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%) [2-4]. 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 [9]. 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.

5. ОБРАБОТКА РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ НА ВАЛКОВЫХ МАШИНАХ

Вальцевание и каландрование являются широко распространенными процессами в резиновой промышленности [1].

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 y_z, 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 Y_s 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.

6. ПЕРЕРАБОТКА ЭЛАСТОМЕРОВ НА 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.