Вулканизация под повышенным давлением

Прерывная вулканизация в формах — в котлах и автоклавах,  широко применявшаяся еще в недавнем прошлом, в настоящее время сохранилась только на небольших участках, в тех частных случаях, когда габариты форм исключают применение пресса. Формы заполняют резиновой смесью на литьевых прессах или в них вкладывают заготовки. Для предупреждения раскрытия форм от теплового расширения смеси их снабжают замками (так назы­ваемые формы-контейнеры) или зажимают в струбцины (металли­ческие рамки с клиновым, винтовым или иным зажимом). Как более удобную предпочитают вулканизацию   в   автоклавах   (пресс-котлах). 

Гидравлическим давлением плунжер автоклава прижимает за­груженные формы к крышке автоклава и тем создает необходимое давление на форму, а подача пара внутрь автоклава обеспечивает равномерный прогрев заготовок независимо от высоты форм. 

Прерывная вулканизация в прессах. Способ вулканизации изделий в формах в прессе или без форм, непосредственно на плитах пресса, наиболее распространен в производстве РТИ. Вул-канизационные прессы различаются по размерам плит, числу между плитных пространств (этажей) и особенностям конструктивного оформления (табл. 2). 

Производительность L (в м) вулканизационных барабанных машин за семичасовую смену может быть рассчитана по уравне­нию 

Непрерывный  процесс в тоннельных  вулканизаторах. Такая вулканизация в формах, перемещаемых в вулканизационном аппарате, дает лучшую организацию вулканизационного процесса, включает его в производственный поток и является значительным шагом вперед по сравнению с существующей прессовой вулкани­зацией. В СССР такой метод тоннельной вулканизации осуществ­лен и применяется в производстве игрушек и мячей. Формы при­креплены к конвейеру и движутся в вулканизационной камере с требуемой скоростью. 

Принцип устройства и действия тоннельного аппарата для вул­канизации мячей, предложенного Н. В. Коропальцевым, А. В. Ко-легиным, Ю. В. Карповичем, состоит в следующем. В горизон­тальном П-образном трубчатом тоннеле (рис. 21 и 22) движется со скоростью 0,44—1,76 м/мин цепной транспортер, к которому прикреплены вулканизационные формы. Формы, съемные с тяго­вой цепи или не съемные, обязательно должны иметь запорные устройства. По окончании вулканизации формы с мячами на соответственном участке цепи охлаждаются до 30—40 °С. В случае применения несъемных форм раскрывание их, удаление из них вулканизованных изделий и закладка заготовок производятся на ходу аппарата; съемные формы обрабатываются вне аппарата. 

Трубчатый тоннель снабжен калорифером для подогрева воздуха до 220 °С и вентилятором. Для регулирования потока подогретого воздуха имеются лепестковые диафрагмы и дроссельные заслонки. 

Характерной особенностью аппарата является наличие в нем двух симметричных и уравновешенных потоков горячего воздуха, направленных в противоположные от центра тоннеля стороны. На первой (верхней) половине тоннеля создается противоток, а на второй (нижней)—прямоток горячего воздуха. Конструкция аппа­рата позволяет регулировать в широких пределах: скорость дви­жения цепи с формами, температуру воздуха и скорость циркуля­ции воздуха. 

Кроме П-образного, предложен так называемый «сквозной» тоннельный аппарат. В этом аппарате верхняя ветвь цепного транспортера рабочая. Она проходит в обогреваемом трубчатом тоннеле. Нижняя ветвь не рабочая и проходит вне тоннеля. 

Способы обогрева форм. Для осуществления непрерывной вул­канизации в формах, перемещаемых в тоннелях, необходимо обес­печить требуемую температуру воздуха в тоннеле или индивиду­альный обогрев форм или их содержимого. Нагрев воздуха в тон­неле производится элементами сопротивления или калориферами, обогреваемыми паром. Индивидуальный нагрев форм можно осу­ществить следующими способами: 

1. Посредством нагревания электрическим током элементов со­противления, помещенных в стенках формы. Питание элементов сопротивления, снабженных скользящими контактами, может быть обеспечено проложенными в тоннеле шинами.
2. Посредством индукционных токов, возникающих в металле форм, если формы находятся в переменном высокочастотном поле. Для этого формы необходимо поместить внутрь соленоида, питае­мого переменным током.
3. Помещая формы в переменном электрическом поле высокой частоты, вызывающем непосредственный нагрев резиновой заго­товки. Такие условия могут быть созданы, если заготовка будет помещена в качестве диэлектрика между пластинами конденса­тора.

Индивидуальный обогрев форм электрическим током по пер­вому способу имеет неудобство, связанное с применением сколь­зящих контактов; обогрев форм по второму способу лишен этого недостатка. Устройство, предложенное для этой цели, представляет соленоид, через который проходит конвейер, несущий формы. В СССР вулканизация индукционным током промышленной ча­стоты опытно проверена Н. Масловым. Предложенный им вулканизационный аппарат представляет собой длинную спираль, внутри которой на конвейере медленно движутся формы. При про­пускании через спираль переменного тока в металле возникают индукционные токи, которые нагревают форму, а через них и ре­зиновую смесь до требуемой температуры. Такая спираль может быть изготовлена из медной или алюминиевой трубки и охлаж­дается водой; таким образом вулканизационный аппарат имеет нормальную температуру, нагреты лишь формы. Третий способ (непосредственный нагрев содержимого форм) может быть при­менен для пластин; при изделиях сложной конфигурации равно­мерный нагрев обеспечить труднее. Вместо металлических форм можно применять текстолитовые или из иного диэлектрика доста­точной прочности. 

Условия правильного осуществления вулканизационного про­цесса. Прессовая вулканизация — один из наиболее ответственных участков на заводах РТИ. Удельное давление на плитах пресса при вулканизации изделий в формах составляет (20—40)-10⁵Па; удельное давление на опорной поверхпсти формы, а тем более на контактной поверхности резины, значтельно выше.

По   исследованиям   В.   А.   Пинегип,   С.   А.    Васильевой   и Л. М. Кеперши, повышение во врен вулканизации давления на резиновую заготовку, дублированнуюиз ряда слоев, значитель­но улучшает прочность сцепления состзляющих ее слоев. Опти­мальное давление составляет  (2,0—3,0) 10⁷ Па. Дальнейшее по­вышение давления  ведет  к  снижению прочности  связи.   Весьма полезен предварительный, перед вулканзацией, подогрев загото­вок. Однако подогрев на паровых плитх или горячим воздухом в шкафах-термостатах может вести к подулканизации. Более удо­бен подогрев в высокочастотном поле. Гэименение высокочастот­ного нагрева значительно сокращает врмя прогрева вулканизуе­мых заготовок и поэтому особенно важнсв производстве губчатых изделий. Высокочастотный нагрев исползуется также для пред­варительного подогрева заготовок из жегких, например нитриль-ных, резин перед вулканизацией. Это псволяет обеспечить хоро­шее заполнение форм, сократить время глканизации и улучшить качество изделий. По исследованию К. Э. Малкиной и А. Н. Пу­хова, содержание до вулканизации зготовок (автопокрышек) в теплом состоянии способствует снятшснапряжений, созданных предшествующими механическими операиями. В результате про­исходит значительное улучшение эксплугационной выносливости изделий.

В  начальный  период  вулканизации  рзиновая  смесь  размяг­чается;  вдавливание размягченной резинвой смеси в  микроско­пические  поры  металла  формы  вызывае  приваривание  резины к форме. Для предупреждения приваривяия применяют опудри-вание заготовок   (тальком,   графитом)   ни   смазку   поверхности гнезд форм растворами, образующими погспарении тонкую плен­ку материала, изолирующего резину от фсмы. Опудривание таль­ком, графитом, резиновой пудрой  примеяется при вулканизации пластин   (заготовок для стиральной резиы), приводных ремней, транспортерных лент и полых изделий. Фгонные заготовки опуд-ривать не следует, так как значительное :мещение смеси в про­цессе формования может привести к обрзованию складок, про-пудренных по внутренней поверхности. Тхие складки останутся в виде трещин на поверхности изделия, для смазки применяют слабые (3—4%) растворы гипосульфита нтрия, калийного мыла, комбинированные смазки из гипосульфита атрия и мыла, а также силоксановые смолы в форме водных эмчьсий. Смазывать сле­дует горячие формы, применяя кистевани или распыление .рас­твора  сжатым  воздухом.   Заготовки   можб   помещать  в  формы лишь после испарения воды из смазки. Пр размещении форм на плитах пресса необходимо следить за равномерностью нагрузки площади плит, так как концентрация нагрузки ведет к изгибу плит.

Запрессовка заготовок в формах производится постепенно. Вна­чале прессуют под низким давлением; после распределения заго­ловки в форме переходят на прессовку под высоким давлением. Целесообразно применять повторные прессовки (подпрессовки), состоящие в том, что пресс слегка раскрывают, а затем снова сближают плиты. При повторных прессовках из полости формы удаляется остаток воздуха, образовавшиеся летучие продукты и выходит излишек смеси, вследствие ее объемного расширения из-за разогрева. Повторные прессовки улучшают прочность связи между элементами конструкции изделий. Подпрессовку производят как при низком, так и высоком давлении, но лишь в начальный период вулканизации, пока резиновая смесь еще обладает теку­честью. Подпрессовка предупреждает образование вмятин, пор и прочих дефектов, вызываемых остатком воздуха в вулканизацион-ных формах или наличием летучих веществ в смеси и влажности ткани, и составляет обязательную часть автоматического регули­рования процесса.

Характер заполнения заготовкой полости формы зависит от вида и температуры формы и заготовки и скорости прессования. Большое значение имеет расширение резиновой смеси при нагре­вании.

При изготовлении изделий массой 200 сН и выше иногда на­блюдается значительный выход резины в выпрессовки, что вызы­вает даже недопрессовку изделия. Происходит это потому, что термический коэффициент объемного расширения резины выше коэффициента объемного расширения стали. По мере нагрева смеси от 20 до 120 °С объем смеси увеличивается; это увеличение ведет к постепенной утечке смеси под покровным листом за края формы и мешает своевременному и полному закрытию формы. Термическое расширение может быть рационально использовано в смесях, имеющих малую усадку; если заготовка помещена в прочно замкнутую форму, термическое расширение поведет к оформлению такой заготовки и без применения прессования.

После вулканизации изделие извлекают из формы. Раскрытие формы производится с некоторым усилием, а при извлечении из­делия из горячей формы следует проявлять осторожность, чтобы избежать повреждения как формы, так и изделия.

В производстве однотипных массовых изделий разъем форм осуществляется посредством специальных механических или элек­тромагнитных разъемников, располагаемых у прессов или по пути следования форм с изделиями. При извлечении изделий из формы применяют сжатый воздух давлением (1,5—2) • 10⁵ Па. Резиновый рукав, подводящий воздух к прессам, имеет металлическое сопло, снабженное краном. Сопло подводят под пленку заусенца вул­канизованных изделий,   под   давлением   воздуха   изделия  легко отделяются от формы. Одновременно сжатый воздух очищает фор­му от приставших заусенцев.

Сжатый воздух применяется и для снятия изделий с сердечни­ков формы. Известен также способ съемки изделий путем впрыски­вания воды между резиновым изделием и горячим сердечником. Испаряющаяся вода раздувает изделие, которое поэтому легко снимается. 

Организация работы на прессах. Производительность прессов определяется степенью использования плит, продолжительностью вулканизации и перезарядки пресса (разгрузка и загрузка форм). Если плиты использованы полностью, но перезарядка форм  (руч­ное время)   занимает   15   мин   при   длительности   вулканизации 30 мин, то коэффициент аппаратного (машинного) времени соста­вляет лишь 0,6—0,7. Отсюда правильная организация работы на прессах является основной задачей. На двух- и четырехэтажных прессах возможно вести загрузку плит с одной или с обеих сторон. При двустороннем обслуживании нижние плиты отводятся одному вулканизовщику, а верхние — другому, при этом столы для приема форм располагаются на различной высоте. Подобная организация, ускоряя перезарядку пресса и облегчая работу, требует слажен­ности от обоих рабочих. 

При наличии запасных форм прессы (с учетом режима вулка­низации, длительности перезарядки и особенности конструкции) распределяются по группам, 3—5 прессов в каждой. На группу прессов дается добавочный комплект форм. 

Загрузив последовательно все прессы, вулканизаторщики за­кладывают заготовки в запасной комплект формы. Этим ком­плектом заменяют формы, выходящие из первого по очереди загрузки пресса, а освободившиеся из него формы подготовляют для загрузки второго пресса. Такой способ работы при условии одинаковой высоты форм, механизированного передвижения форм, механизированной подачи заготовки и приема вулканизованных изделий значительно повышает степень использования прессов. Применение прессов с выдвижными кассетными формами, с авто­матическим раскрытием форм приводит к увеличению съема вул­канизуемых изделий на 30—40%. 

Прессы более удобно располагать вдоль здания, по направле­нию производственного потока. Организация работы на прессах являлась предметом специальных исследований. А. В. Мышкисом, Б. М. Гореликом и А. В. Ратнер предложены расчеты производительности прессов при различных системах обслужи­вания.