, парафін, озокерит), що створюють на поверхні гуми захисний шар і тим самим позбавляють її від шкідливих впливів, наприклад, хімічної дії неозону Д, ароматичних амінів, які реагують із киснем повітря з більшою швидкістю, ніж каучук, і таким чином запобігають старінню.

Каучук у гумі старіє не тільки під дією кисню, світла, тепла, але й внаслідок багаторазових деформацій розтягування або стискання, яким піддаються гумові вироби під час експлуатації.

Для захисту каучуку від втомлення в гумові суміші вводять спеціальні протистомлювачі (похідні парафеніланді-аміну й ін.), що є одночасно антиоксидантами.

Щоб запобігти утворенню в гумі глибоких тріщин, які з'являються під впливом озону, застосовують особливі добавки — антиозонанти.

8. Антискорчинги — бензойна, бурштинова, щавлева,
молочна, саліцилова, малеїнова кислоти — речовини, що пе
решкоджають самовулканізації.

9. Барвники — органічні та неорганічні пігменти
й лаки — берлінська лазур (синій, блакитний кольори), фе-
руму оксид («цегельний» колір), хрому оксид (зелений ко
лір), ультрамарин (блакитний і синій кольори), сурик (чер
воний колір).

10. Пороутворювачі — оцтова кислота, вуглекислий
амоній, натрію бікарбонат.

11. Спеціальні інгредієнти — у рентгенозахисну гуму
вводять плюмбуму оксид, непроникний для рентгенівських
променів.

Інгредієнти латексних сумішей:

— емульгатори і стабілізатори — калію олеат, калій-
каніфольне і каніфольно-аміачне мило;

— загусники — амонію казеїнат, натрію альгінат.

Виготовлення гумової суміші. Виготовлення гумової суміші здійснюють на вальцях або в закритих гумо-змішувачах.

Глава 6

Основи матеріалознавства. Неметалеві матеріали 71

Більшість каучуків мають низьку пластичність і їх важко обробляти на машинах гумового виробництва. Тому їм надають більшої пластичності, так званої пластикації каучуку.

Пластикація проводиться на вальцях упродовж 15— 20 хв (при цьому температура вальців не повинна перевищувати 40 °С) або в спеціальних термопластикаційних казанах.

При виготовленні гумової суміші на вальцях усі інгредієнти варто додавати поступово і по всій довжині валка, а не висипати їх одразу.

Виготовлення гумових виробів. За методами виготовлення гумові вироби прийнято розрізняти на:

— неформові (виготовлені методом ручного клеєння);

— безшовні (методами екструзії та мочання);

— формові (виготовлені пресуванням або литтям під
тиском).

Метод ручного клеєння полягає в одержанні виробів шляхом склеювання окремих, вирізаних за шаблонами шматків гуми. Для цього гумову суміш із змішувача пропускають через каландри — машини, що мають велику кількість валків. Швидкість обертання і температура валків регулюються. При виході з каландра гума має форму листів різної товщини. Для одержання рельєфного малюнка останній валок каландра роблять із гравірованою поверхнею. Щоб уникнути злипання листів, гуму пересипають тальком.

Як клей використовують той самий каучук, що входить до складу гуми, розчинений у розчиннику.

Метод екструзії (шприцювання, або видавлювання) застосовують для виготовлення медичних трубок, джгутів, зондів тощо.

Принцип полягає в тому, що гумова суміш надходить у завантажувальний бункер екструдера (або шприц-машини), підігрівається і подається обертовим черв'ячним валом до мундштука, що має отвір необхідного профілю. Потім гумова суміш обтікає середник, розміщений на виході мундштука.

Метод мочання застосовують для одержання таких безшовних виробів, як рукавички хірургічні й анатомічні, напальники, соски та ін.

Форму зроблену з дерева, порцеляни, скла або іншого матеріалу, що імітує виріб, опускають у латекс.

Формовий метод. Цей метод придатний для одержання гумових виробів, що мають внутрішню порожнину (грілки, спринцівки, пузирі для льоду, балони, катетери й ін.) або складну різнотовщинну конфігурацію.

їх виготовляють, поміщаючи розкроєні за шаблонами листи гумової суміші у металеві прес-форми і штампи. Порожнина у виробах забезпечується розміщенням у прес-формах спеціальних сердечників або за допомогою газоподібних засобів чи води. Після цього прес-форми поміщають у вулканізаційний казан (вулканізатор) з температурою 140— 200 °С і тиском 0,3—20 МН/м². Після вулканізації вироби витягають із прес-форми й остаточно доробляють (обчищають уламки й задирки, монтують необхідні пристосування). Зазначений спосіб малопродуктивний і дуже трудомісткий. Тому останнім часом для формового методу одержання виробів існують преси або ливарні машини, на яких установлено прес-форми, отже, процес відбувається автоматично.

При пресуванні заготовку у вигляді пластини або трубки поміщають у встановлену між плитами преса нагріту прес-форму, в якій після змикання плит відбуваються як формування виробів, так і їх вулканізація. У виробництві малогабаритних виробів застосовують звичайно багатогніз-дові форми.

Виготовлення виробів литтям під тиском здійснюється на ливарних машинах аналогічно до процесу екструзії. Тільки за даної технології гумова суміш із мундштука надходить у прес-форму під тиском, а в ній відбуваються формо-перетворення гумової суміші на виріб та вулканізація.

Вулканізація гуми — це перетворення сирої гумової суміші в готову гуму — вулканізат.

Розрізняють два види вулканізації: гарячу і холодну.

Гаряча вулканізація — обробка гумової суміші, до складу якої входить вулканізуючий агент, нагріванням до температури 130—180 °С. При цьому між молекулами каучуку відбувається зшиття з утворенням просторової тривимірної сітки, що змінює структуру каучуку і надає гумі ряду цінних властивостей, наприклад, підвищеної механічної міцності, еластичності, пружності, стійкості до температур та хімічних реагентів тощо.

Глава 6

Холодна вулканізація — здійснюється зануренням виробів у слабкий розчин хлористої сірки в сірковуглець із наступним висушуванням виробу гарячим повітрям. Процес цей дорожчий, малоефективний, трудомісткий, шкідливий і тому майже не знаходить застосування.

Дата добавления: 2015-04-30