Лабораторная работа 2
ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ
(Хабаров С.Н.)
Цель работы: получение практических навыков по составлению рецептур резиновых смесей, изучение технологии смешения на вальцах, а также ознакомление с современным промышленным смесительным оборудованием.
Оборудование: вальцы лабораторные Лб 160/160, весы технические, секундомер, термошкаф, мерная посуда.
Предварительная подготовка
1 Изучить ингредиенты резиновых смесей, специфику их действия на технологические и прочностные свойства резиновых смесей и вулканизатов [1, с. З60 - 368].
2 Изучить технологию процесса смешения на вальцах [4, с. 20 - 47, 124 - 198, 252 - 276].
3 Ознакомиться с современным технологическим оборудованием для изготовления резиновых смесей [1, с. З60 - 368; 4, с. 20 - 47, 124 - 198, 252 - 276].
Порядок выполнения работы
1 Ознакомиться с инструкцией по охране труда и технике безопасности при работе на вальцах.
2 Составить рецептуру резиновой смеси, рассчитать и провести дозирование навесок ингредиентов и подготовить их к смешению.
3 Ознакомиться с принципом действия и конструкцией валковых смесителей.
4 На лабораторных вальцах изготовить резиновую смесь.
Методические указания
Резиновая смесь представляет собой сложную композицию, состоящую из связующего - каучука и различных ингредиентов (добавок), предназначенных для улучшения физико-механических, эксплуатационных и других свойств материала.
Основные ингредиенты резиновых смесей - наполнители, пластификаторы (мягчители), вулканизующие агенты, ускорители и активаторы вулканизации, стабилизаторы, противоутомители, красители и др.
В основе получения резиновой смеси лежит процесс смешения. Все ингредиенты, предназначенные для смешения, должны быть соответствующим образом подготовлены: измельчены, высушены, нагреты и т.д.
Составление рецептуры резиновой смеси
При подготовке ингредиентов к смешению большое значение имеет рецептура и их развеска.
Рецепты резиновых смесей следует составлять в определенной последовательности, что гарантирует от ошибок и пропусков при взвешивании ингредиентов. Обычно применяют следующую последовательность записей: 1) каучук, 2) регенерат, тиокол, полиизобутилен или другие заменители каучука; 3) сера; 4) ускорители вулканизации; 5) активаторы вулканизации; 6) противостарители; 7) усилители и наполнители, 8) мягчители; 9) специальные ингредиенты (красители, порообразователи).
По одному из заданных вариантов рецептур резиновых смесей (табл. 2.1) рассчитывают навески ингредиентов. Общую навеску загрузки определяют по формуле
, (2.1)
где V - объем единовременной загрузки, м3; r - плотность резиновой смеси, кг/м3.
Плотность резиновой смеси может быть рассчитана по формуле
, (2.2)
где mi и ni - соответственно масса и объем каждого ингредиента резиновой смеси.
Объем единовременной загрузки на вальцы определяют по формуле
, (2.3)
где D - диаметр рабочей поверхности валка, м; L - длина рабочей поверхности валка, м; 0,065 - эмпирический коэффициент.
Так как смешение ингредиентов реализуется на лабораторных вальцах, то допустимая величина загрузки составит 2000 г. Расчет навески отдельного ингредиента следует вести, исходя из этой величины загрузки, по формуле
, (2.4)
где g - содержание отдельного ингредиента на 100 массовых частей каучука; åg - массовое содержание всех ингредиентов, входящих в состав смеси на 100 массовых частей каучука; i- номер ингредиента; n - число ингредиентов в смеси.
Пример расчета величины навесок ингредиентов для рецепта № 2 (см. табл. 2.1).
Для опыта потребуется: каучука - 830,0 г; серы - 24,9 г; каптакса - 7,5 г; неозона - 8,3 г; стеарина - 10,0 г; сажи - 600 г; смолы - 17 г; фталевого ангидрида - 4,3 г., белил цинковых - 498 г.
Правильность расчета проверяется суммированием масс всех навесок; их сумма должна дать массу загрузки, т.е. 2000 г.
Подготовка к смешению материалов - порошкообразные и жидкие ингредиенты, каучук - развешивают в соответствии с технологической картой, где указана величина навески каждого ингредиента для лабораторных вальцов. Взвешивание производится на технических весах.
2.1 Рецептура приготовления резиновых смесей
|
Составные части |
Рецепт № 1 |
Рецепт № 2 |
Рецепт № 3 |
Рецепт № 4 |
||||
|
массовые части |
% масс. |
массовые части |
% масс. |
массовые части |
% масс. |
массовые части |
% масс. |
|
|
СКН-26М |
100 |
34,7 |
|
|
|
|
|
|
|
СКИ-3 |
|
|
|
|
100 |
24,2 |
|
|
|
СКН-40М |
|
|
|
|
|
|
100 |
63,3 |
|
НК пласт. |
|
|
100 |
41,5 |
|
|
|
|
|
сера |
1,5 |
0,52 |
3,0 |
1,25 |
1,6 |
0,4 |
0,5 |
0,32 |
|
каптакс |
|
|
0,9 |
0,37 |
1,2 |
0,3 |
|
|
|
тиурам |
2,5 |
0,87 |
|
|
0,1 |
0,02 |
|
|
|
ДТДМ |
|
|
|
|
|
|
0,8 |
0,52 |
|
продукт- НГ-2246 |
1,0 |
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
неозон Д |
1,0 |
0,4 |
1,0 |
0,42 |
1,1 |
0,26 |
1,2 |
0,78 |
|
стеарин |
2,0 |
0,7 |
1,2 |
0,50 |
2,0 |
0,48 |
|
|
|
сажа ПМ-15 |
|
|
72,4 |
30,0 |
|
|
12,0 |
7,6 |
|
сажа ПМ-75 |
|
|
|
|
|
|
30,0 |
18,9 |
|
сажа ПС-50 |
40,0 |
13,87 |
|
|
|
|
|
|
|
сажа белая |
|
|
|
|
20,0 |
4,83 |
|
|
|
ДБФ |
20,0 |
6,94 |
|
|
|
|
|
|
|
канифоль |
|
|
|
|
|
|
1,2 |
0,78 |
|
мазут |
|
|
|
|
|
|
9,0 |
5,69 |
|
смола сосновая |
|
|
2,0 |
0,83 |
|
|
|
|
|
масло вазелиновое |
|
|
|
|
20,0 |
4,83 |
|
|
|
сульфенамид |
|
|
|
|
|
|
0,8 |
0,52 |
|
мел |
|
|
|
|
160 |
38,8 |
|
|
|
каолин |
|
|
|
|
60,0 |
14,5 |
|
|
|
литопон |
|
|
|
|
40,0 |
9,7 |
|
|
|
пигмент |
|
|
|
|
2,0 |
0,48 |
|
|
|
фталевый ангидрид |
|
|
0,5 |
0,23 |
|
|
|
|
|
белила цинковые |
120 |
41,6 |
60,0 |
24,9 |
5,0 |
1,2 |
2,5 |
1,59 |
|
ИТОГО: |
288 |
100 |
241 |
100 |
413 |
100 |
158 |
100 |
Вязкие материалы (мазут, сосновая смола и др.) необходимо разогреть в термошкафу для уменьшения их вязкости. Их не развешивают, а отмеряют, пользуясь вымеренной тарой.
Для качества смеси большое значение имеет точность, с которой производится взвешивание.
Недопустимы погрешности, превышающие отклонения, связанные с точностью весов и величиной навески. Допустимой считается погрешность, не превышающая 0,04 % грузоподъемности весов. Отклонение от массы, превышающее допустимое, свидетельствует о небрежной работе при выполнении задания.
Приступая к работе необходимо проверить чистоту рабочего места, где производится развеска; чистоту и исправность приборов, оборудования и инструментов (весы, совки и др.); наличие чистой посуды для материалов; убедиться в том, что ингредиенты в достаточном количестве и расставлены в установленном порядке.
При развеске ингредиентов необходимо соблюдать следующие правила: серу и ускорители взвешивают отдельно; мягчители отвешивают в отдельную посуду, проверенную на герметичность; нельзя развешивать влажные и непросеянные ингредиенты; после того, как все ингредиенты взвешены и укомплектованы их помещают на стеллаж около смесительного оборудования в порядке загрузки в машину.
Качественное смешение ингредиентов резиновой смеси предопределяет получение резинотехнических изделий с высокими механическими показателями. Достижение этой цели возможно только при правильном выборе смесительного оборудования и осуществления процесса смешения в оптимальном режиме. Обычно процесс смешения резиновых смесей производится на вальцах непрерывного и периодического действия, в закрытых резиносмесителях периодического действия или в смесителях непрерывного действия.
Смешение подготовленных ингредиентов необходимо провести на лабораторных вальцах. Поэтому составной частью работы является практическое ознакомление с навыками работы на валковых смесителях. Основными элементами лабораторных вальцов, принципиальная схема которых показана на рис. 2.1, являются передний 1 и задний 2 валки, к которым крутящий момент подводится от электродвигателя 7 через редуктор 6, приводные 5 и фрикционные шестерни 12.
Рис. 2.1 Принципиальная схема вальцов
Для предотвращения попадания перерабатываемой смеси в подшипники 4 и 8 предусмотрены ограничительные стрелы 3. Межвалковый зазор регулируется с помощью механизмов 9, упорные винты которых воздействуют на подвижные подшипники 8 переднего валка 1. С целью аварийного останова вальцов предусмотрен тормоз 10.
Аварийный выключатель представляет собой мощный электромагнит, действующий на тормоз колодочного типа. С помощью аварийного выключателя можно остановить вальцы из любого положения.
Для изготовления резиновой смеси на лабораторных вальцах необходимо знать регламент смешения, который предписывается технологической картой. В ней указывается: 1) время введения каждой группы ингредиентов, общая длительность цикла; 2) порядок и целесообразные приемы введения ингредиентов; 3) температура валков; 4) минимальный зазор между валками, определяющий толщину резинового слоя; 5) фрикция между валками.
Для заданных вариантов рецептур резиновых смесей (табл. 2.1) предписывается следующий регламент смешения.
Рецепт № 1: 1) каучук СКН-26м - 0 мин; 2) продукт НГ-2246 - 8 мин.; 3) сера и неозон Д - 11 мин; 4) стеарин и сажа ПС-50 - 12 мин, 5) 0,5 частей белил цинковых и 0,5 частей ДБФ - 15 мин; 6) 0,5 частей белил цинковых и 0,5. частей ДБФ - 18 мин; 7) охлаждение на валках - 23 мин; 8) тиурам - 28 мин; 9) срез готовой резиновой смеси – 30 - 32 мин. Зазор между валками - 4 мм. Величина фрикции - 1 : 1,17. Температура переднего валка - 338 К, заднего - 348 К.
Рецепт № 2: 1) каучук НК пластифицированный - 0 мин; 2) фталевый ангидрид - 4 мин; 3) 0,5 частей сажи ПМ-15 и 0,5 частей сосновой смолы - 6 мин; 4) 0,5 частей сажи ПМ-15 и 0,5 частей сосновой смолы - 9 мин; 5) каптакс, неозон Д, белила цинковые и стеарин - 6 мин; 6) сера - 8 мин; 7) снятие готовой смеси - 13 мин. Зазор между валками - 4 мм. Величина фрикции между валками – 1 : 1,17. Температура переднего валка - 343 К, заднего - 333 К.
Рецепт № 3: каучук СКИ-3 - 0 мин; 2) неозон Д, белила цинковые, каптакс, пигмент, тиурам, стеарин, литопон, каолин - 3 мин; 3) сажа белая, мел, вазелиновое масло - 6 мин; 4) сера - 11 мин; 5) выгрузка готовой смеси - 12 мин. Зазор между валками - 2 мм; величина фрикции между валками - 1:1,17. Температура переднего валка - 343 К, заднего - 333 К.
Рецепт № 4: 1) каучук СКН-40 М - 0 мин; 2) канифоль - 5 мин; 3) сульфенамид, продукт ДТДМ и неозон Д и белила цинковые - 9 мин; 4) сажа ПМ-15 и 0,5 части мазута - 13 мин; сажа ПМ-75 и 0,5 части мазута - 23 мин; 6) охлаждение смеси - 28 мин; 7) сера - 33 мин; 8) выгрузка готовой смеси - 35 мин. Зазор между валками - 4 мм. Величина фрикции – 1 : 1,17. Температура переднего валка - 333 К, заднего - 343 К.
Как видно из приведенных регламентов, процесс смешения состоит из трех операций: а) разогревание и пластикация каучука; б) введение в каучук (или его смесь с другим каучуком) необходимых ингредиентов; в) перемешивание и листование смеси.
Перед смешением на вальцах необходимо установить межвалковый зазор, нагреть валки до заданных температур, проверить работу аварийного устройства и далее, в соответствии с регламентом изготовить резиновую смесь. После снятия готовой смеси с вальцов ее охлаждают и укладывают на стеллаж. Записывают вариант рецепта и условия изготовления резиновой смеси в табл. 2.2. В дальнейшем резиновая смесь будет подвергнута контрольному испытанию.
2.2 Технологические режимы смешения на вальцах
|
№ рецепта |
Время смешения, мин |
Зазор между валками, мм |
Температура валка, ° С |
Фрикция |
|
|
|
|
|
переднего |
заднего |
|
|
|
|
|
|
|
|
Отчет
1. По рекомендованной литературе дать описание промышленных методов изготовления резиновой смеси.
2. Представить общую характеристику применяемого сырья и назначение каждого ингредиента, входящего в смесь.
3. Дать описание технологического процесса изготовления резиновой смеси и применяемого оборудования.
4. Заполнить таблицы.
Контрольные вопросы
1. Какие ингредиенты входят в резиновую смесь?
2. В чем заключается сущность процесса смешения?
3. Каким видам обработки подвергаются порошкообразные ингредиенты?
4. Какие технологические схемы изготовления резиновых смесей вы знаете?
5. В каких случаях считается целесообразным проводить смешение на вальцах?
6. Каковы правила техники безопасности при смешении на вальцах?
7. Из каких основных операций состоит процесс смешения на вальцах?
8. Перечислите основные технологические параметры процесса смешения на вальцах.