Контрольная работа по дисциплине «Введение в специальность» для ВлГУ, пример оформления

Реферат по дисциплине Введение в специальность на тему: “Эластомеры. Применение, получение, переработка в изделия”. Содержание  

1. Введение…………………………………………………………………..3с
2. Эластомеры, определение………………………………………………..3с
3. Применение эластомеров…………………………………………………6с
4. Получение эластомеров и последующая их переработка в изделия…10с
5. Вывод……………………………………………………………………..25с
6. Литература и источники…………………………………………………26с

Введение Эластомеры представляют собой различные виды полимерных материалов, обладающие высокими эластичными свойствами. К эластомерам в настоящее время специалисты относят различные виды резин, которые могут создаваться, например, на основе натуральных каучуков. Одним из отличительных свойств данного вида материала является низкая температура стеклования. Переработка эластомеров является одной из важнейших задач, которая стоит перед многими предприятиями химической промышленности, так как изделия из эластомеров очень долго разлагаются в природных условиях и могут нанести существенный вред окружающей среде. Одним из наиболее популярных способов переработки эластомеров является метод мастификации, который применяется уже несколько десятков лет. Современные методы переработки эластомеров напоминают различные популярные способы переработки термопластов. Основным отличием является то, что при переработке термопластов в экструдер поступает порошок или гранулы, которые под воздействием температуры превращаются в пластическую массу, а затем попадают в специальные формы. При переработке эластомеров в специальный шприц попадает пластическая масса, которая затем заливается в специализированные формы. Эластомеры, определение. Эластомер (Elastomer) — под этим термином понимают полимеры, обладающие в диапазоне эксплуатации высокоэластичными свойствами. Называют резиной или эластомером любой упругий материал, который может растягиваться до размеров, во много раз превышающих его начальную длину (Эластомерная нить), и, что существенно, возвращаться к исходному размеру, когда нагрузка снята. Не все аморфные полимеры являются эластомерами. Некоторые из них являются термопластами. Это зависит от его температуры стеклования: эластомеры обладают низкими температурами стеклования, а термопластики — высокими. (Это правило работает только для аморфных полимеров, а не для кристаллизующихся.) Термин «эластомеры» был введен взамен названия «синтетические каучуки», а также «натуральный каучук». Эластомерами называют полимеры, обладающие в широком температурном интервале высокой эластичностью – способностью подвергаться значительным (от нескольких сотен до 1000 % и более) обратимым деформациям при сравнительно небольших действующих нагрузках. Первым эластичным материалом такого рода был натуральный каучук, который и в настоящее время не потерял своего значения в производстве эластомеров, в том числе и для медицинских изделий, благодаря своей нетоксичности. Каучук получают из латекса (млечный сок бразильской гевеи), состоящего более чем наполовину из воды, в которой растворено 34–37 % каучука, 2–2,7 % белка, 1,65—3,4 % смолы, 1,5–4,92 % сахара. На плантациях, где приготовляют натуральный каучук как промышленное сырье, латекс коагулируют с помощью органических кислот, прокатывают в рифленые листы и коптят в камерах с дымом при температуре +50 °C. Составные вещества дыма играют роль антисептиков и стабилизаторов окисления каучука. Такие листы толщиной 2,5–3 мм с вафельным рисунком поверхности называют «смокетшит». Они служат наиболее употребительной формой сырого плантационного каучука Данные элементного анализа очищенного каучука соответствуют эмпирической формуле C5H8 (изопрен). К эластомерам относят различные насыщенные и ненасыщенные каучуки, резины, полимерные нити, термоэластопласты, полиуретановые эластомеры, эластичные белки природного происхождения (резилин, эластин) и некоторые другие соединения Полиуретановые (уретановые) эластомеры – это эластомеры, полученные на основе полиуретановых (уретановых) соединений или форполимеров. Данный класс эластомеров характеризуется особыми физико-механическими свойствами. Так в зависимости от вида соединения полиуретановые эластомеры могут быть сравнимы по твердости со сталью или же быть схожими по упругости с каучуком, а по износостойкости превосходить многие марки чугуна. Среди прочих характеристик полиуретановым эластомерам свойственна:

• исключительная абразиво- и износостойкость,
• стойкость к динамическим нагрузкам,
• стойкость к радиации и световому излучению,
• хорошие прочностные качества при сохранении эластичности,
• стойкость к различным средам и маслам,
• морозостойкость,
• гидроизоляционные свойства,
• способность к поглощению вибрации,
• высочайшие показатели на раздир и разрыв,
• диэлектрические свойства,
• рабочий интервал температур от -50 до +120 °С.

Примеры эластомеров Типичные эластомеры — различные каучуки и резины. Ненасыщенные резины которые могут быть вулканизированы при помощи соединений серы:

• Натуральный каучук (Natural Rubber)
• Полиизопрен (Polyisoprene)
  • Бутилкаучук (сополимер изобутилена и изопрена, IIR)
  • Галогенированные бутиловые резины (Chloro Butyl Rubber: CIIR; Bromo Butyl Rubber: BIIR)
• Бутадиеновый каучук (BR)
  • Бутадиенстирольный каучук (сополимер полистирола и полибутадиена, SBR)
  • Бутадиен-нитрильный каучук (сополимер полибутадиена и акрилонитрила, NBR, СКН, БНКС)
  • Гидрированный бутадиен-нитрильный каучук Hydrated Nitrile Rubbers (HNBR) Therban® and Zetpol®
• Хлоропреновый каучук (Chloroprene Rubber) (CR), полихлоропрен, Неопрен, Baypren, Наирит и т. п.
• Полисульфидные каучуки

Насыщенные каучуки, которые не вулканизируются при помощи соединений серы:

• Этилен-пропиленовый каучук EPR (ethylene propylene rubber), сополимер на основе faeces of полиэтилена и полипропилена) и Этилен-пропиленовый каучук (ethylene propylene diene rubber, a terpolymer of polyethylene, polypropylene and a diene-component)
• эпихлоргидриновый каучук (ECO)
• Полиакриловый каучук (ACM, ABR)
• Силиконовый каучук (SI, Q, VMQ, СКТ)
• Фторсиликоновые каучуки — Fluorosilicone Rubber (FVMQ)
• Фторкаучук (FKM, FPM) Viton®, Tecnoflon®, Fluorel® and Dai-El®, СКФ
• Perfluoroelastomers (FFKM)
• Tetrafluoro ethylene/propylene rubbers (FEPM)
• Хлорсульфированый полиэтилен, ХСПЭ, Chlorosulfonated Polyethylene (CSM), (Hypalon®)
• Этиленвинилацетат (EVA)
• Ecopur (TPU)

Другие эластомеры:

• Thermoplastic Elastomers (TPE), for example Hytrel®, Santoprene® etc.
• Полиуретан
• Resilin, Elastin
• Polysulfide Rubber

Применение эластомеров. Эластомеры чаще всего применяются в следующих областях:

• Металлургия.
• Деревообработка.
• Горнодобывающие отрасли.
• Машиностроение.
• Пищевая промышленность.
• Производство строительных материалов.

Чаще всего можно встретить эластомеры в автомобилестроении – их используют для изготовления конструкций подвесок для внедорожников, спорткаров и броневиков. Этот материал позволяет достичь плавности хода и отличного контроля в управлении автомобилем при любых условиях эксплуатации. Применение эластомеров в качестве конструкционных материалов Эластомеры (резины) являются уникальным видом конструкционных материалов. Лишь данный вид КМ характеризуется сочетанием достаточно большой механической прочности (σр=20 – 50 МПа) с высокой эластичностью – способностью к обратимым деформациям растяжения большой величины (р=300 – 800%), развивающимся под воздействием небольших нагрузок. Наиболее распространенными видами промышленной продукции на основе эластомеров в настоящее время являются:

• пневматические шины (камерные и бескамерные);
• резиновые технические изделия (РТИ);
• асбестово-резиновые технические изделия (АТИ);
• резиновая обувь.

В основной ассортимент РТИ входят:

• рукава и трубчатые изделия;
• конвейерные ленты и плоские приводные ремни;
• клиновые приводные ремни;
• формовые изделия (виброизоляторы; уплотнительные манжеты и кольца; регулировочные диафрагмы; защитные детали; пробки; изделия медицинского и бытового назначения);
• неформовые изделия (шприцованные уплотнители стёкол, окон, дверей; пластины, маты, коврики; покрытия для полов);
• изделия на основе прорезиненных тканей;
• изделия из клеев и латексов.

Важными видами АТИ являются:

• накладки (колодки) тормозные;
• лента тормозная;
• кольца фрикционные;
• паронит и электронит – герметизирующие и электроизолирующие материалы.

В настоящее время трудно представить изготовление сколько-нибудь сложного механического устройства или машины без применения деталей из полимеров – резиновых и пластмассовых. В подтверждение данного тезиса приведём положительные эффекты применения резиновых и пластмассовых деталей в конструкции автомобиля:

• высокая скорость движения;
• повышенная грузоподъёмность;
• большая долговечность;
• безопасность эксплуатации;
• комфортабельность;
• уменьшение расхода топлива.

Высокие требования к механической прочности резиновых деталей и изделий, предназначенных к использованию в технике, удовлетворяются путём введения в резины армирующих наполнителей – волокон (нитей), шнуров, тканей, металлической проволоки. Указанные армирующие материалы в технологии эластомеров носят название корд (от французского сorde –верёвка, шнурок). В результате введения в конструкцию РТИ кордного материала прочность на разрыв изделия возрастает в 10 раз. Применение эластомеров в качестве электротехнических и радиотехнических материалов Эластомеры различного состава имеют неплохие диэлектрические свойства, обусловленные тем, что основу эластомера составляют органические полимеры – каучуки. Заметной областью применения эластомеров в электротехнике является изготовление гибкой резиновой изоляции электрических кабелей и проводов. Достоинства кабелей и проводов с резиновой изоляцией общеизвестны:

• большая гибкость в широком диапазоне температур;
• способность выдерживать многократные перегибы;
• влагостойкость.

Указанные достоинства особенно выгодно используются при необходимости передачи электрической энергии к перемещающимся токоприёмникам (к сварочным аппаратам, врубовым машинам, экскаваторам, бытовым приборам и т.п.). В конструкции кабелей резина может выполнять две функции: функцию электрической изоляции токопроводящих жил (изоляционные резины) и функцию защиты изоляции от внешних воздействий (шланговые резины). Диэлектрические свойства резины зависят, во-первых, от химической природы каучука и, во-вторых, от состава (рецепта) резиновой смеси, поэтому показатели диэлектрических свойств резин колеблются в некоторых пределах. Для изоляционных резин эти показатели таковы: V=1016-1017 Ом·м; ε’=2,5-5; tg δ=0,01-0,03; Епр=20-45 МВ/м. Электроизоляционные резины для различных случаев применения изготавливают на основе различных каучуков. Шланговые резины производят на основе бутадиен-стирольных каучуков (СКС). Высоковольтную электрическую изоляцию выполняют с применением бутилкаучука (БК) вследствие высокой озоностойкости получающихся резин. Хлоропреновые резины – незаменимый материал для защиты электрических проводов и кабелей, работающих в условиях контакта с бензинами, смазочными маслами, нефтепродуктами. Так, хлоропреновую защитную оболочку имеют провода систем зажигания тракторных, автомобильных и других двигателей. Стойкость резин к нефтепродуктам выгодно используют в кабелях, применяемых при бурении нефти и в разведочных работах. Нагревостойкие провода для длительной работы при 180ºC изготовляют с изоляцией из кремнийорганических (силиконовых) резин. Силиконовые резины также широко применяют в качестве уплотняющих прокладочных материалов в электрической аппаратуре, работающей при высоких температурах. На основе ряда каучуков производят ещё один технически важный материал – эбонит. В структуре эбонита содержится большое число поперечных химических связей, в результате чего эбонит практически полностью утрачивает эластичность и приобретает свойства пластика – высокую прочность и жёсткость (в сочетании с хорошими диэлектрическими свойствами). В электротехнической промышленности эбонит применяется как материал конструкционного и электроизоляционного назначения. Из полиуретановых эластомеров производят:

• подшипники, вкладыши, направляющие втулки, уплотнения различного применения, что обусловлено исключительной износостойкостью и низким коэффициентом трения;
• покрытия валов, крыльчаток, трубопроводов, насосов, циклонов, роторов, статоров и скребков в различных областях индустрии;
• всевозможные штампы, матрицы и формы для изготовления деталей широкого назначения;
• футеровочные листы для защиты металла и других поверхностей от истирания и повреждения (футеровка из полиуретанового эластомера увеличивает срок эксплуатации металлических конструкций до 25 раз!);
• элементы салона и корпусов автомобилей;
• одежда из волокон спандекс и искусственной кожи, подошва для обуви;
• гидроизоляционные покрытия;
• фильтрующие элементы;
• валки, ролики и ленты для всякого рода конвейерного оборудования;
• колеса и шины разнопланового назначения;
• демпфирующие и виброгасящие элементы.
• По сравнению с эластичными и жесткими ППУ эластомеры относительно новый материал, поэтому сферы применения постоянно расширяются (за последние 10 лет потребление возросло в 5 раз).

Получение эластомеров и последующая их переработка в изделия. Современные методы переработки эластомеров напоминают различные популярные способы переработки термопластов. Основным отличием является то, что при переработке термопластов в экструдер поступает порошок или гранулы, которые под воздействием температуры превращаются в пластическую массу, а затем попадают в специальные формы. При переработке эластомеров в специальный шприц попадает пластическая масса, которая затем заливается в специализированные формы. Получение пластической массы из вторичного эластомера является довольно сложной задачей, кроме того, расчет и проектирование механизмов для экструзии представляет собой также довольно сложную инженерную задачу. Кроме того, при разработке технологии переработки эластомеров необходимо предусмотреть такие технологические процессы, как вытяжка, усадка, склеивание, а также мерный рез и маркировка. При вторичной переработке различных эластичных материалов возникает множество проблем, связанных с изменением их эксплуатационных свойств, поэтому ученые в настоящее время разрабатывают различные методики, позволяющие рассчитать свойства вновь получаемого материала. Многие из подобных методик легли в основу программного обеспечения, которое используется для моделирования различных материалов. В настоящее время многие крупные компании предлагают своим клиентам готовые технологические линии по переработке эластомеров. Кроме того, подобные компании предлагают весь комплекс услуг по монтажу, настройке и пуску подобных линий. Получить более подробную информацию о подобном оборудовании можно на различных сайтах в сети интернет или в специализированных каталогах, которые можно получить на отраслевых выставках. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ПРОЦЕССАХ ПЕРЕРАБОТКИ КАУЧУКОВ И РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ Различные каучуки и смеси на их основе ведут себя при переработке весьма специфично, что обусловлено особенностями их реологических свойств, зависящих, в свою очередь, от молекулярно-структурных характеристик каучуков и надмолекулярной организации (НМО). Молекулярная структура и НМО определяются, прежде всего химической природой каучука, регулярностью его цепей, характером межмолекулярных взаимодействий, а также типом микроблоков НМО. При регулярной молекулярной структуре и сильном взаимодействии возникающие упорядоченные области представляют собой микрокристаллиты различного строения — ленты, ламели (пластины), фибриллы и сферолиты . Надмолекулярные структуры в аморфных полимерах неустойчивы и характеризуются коротким временем жизни кристаллитных заготовок . Эти структуры ярче проявляются в саженаполненных смесях при пониженных температурах и скоростях деформаций. Если механические свойства вулканизата зависят главным образом от густоты трехмерной сетки и особенностей ее строения , то в случае линейных или слабо разветвленных невулканизованных (несшитых) эластомеров специфичная микрогетерогенность системы и флуктуационные физические узлы взаимодействия и перехлесты молекулярных цепей могут стать основными факто рами, влияющими на реологические свойства материала L3_6J-Такие явления в эластомерах, находящихся в вязкотекучем состоянии, как аномалия вязкости и тиксотропия, могут естественным образом объясняться возникновением и распадом некоторых структурных НМО . Такой распад происходит вследствие увеличения температуры или продолжительности испытания, а также уменьшения межмолекулярных сил или при механических воздействиях. При этом понижаются вязкость и модуль эластичности, увеличивается деформируемость (податливость) каучуков и резиновых смесей . Во время «отдыха» разрушенные структуры и микроблоки восстанавливаются с той или иной скоростью. В процессе смешения одновременно с разрушением надмолекулярной и молекулярной структур каучука возникают «сверхсетки»- гетерогенные структуры, образованные наполнителем и каучуком с наполнителем, от которых зависят механические свойства, как резиновых смесей, так и резин. Узлы взаимодействия в этих «сверхсетках» могут быть образованы как физическими, так и ко-валентными химическими связями . О степени взаимодействия каучук — наполнитель обычно судят по объему и частоте сетки саже-каучукового геля (СКГ), определяемых экспериментальным путем. При обработке наполненных смесей целесообразно создание больших механических напряжений при малом времени воздействия, за которое еще не успевают развиться термохимические и механохимические деструктивные процессы. ДИСПЕРГИРУЮЩЕЕ СМЕШЕНИЕ Процесс приготовления резиновых смесей все еще остается «узким местом» в производстве резиновых изделий, одной из наиболее трудоемких и энергоемких операций; на большинстве шинных заводов выработка составляет около 1-2 т смеси на человека в час, а энергозатраты — порядка 0,5-1,4 МДж/кг. Это расход только на основной (многостадийный) процесс смешения, а с учетом пластикации, грануляции каучуков и доработки смесей в’ червячных машинах и на вальцах он составит около 2-3 МДж/кг. Эффективность подготовительных цехов резиновой промышленности зависит от различных факторов. Оценка эффективности и оптимизация подготовительного производства требуют всестороннего анализа. Изготовление резиновых смесей можно рассматривать с различных точек зрения: химии и технологии, механики, гидродинамики и реологии, термодинамики, инженерной и производственной Последний аспект предполагает широкое использование в производстве резиновых смесей автоматических систем и средств современной электронно-цифровой и аналоговой моделирующей и вычислительной техники. При смешении наблюдаются различные физико-механические и химические явления превращение больших агломератов ингредиентов и блоков полимера в более мелкие, удобные для перемешивания; снижение вязкости полимерной фазы путем механической или химической пластикации каучука; введение или «внедрение» порошкообразных или жидких компонентов в каучук с преодолением его когезионной прочности и сплошности и образование затем общей массы смеси за счет ауто-гезионного эффекта (само слипания); диспергирование технического углерода, т. е. уменьшение размеров его агрегатов или агломератов до минимального размера составляющих их первичных частиц;   гомогенизация, или простое смешение, т. е. перемещение частиц от одной точки смеси к другой без изменения их физической формы для повышения энтропии смеси или степени ее неупорядоченности, случайности или однородности; механохимическое взаимодействие полимера и активного наполнителя, образование усиленной структуры наполненной смеси или сажекаучукового геля (СКГ). Наибольшую трудность, как считают, представляет диспергирование. Простое смешение (гомогенизация) определяется главным образом накопленной деформацией сдвига. Диспергирующее смешение зависит от напряжения сдвига или вязкости смеси. Таким образом, эти явления в процессе смешения обусловлены реологическими свойствами эластомеров и гидромеханикой процесса. При массовом производстве резиновых смесей основным оборудованием являются закрытые резиносмесители Резиносмеситель представляет собой закрытую камеру, внутри которой навстречу друг другу вращаются два ротора. Каучук и другие материалы загружаются в камеру сверху через загрузочную воронку ,захватываются лопастями вращающихся роторов, энергично перетираются и перемешиваются в зазорах между роторами и стенками камеры. Поскольку в процессе смешения в резиносмесителе развиваются высокие температуры, для предотвращения чрезмерного перегрева смесей стенки камеры и ротора охлаждают холодной водой. Роторы вращаются в подшипниках, расположенных в приливах боковин смесительной камеры. Для предотвращения попадания смеси и ингредиентов в подшипники и выхода материалов наружу на смесителе установлены специальные уплотняющие устройства. Для выгрузки смеси служит разгрузочное отверстие в днище камеры. Открывание и закрывание загрузочного и разгрузочного отверстий производится соответственно с помощью верхнего и нижнего затворов. Верхний затвор, соединенный штоком с поршнем пневмоцилиндра, перемещается в вертикальном направлении, открывая и закрывая загрузочную воронку. Опущенный верхний затвор давит на смесь либо только собственным весом (поплавковое положение), либо передает еще давление воздуха в пневмоцилиндре. При этом смешение идет при заданном давлении. Передаваемое давление может меняться и достигать 0,4- 0,8 МПа; оно существенно влияет на качество и скорость смешения. В том случае, если давление затвора превышает сопротивление смеси, поршень доходит до упора и дальнейшее смешение происходит при постоянном объеме камеры. С увеличением давления затвора в «поплавковом» его положении и при отсутствии упора продолжительность смешения сокращается. Нижний затвор или перемещается сжатым воздухом в горизонтальном направлении, или в современных смесителях откидывается вниз. Верхняя его часть образует выступающий гребень, который при закрывании разгрузочного отверстия входит в межроторное пространство смесительной камеры. Современные производственные (не лабораторные) резиносмесители различаются по объему смесительной камеры и частоте вращения роторов. На шинных заводах работают резиносмесители с частотой вращения роторов 30, 40 об/мин и более. Некоторые резиносмесители имеют переменную частоту вращения роторов, что позволяет эффективно регулировать потребление энергии, температуру и длительность смешения при изготовлении различных смесей. Основные параметры и размеры резиносмесителей, изготавливаемых отечественными заводами, регламентированы соответствующим ГОСТ. Особенности современной технологии приготовления резиновых смесей При переработке эластомеров смешение рассматривается как их модификация, производимая путем совмещения каучука с активными наполнителями, мягчителями, вулканизующими агентами и другими ингредиентами, а часто-с другими каучуками или термопластами (ПЭ, СКЭПТ и т.п.). Смешению обычно предшествует пластикация каучуков, способных к деструкции. В процессе пластикации и смешения каучук подвергается воздействию одновременно повышенных температур и ‘больших механических напряжений. Температура может возрастать от 20 до 160 °С (в отдельных лучах до 200°С), а механические напряжения сдвига-до), 6 МПа. Отмечают, что при смешении в поле механических напряжений гротекают химические реакции, активированные механической энергией, а при повышенных температурах — термоокислительная деструкция и структурирование. Механический разрыв химических связей приводит к появлению активных радикалов, которые в зависимости от состава смеси, (прилагаемых напряжений и температуры могут вести себя различно: способствовать структурированию системы с образованием сажекаучукового геля (СКГ) или вызывать деструкцию эластомера с понижением его вязкости и эластичности. Установлено, что помимо мехаиохимических реакций, протекающих наиболее интенсивно на холоду, в резиновой смеси при повышенных температурах наблюдается взаимодействие ингредиентов между собой. Так, оксид цинка реагирует, например, с ускорителями, стеариновая кислота — с серой и техническим углеродом, неозон Д (фенил-р-нафтиламин) — с макрорадикалами каучука По этим причинам режим смешения, порядок загрузки ингредиентов и температурно-эременные условия этого ‘процесса оказывают большое влияние на свойства и качество получаемых резиновых смесей, полуфабрикатов и готовых шин и РТИ . Технология смешения в промышленности РТИ и шинной промышленности в принципе одинакова. Основным оборудованием в подготовительном производстве является резиносмеситель. Для РТИ приготавливают на вальцах только 14-16% смесей. Однако, если в шинной промышленности перерабатывают каучуки 10- 15 типов и разновидностей и до 40 видов ингредиентов, то в производстве РТИ используют каучуки 30-35 типов и до 100 видов ингредиентов. Обилие и специфика рецептур и режимов, а также широкий ассортимент используемого оборудования (смесители и вальцы разных типов и размеров) создают технические сложности в производстве смесей для РТИ. Состав смесей отличается более высоким наполнением (120-140 масс. ч. технического углерода на 100 масс. ч. каучука вместо 50-60 масс. ч. в шинном производстве). Поэтому тепловыделения и температура смешения обычно более высокие, чем в шинном производстве, проблема теплообмена обострена и использование смесителей большой единичной мощности и емкости вряд ли возможно даже в перспективе. Однако имеется положительный опыт работы со смесителями типа «Интер-микс — Шоу», обладающими лучшими, чем у смесителей типа «Фаррел — Бридж» («Бенбери»), характеристиками теплообмена и, по-видимому, более приспособленными для приготовления жестких смесей для РТИ. Внедрение новых типов каучуков и высокоструктурных типов технического углерода еще более осложнило переработку соответствующих смесей. Одновременно проведенные широкие исследования по изучению реологических свойств каучуков и резиновых смесей на их основе, а также физико-химических процессов, сопутствующих переработке, позволили дать научно обоснованнее рекомендации для построения, оценки и выбора режимов смешения, ранее разрабатываемых на базе практического опыта. Приготовление смесей на основе изопренового каучука При приготовлении смесей на основе изопренового каучукамарки СКИ-3 следует учитывать, что этот каучук весьма подвержен механохимической и термоокислительной деструкции. Температура смешения должна быть в интервале 100-110°С, т.е. когдамеханические напряжения резко снижены, а окислительные реакции еще замедлены Технологические приемы приготовлениясмесей на основе СКИ-3 подобны приемам, используемым для про-изводства смесей из пластикатов НК. Вместе с тем, измененияструктуры и свойств НК при переработке незначительно отражаются на свойствах смесей и вулканизатов. Это, по-видимому, свя-зано с тем, что деструкция НК при пластикации и смешении идетбез образования разветвленных структур с сохранением линейности макромолекул и последующая вулканизация ‘происходит такжедостаточно регулярно с образованием равномерной трехмернойсетки. СКИ-3 в отличие от НК подвержен значительным необратимым нерегулярным изменениям в процессе переработки. Особенно сильно он деструктируется при приготовлении на его основе каркасных смесей с техническим углеродом типа ПМ-50* или ФИФ. Деструкция наблюдается также и при последующей; доработке смесей на вальцах, в червячных машинах, а также при профилировании. Предварительный подогрев СКИ-3 в резиносмесителе до 70-85°С несколько снижает его деструкцию в соответствии с закономерностями механохимических реакций. Существенный недостаток резиновых смесей на основе СКИ-3- их невысокая (по сравнению со смесями на НК) когезионная прочность. Он может быть исправлен за счет применения рецептурных приемов: введения веществ, повышающих взаимодействие каучука с наполнителем (например, нитрозана К), что приводит одновременно к образованию в смеси лабильной пространственной сетки. Отмечают, что большое влияние на свойства смесей и вулканизатов на основе СКИ-3 оказывает содержание в них избыточной влажности (выше 0,1-0,2%). При повышении влажности до 0,5% каучук интенсивно деструктируется при переработке, а затем может образовывать вторичные структуры, что повышает твердость исклонность смесей к подвулканизации, ухудшает распределение технического углерода и на 10-15% понижает прочность при растяжении вулканизатов. Приготовление смесей на основе бутилкаучука Приготовление и обработка резиновых смесей на основе бутилкаучука (БК) осложняется его реологическими и физико-химическими особенностями: технологической несовместимостью с другими каучуками, низкой адгезионной прочностью и слабой аутогенией (самослипаемостью). Технологическая несовместимость БК с другими каучуками вызвана тем, что он химически весьма инертен, имеет низкую не-лредельность и для его вулканизации необходимо применять ультраускорители. Другие каучуки, случайно попадая в смесь на основе БК, перевулканизовываются, образуя крошку и твердые включения, что приводит к браку смесей и резиновых полуфабрикатов. Если нет возможности для смеси на основе БК выделить отдельное оборудование (например, в автокамерном производстве), то его нужно тщательно очищать до и после выпуска смесей на основе БК- Из-за низкой когезионной прочности и, по-видимому, отсутствия предела текучести, сам БК и смеси на его основе обладают большой текучестью при обычной температуре («холодное течение). Заготовки автокамер плохо сохраняют приданную им форму: при хранении на них образуются утонения, пролежни и складки. Одним из способов предотвращения «холодного течения» резиновых заготовок является обработка каучука и изготовление смесей при повышенной температуре (до 180-190°С). Такое высокотемпературное смешение придает смесям и заготовкам каркасность, а также улучшает качество вулканизатов. Отмечается, что хорошие результаты при приготовлении смесей можно получить, добавляя в нее канальный технический углерод, содержащий хемосорбированный кислород или специальные промоторы, что стимулирует полезное в данном случае структурирование бутилкаучука. Лучшее распределение технического БК смеси на его основе с избытком технического углерода крошатся, а затем очень медленно ‘вновь собираются в общую массу. Поэтому рекомендуют вводить наполнитель вместе с частью мягчителя в начале цикла, чтобы предотвратить полное рассыпание смеси. Необходимыми условиями хорошего смешения являются большой объем загрузки (180-190 л) и высокое давление верхнего затвора в начале цикла. Работу со смесями на основе БК затрудняют большая вязкость, скольжение и медленный прогрев раздробленных кусков каучука, а также образование «хрящей», т. е. непромешанных кусков каучука, которые обволакиваются мягчителями и техническим углеродом и перемещаются т менее вязкой среде без существенных деформаций, как инородные тела. Устранение таких «хрящей» возможно лишь при сильном прогреве всей массы заправки и увеличении продолжительности смешения, вследствие чего смеси на основе БК требуют повышенной температуры и удлиненных циклов обработки. Приготовление смесей на основе этиленпропиленового каучука Этиленпропилеиовый каучук (СКЭПТ) по комплексу эксплуатационных свойств относится к каучукам общего и специального назначения. Каучук хорошо совулканизуется с бутилкаучуком в присутствии серы, ускорителей и активаторов, но несовместим с большинством высоконепредельных каучуков, особенно неполярных. СКЭПТ обладает высокой тепло- и озоностойкостью, а также химической стойкостью к ряду агрессивных сред (щелочам, кислотам, спиртам и т.д.), высокими диэлектрическими показателями, достаточной прочностью при растяжении и эластичностью. Преимущества СКЭПТ позволяют применять его в шинной, резинотехнической, кабельной и других отраслях промышленности. Например, введение в состав автокамерных смесей на основе БК до 15 масс. ч. СКЭПТ значительно повышает напряжение сдвига в начале процесса смешения за счет увеличения вязкости среды, что улучшает качество распределения БК в смеси и способствует сокращению продолжительности формирования смеси. Приготовление смесей на основе бутадиен-нитрильных каучуков Бутадиен-нитрильные каучуки (СКН) — сополимеры бутадиена и нитрила акриловой кислоты производятся различной твердости (жесткости) и вязкости. Их свойства и перерабатываемость в значительной мере зависят от содержания нитрильных групп, которые сообщают структурным единицам способность к межмолекулярному взаимодействию, снижают гибкость полимерных цепей и способствуют возникновению сшитых и разветвленных структур. Специфичным для СКН является высокая энергоемкость смешения и затрудненное распределение ингредиентов в смеси. Бутадиен-нитрильные каучуки типов СКН-26 и СКН-40 с вязкостью по Муни порядка 90-120 ед. и жесткостью 18-22 Н пластицируются на холодных вальцах 60 или 84 дюйма при минимальных зазорах. Энергоемкость пластикации значительно выше, чем для НК или БСК и составляет около 1,8 кВт-ч/кг (для БСК Смешение сопровождается большими тепловыделениями и повышением температуры, поскольку системы теплообмена смесителей и вальцев не позволяют отобрать избыточное тепло. При повышенных температурах и механических напряжениях в смесях на основе СКН в отличие от смесей на основе СКИ или БСК преобладаетпроцесс структурирования, вязкость растет с увеличением температуры и длительности обработки. С введением в смесь высокоактивных и структурных типов технического углерода типа ФИФ, ХАФ, ПМ-70, ПМ-100 еще больше возрастает вязкость и образуется жесткий СКГ. Это приводит к такому возрастанию жесткости, что дальнейшая обработка смесей и их профилирование очень затрудняются. В этом случае процесс смешения надо проводить при пониженных температурах, а поскольку теплообразование уменьшается с уменьшением скорости обработки, то и при небольших скоростях вращения роторов или валков (10-20 об/мин). Специфическим для СКН технологическим приемом, позволяющим снизить температуру смесей, является одновременное введение в смеситель технического углерода и мягчителей, что замедляет процесс структурирования, увеличивает в два раза время до начала подвулканизации, но несколько ухудшает распределение наполнителя в полимере. При высоком наполнении (свыше 80 масс, ч) технический углерод следует вводить в каучук в два-три приема, тщательно перемешивая заправку каждый раз при опущенном верхнем затворе. Эффективным для снижения структурирования и улучшения свойств смесей и вулканизатов является использование двухстадийных режимов смешения. Это особенно полезно, когда наполнение велико, а содержание мягчителя мало. Серу значительно лучше распределять, если ее вводить в начале цикла в резиносмеситель, а не на вальцах (коэффициент разброса концентрации серы в готовой смеси 14-12% в резиносмесителе и 23-22% на вальцах). Другим специальным рецептурно-технологическим приемом является использование временных пластификаторов типа поли-меризационностюсобных олигоэфиракрилатов. При введении ОЭА в резиновые смеси вязкость падает, как и при введении обычных мягчителей; при этом снижаются теплообразования и энергозатраты на смешение. Однако действие ОЭА как пластификаторов исчерпывается на стадии смешения и их добавки (до 5-8%) не снижают прочностных показателей вулканизатов. В процессе вулканизации каучуколигомерных систем в присутствии инициаторов радикальных реакций протекает химическая прививка молекул ОЭА к цепи СКН, облегчающаяся сходством их химической природы. Происходит дополнительное структурирование СКН и образование в нем микроучастков жесткой структуры гомополимера ОЭА, играющих роль активного наполнителя. Каландрование резиновых смесей Каландрование — непрерывный процесс формования резиновой смеси, при котором масса размягченного и разогретого материала формуется с помощью приводных валков в бесконечные ленты. При каландровании требуется выпускать листы резиновой смеси с возможно более гладкой поверхностью и однородной толщиной по длине и ширине. Ширину и толщину (калибр) таких листов необходимо при этом регулировать с высокой степенью точности (до 1-2%). Предполагается, что смесь уже достаточно гомогенизирована и «разогрета. В связи с этим в листовальном каландре скорости калибрующих валков практически одинаковы (фрикция отсутствует), поверхности валков полированы, имеются специальные устройства, обеспечивающие компенсацию деформации и прогиба валков под нагрузкой. Каландры используют также для обрезицивания технических тканей, например, корда или чефера. Гидродинамика, реология и механика процесса «чистого» каландрования и обрезинивания тканей имеет много общего. В четырехвалковом каландре имеются три зазора между валками. Масса, обработанная в смесителе и разогретая на вальцах или в червячной машине холодного питания, подается в зазор между валками и по мере прохождения через него уменьшается в толщине, увеличиваясь при этом в ширине. Материал налипает на нижний валок, так как температура этого валка отличается от температуры верхнего: выше на 3-4° при переработке смесей на основе НК или ниже на 2-3° для смесей на основе СК. Во втором зазоре процесс повторяется, что приводит к дальнейшему уменьшению калибра и некоторому увеличению ширины листа. И, наконец, после прохождения последнего зазора лист выходит с заданными размерами по толщине и ширине. Скорость движения материала, захватываемого валками, увеличивается по мере прохождения зазора и в минимальном зазоре достигает максимального значения, превышающего среднюю окружную скорость валков, так как к скорости переноса материала здесь прибавляется скорость деформации. При выходе из зазора скорость массы уменьшается, пока не сравняется со скоростью движения валка. При этом толщина листа по сравнению с минимальным зазором несколько увеличивается, что связано с материальным балансом потока материала. Помимо увеличения толщины листа при уменьшении скорости материал разбухает, или эластически восстанавливается, из-за вязкоупругости. Давление, деформирующее эластомер в зазоре, вызывает прогиб валков. Это давление, равно как нормальные и тангенциальные напряжения в зазоре, необходимо определять при конструировании и эксплуатации каландра, чтобы рассчитать конструкцию, выбрать привод, оценить возможность переработки смесей новых рецептур (например, с повышенной вязкостью и жесткостью) соответствующий температурный режим процесса и установить нужные зазоры. Неучет этих обстоятельств может привести не только к технико-экономическому проигрышу, но даже к авариям и поломкам каландра. Конструкции каландров отличаются большим разнообразием. В четырехвалковых каландрах валки могут быть расположены вертикально, в виде букв Z, L или 5. Имеются также треугольные трехвалковые кордные каландры, двух-, пяти- и шестивалковые машины. При каландровании применяют высокие (до 60- 80 м/мин) скорости. Для выпуска листов с заданными размерами и допусками применяют каландры с жесткой регулируемой посадкой валков, исключающей их произвольное смещение. Тем не менее необходимо контролировать и регулировать толщину листа (например, лучевым калибромером с автоматической следящей и корректирующей системой путем изменения зазора и частоты вращения валков. Необходимо учитывать прогиб тяжелых валков, фиксированных по концам, подобно закрепленной балке, а также из-за распорных усилий при деформации резиновой смеси. Обработка резиновых смесей на валковых машинах Вальцевание и каландрование являются широко распространенными процессами в резиновой промышленности. При внешнем сходстве вальцов и каландров требования, предъявляемые к соответствующим процессам, а также к вальцованным и каландрованным заготовкам совершенно различны. Вальцевание производят обычно либо для гомогенизации резиновой смеси, выгружаемой из смесителя, либо для подогрева ее перед подачей в кордные или протекторные линии. Смешение на вальцах предпочитают проводить в тех случаях, когда работают с особо вязкими материалами. Иногда при вальцевании вводят в смесь некоторые ингредиенты (например, серу) или готовят всю смесь (обычно в производстве РТИ). Частота вращения одного ‘валка обычно на 25% выше, чем другого. Такая разница, или фрикция, обеспечивает дополнительное сдвиговое воздействие и улучшает смешение. Качество (гладкость) поверхности вальцованных листов смеси и их толщина могут широко изменяться (допуски на толщину листов смеси после вальцевания могут быть около ±10% и выше). При вальцевании обеспечивается хороший теплоотвод и поддерживается сравнительно низкая температура поверхностей валков, что позволяет достигать высоких напряжений сдвига и значений накопленной деформации сдвига yz, обеспечивающих хорошее диспергирование ингредиентов и гомогенизацию смеси. При этом для достижения высоких значений накопленной деформации сдвига 72 используют операции подрезки и заворачивания смеси в рулон. Подавая затем рулон торцом в зазор вальцов, добиваются хорошего смешения. Выпускают производственные вальцы с длиной рабочей части валков 630, 800, 1500, 2130 мм, а также лабораторные, с длиной валков 320 мм и меньше. При работе на лабораторных вальцах зазор обычно много меньше, чем на производственных. Охлаждаются (нагреваются) лабораторные вальцы также гораздо лучше. Если сравнить поведение смесей при вальцевании на лабораторных и производственных вальцах, то в последнем случае накопленная за цикл деформация Ys будет меньше, а качество смешения — хуже. В лаборатории вальцевание производят в оптимальных условиях, которые, как и качество обработки, не всегда реализуются в производстве. Очевидно, что для перехода от лабораторных условий к производственным нужно учитывать соотношения подобия. Важнейшими технологическими факторами,- определяющими условия обработки эластомеров на вальцах, являются: температуры материала и валков, их скорости и фрикция, зазор между валками, а также система подрезов, отбора и возврата в зазор части смеси. Переработка эластомеров в червячных машинах. Переработка каучуков и резиновых смесей на червячных машинах (экструдерах) осуществляется с целью:

• пластикации и придания бесформенной массе каучука вида, удобного для автоматического дозирования (грануляция, листование);
• очистки резиновой смеси от посторонних включений (стрейнирование);
• формования резиновой смесь (шприцевание, профилирование) для осуществления непрерывной вулканизации без давления, а также для облегчения заполнения вулканизациоыных форм в производстве РТИ;
• профилирования заготовок для последующей сборки сложных изделиЙ (шины, резиновая обувь);
• обрезинивания проволоки и текстильных шнуров;
• разогрева резиновой смеси в линиях каландрования.
• Эти технологические операции выполняются с помощью специализированных червячных машин, имеющих некоторые конструктивные различия.

В соответствии с ГОСТ 11441-76 одночервячные машины для переработки резиновых смесей подразделяются на три типа:

• МЧТ — с теплым питанием, предназначенные для переработки резиновых смесей, имеющих в момент поступления в загрузочную воронку температуру не ниже 50°С, а для машин, принимающих резиновую смесь из резиносмесителей, — от 80 до 200 °С;
• МЧХ — с холодным питанием, предназначенные для переработки резиновых смесей, имеющих в момент поступления в загрузочную воронку температуру не низке 15°С, а в момент поступления в профилирующую головку — не менее 60 °С;
• МЧХВ — с холодным питанием и вакуумированием, имеющими дополнительно к характеристикам предыдущего типа машин зону вакуумирования для удаления газов и паров, выделяющихся из материала в процессе шприцевания.

При рассмотрении теории процесса переработки эластомеров (термоэластопластов, каучуков и резиновых смесей) в червячных машинах используется термин экструзия», а для описания технологии- «шприцевание». Термин «профилирование» включает в себя кроме собственно шприцевания с помощью червячной машины дальнейшую обработку на последующих агрегатах: вытяжку, усадку, шероховку, маркировку, дублирование, промазку клеем, охлаждение, мерный рез и ряд других технологических операций, влияющих на окончательные размеры шприцованных заготовок. Конструкция червячных машин Общим для всех червячных машин является цилиндр, в котором вращается червяк (или червяки). Материал подается в цилиндр через загрузочную воронку и выдавливается через головку. Головка оснащается соответствующими профилирующими каналами, листующими валками, фильтровальными сетками или гранулирующими устройствами. К конструктивным характеристикам червячной машины относятся число и диаметр червяков, отношение рабочей длины червяка к диаметру, степень сжатия материала по длине червяка, а также характер (ступенчатое или бесступенчатое) и диапазон регулирования частоты вращения червяка. Для переработки резиновых смесей в основном используют одно-червячные машины. Сущность процесса шприцевания заключается в том, что нагретая и спластицированная резиновая смесь перемещается и уплотняется в витках червяка, продавливается через профильное отверстие головки машины, в результате чего приобретает заранее заданные форму и размеры. На выходе из профилирующего канала головки вследствие проявления высокоэластических свойств резиновой смеси происходит сокращение заготовки по длине и увеличение ее поперечного сечения — усадка. Для профилей сложного сечения усадка по ширине профиля различна вследствие различия скоростей шприцевания через различные сечения выходного отверстия. При конструировании профилирующих головок червячных машин стараются выровнять скорости потока и предусматривают так называемые прессовочные выступы при входе в наиболее открытую часть канала. Для уменьшения сопротивления течения смеси по кромкам в профилирующей планке вырезают разгрузочные окна. При экструзии важное значение имеет коэффициент внешнего трения между полимером и червяком и между полимером и цилиндром машины особенно на участке загрузки, заполненном неразогретым и непластицированным твердым материалом. Чтобы материал вообще мог перемещаться и деформироваться в зоне загрузки вдоль оси машины, коэффициент его трения о поверхность червяка должен быть малым, а о стенки цилинометрдра большим. Поэтому червяки необходимо полировать, а гильза цилиндра может иметь такой низкий класс чистоты обработки, который только позволяет производить ее очистку. Если это основное условие не выполняется, может происходить вращение материала вместе с червяком и скольжение по корпусу без всякого осевого перемещения с нулевой производительностью. Кроме механических свойств рабочих поверхностей, на экструзию влияет и их температура. В выдавливающей зоне, где разогретый материал находится в вязкотекучем состоянии, он подвергается действию противоположных факторов. Так называемое вынужденное движение (напор) возникает вследствие вращения червяка; обратное движение, или противоток, — появляется из-за наличия давления в конце зоны выдавливания (перед головкой). Противоток велик при экструзии нагретых материалов малой вязкости. При шприцевании заготовок из резиновых смесей, вязкость которых примерно на порядок выше вязкости расплавов термопластов, противоток может быть незначительным. К противотоку присоединяется поток утечки через зазор между внутренней поверхностью цилиндра и гребнем червяка б. При переработке резиновых смесей этот зазор для новых машин должен находиться в пределах 0,02-0,05 D а для находящихся в эксплуатации — не превышать 0,08 D Большой зазор может существенно не сказаться на производительности машины, но вызывает брак заготовок из-за подвулканизации резиновой смеси, попавшей в зазор. Вывод. Эластомеры представляют собой различные виды полимерных материалов, обладающие высокими эластичными свойствами. К эластомерам в настоящее время специалисты относят различные виды резин, которые могут создаваться, например, на основе натуральных каучуков. Одним из отличительных свойств данного вида материала является низкая температура стеклования. Переработка эластомеров является одной из важнейших задач, которая стоит перед многими предприятиями химической промышленности, так как изделия из эластомеров очень долго разлагаются в природных условиях и могут нанести существенный вред окружающей среде. Литература и источники.

1. Геллер Б.Э. Практическое руководство по физикохимии волокнообразующих полимеров. / Геллер А.А. — М: Санкт-Петербург, Изд-во «Химия, Ленингр. отд-ние», 1972г. 140 с.
2. Кнунянц И.Л. Краткая химическая энциклопедия Том 2. / Кнунянц И.Л. — М: Москва, Изд-во «ЁЁ Медиа», 1990г. 500 с.
3. Догадкин Б. А. Химия эластомеров : учебное пособие для вузов / Б. А. Догадкин, А. А. Донцов, В. А. Шершнев. — М.: Химия, 1981. 260
4. Третьяков Ю.Д., Химия: Справочные материалы. – М.: Просвещение, 1984
5. Материаловедение/Под ред. Б.Н. Арзамасова. – М.: Машиностроение, 1986
6. А. А. Тагер, Физикохимия полимеров, М., химия, 1978.
7. Пасынков В.В., Сорокин В.С., Материалы электронной техники, — М.: Высшая школа, 1986