Литьевые процессы, как альтернатива компрессионному способу производства РТИ

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Волжский политехнический  институт (филиал) федерального

государственного  бюджетного образовательного учреждения высшего

профессионального образования «Волгоградский государственный

технический университет»

(ВПИ (филиал) ВолгГТУ)

      Факультет«__________________________________________________ »

 

       Кафедра «___________________________________________________»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе (проекту)

      по дисциплине  «______________________________________________»

      на тему_______________________________________________________

       _____________________________________________________________

       _____________________________________________________________

      Студент______________________________________________________

                                                                                       (фамилия, имя, отчество)

      Группа________________________

      Руководитель работы (проекта) __________________      _____________

                                                                   (подпись и дата подписания)     (долж., инициалы и                                                                                                                                                    фамилия)

      Члены комиссии:

         _____________________       ____________________________

            (подпись и дата подписания)                       (инициалы и фамилия)

         _____________________       ____________________________

            (подпись и дата подписания)                       (инициалы и фамилия)

         _____________________       ____________________________

            (подпись и дата подписания)                       (инициалы и фамилия)

       Нормоконтролер _____________________     ______________________

                                (подпись, дата подписания)                       (инициалы и фамилия)

 

Волжский, 2012 г.

 

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Волжский политехнический  институт (филиал) федерального

государственного  бюджетного образовательного учреждения высшего

профессионального образования «Волгоградский государственный

технический университет»

(ВПИ (филиал) ВолгГТУ)

   Факультет «___________________________________________________»

   Специальность  (направление)_____________________________________ 
   Кафедра «_____________________________________________________»

   Дисциплина «__________________________________________________»

	Утверждаю Зав. кафедрой
	_____________   _______________           (подпись)                      (инициалы, фамилия)
	«___» ______________ 20 ____ г.

 

Задание

на курсовую работу (проект)

   Студент________________________________________________________

(фамилия, имя, отчество)

   Группа________________________

   1. Тема: _______________________________________________________

   _______________________________________________________________                                                     

   Утверждено приказом  от «_____» ______________ 20___ г.  № _________

   2. Срок представления  проекта (работы) к защите «___»_________20__ г.

   3. Содержание расчетно-пояснительной  записки: ____________________

______________________________________________________________________________________________________________________________

   4. Перечень графического  материала: ______________________________

________________________________________________________________

   5. Дата выдачи задания  «_____» ____________________20 __ г.

 

 

   Руководитель проекта  (работы) ________________  _________________

                     подпись, дата                    должность, инициалы и фа-

                                                                                                                                   милия

   Задание принял  к исполнению ________________  __________________             подпись, дата                    инициалы и фамилия

 

Волжский, 2012 г.

Содержание:

Введение	4
Сырье и материалы для производства РТИ	5
2. Способы формования и способы усовершенствования технологии производства РТИ	12
2.1. Подготовка сырья на резиносмесителях	13
2.2. Подготовка сырья на  вальцах	14
2.3. Подготовка сырья на  червячных машинах	16
3.Компрессионный способ  вулканизации	17
3.1. Вулканизация в литьевых  процессах	17
3.2. Преимущество литья  под давлением перед компрессионным  способом	18
Заключение	20
Список использованной литературы	21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 
         Резина представляет собой сложную многокомпонентную систему, в состав которой помимо каучука входит до 10–15, а иногда и более разнообразных веществ (ингредиентов). Свои ценные технические свойства резина приобретает в завершающем цикле ее производства – в процессе вулканизации.

Специфические свойства резины – высокая эластичность, способность  к большим обратимым деформациям  при статических и динамических нагружениях, стойкость к действию активных химических веществ, малая водо- и газопроницаемость, хорошие диэлектрические и другие свойства – обусловили ее широкое использование в различных областях техники.

Производство резиновых  изделий – крупная отрасль  промышленности, продукция которой  используется во всех областях народного  хозяйства. Основным потребителем резиновых  изделий (шин, тормозных устройств, губчатых изделий и разнообразных  деталей) является современный транспорт  – автомобильный, воздушный, железнодорожный. Как ценнейший изоляционный материал, сочетающий диэлектрические свойства с эластичностью и стойкостью к различным атмосферным воздействиям, резина широко применяется в электротехнической промышленности (при производстве кабеля, различных электрических приборов и т.д.).

Широко применяются в  народном хозяйстве разнообразные  резинотехнические изделия: транспортерные конвейерные ленты для погрузочно-разгрузочных работ, гибкие резиновые шланги и  ремни для передачи вращательного  движения от вала двигателя на валы машин и механизмов, уплотнительные детали (сальники, прокладки), муфты, амортизаторы и другие. Достаточно сказать, что  в конструкцию современного автомобиля входят сотни резиновых, резинометаллических  и резинотекстильных деталей.

Основным сырьем для изготовления резины являются каучуки – синтетические  и натуральный. Технические свойства резин зависят главным образом от типа каучука, из которого они изготовлены.

Вследствие широкого разнообразия условий эксплуатации резиновых  изделий для их производства применяются  каучуки разных типов. Так, масло  – бензостойкие резиновые изделия готовят из синтетических бутадиен-нитрильных или хлоропреновых каучуков. Для производства изделий, подвергающихся действию высоких температур, применяются теплостойкие силоксановые каучуки и фторсодержащие полимеры. Высокое сопротивление динамическим деформациям и износу автомобильных шин достигается применением натурального и синтетических стереорегулярных изопреновых и бутадиеновых каучуков или их комбинаций, а также бутадиен-стирольного каучука. Подобных примеров очень много.

Однако свойства резиновых  изделий зависят не только от типа каучука, но и от ингредиентов, применяемых  для изготовления резины (вулканизующие  вещества, ускорители и активаторы процесса вулканизации, наполнители, пластификаторы, противостарители, специальные вещества).

В настоящее время РТИ  выпускают около 50 специализированных предприятий, при этом новые заводы, введенные в строй в последнее  десятилетие (Ангрен, Балаково, Барнаул, Караганда и др.), использующих современную  технологию и оборудование.

 
1. Сырье и материалы для производства РТИ

 

Широкие области применения комплектующих РТИ предполагают использование большого ассортимента резиновых смесей, характеризующихся  разнообразием технологических  свойств. Для обеспечения этих свойств  важен правильный выбор каучуковой основы. Для изготовления разнообразных  уплотнителей используют в основном синтетические каучуки, такие как  бутадиен-нитрильный каучук (СКН), наирит, бутилкаучук, фторкаучук (СКФ), изопреновые каучуки (СКИ-3), этилпропиленовые (СКЭП и СКЭПТ), бутадиеновые (СКД), акриловые каучуки и т.д.

Изопреновый каучук близок по свойствам с НК, но имеет более низкую когезионную прочность и клейкость резиновых смесей на их основе. В то же время имеет более высокую текучесть, что облегчает их переработку формованием и литьем под давлением. Бутадиеновый каучук стереорегулярный. Обладают высокой морозостойкостью, сопротивлением истиранию. Резиновые смеси на их основе плохо перерабатываются экструзией и каландрованием. Для улучшения этих свойств добавляют НК и изопреновый каучук.

Бутадиеновые и бутадиенметастирольные каучуки вырабатывают в широком ассортименте и большом объеме. Это объясняется сравнительно простой технологией, доступностью исходных мономеров (бутадиена и стирола) и высокими физико-механическими свойствами этих каучуков. Резины на их основе имеют высокое сопротивление истиранию (60–69 пм2 / Дж в стандартных смесях).

Бутадиен-нитрильный каучук. Основной тип маслобензостойкого каучука, широко применяемого при изготовлении очень большого ассортимента РТИ.

Акриловые каучуки имеют  высокую тепло и маслостойкость. По теплостойкости они уступают только силоксановым и фторкаучукам. Предельная рабочая температура для них 200о С. Это один из синтетических каучуков, способных противостоять воздействию серу содержащих масел и смазок, т.е. удовлетворять требованиям к уплотнительным материалам в автомобилестроении. Недостаток резин из акриловых каучуков – низкая эластичность и невысокие прочностные свойства.

Фторкаучуки – сополимеры на основе фторолефинов. Атом фтора, входящий в состав молекулы полимера, придает ему особо высокую термо- и химическую стойкость. Высокая теплостойкость фторкаучуков в сочетании с достаточно хорошей механической прочностью, сопротивлением действию агрессивных сред – масел, органических жидкостей, сильных окислителей. Из фторкаучуков изготавливают уплотнительные и герметизирующие детали, предназначенные для работы в маслах и топливах при 200 С и выше.

Для получения РТИ в  качестве каучуковой основы можно использовать регенерат. Продукт переработки  старых резиновых изделий и вулканизованных  отходов производства. Регенерат  пластинчатый материал, способный смешиваться  с каучуками и ингредиентами, подвергаться технологической обработке  и вновь вулканизоваться при  введении в него вулканизующих веществ. Регенерат применяют для полной или частичной замены каучука  при производстве РТИ. Введение его  в резиновые смеси позволяет  экономить большие количества каучука  и значительно уменьшить себестоимость  резиновых изделий. Из регенерата без  добавок изготавливают в основном только неответственные изделия: ковры, бытовые дорожки, полутвердые трубки для изоляции, садовые рукава и  т.д

Для получения резинотехнических  изделий применяют в основном, не отдельно каучуки, а в составе  резиновой смеси, что позволяет  улучшить качество полученных материалов.

Введение ингредиентов и  вулканизация существенно изменяют свойства каучука.

Большинство ингредиентов изменяет свойства не только вулканизатов, но и резиновых смесей и влияет таким образом на поведение их в производственных процессах.

Вулканизирующие вещества –  это компоненты резиновых смесей, осуществляющие в процессе вулканизации сшивание макромолекул каучука в  пространственную структуру. К ним  относятся: сера, некоторые органические полисульфиды, органические перекиси, хиноны и их производные, диазосоединения, оксиды некоторых металлов (цинка, свинца, кадмия, магния), различные смолы и др.

Они вводятся для получения  резин с заданным комплексом свойств  и обеспечивают определенную степень  поперечного сшивания каучуков.

Вулканизация каучука  одной серой – весьма длительный процесс; получаемые вулканизаты обладают невысокой механической прочностью вследствие того, что одновременно с вулканизацией протекают процессы окисления каучука.

Еще со времени открытия вулканизации ставились опыты по сокращению продолжительности этого  процесса путем введения в смеси  различных химических веществ –  ускорителей вулканизации.

Ускорителями вулканизации обычно называют химические соединения, которые вводят в смесь каучука  с другими ингредиентами для  ускорения процесса вулканизации и  улучшения физико-механических свойств  вулканизованной резины.

Некоторые ускорители являются также вулканизующими веществами. Так, например, тиурамы и полисульфидные ускорители при температуре вулканизации могут вулканизовать каучук без применения элементарной серы. Активность большинства ускорителей повышается при введении так называемых активаторов, например окиси цинка, стеарина и др.

Вещества, являющиеся ускорителями вулканизации для одного каучука, могут  полностью утратить свойства ускорителей  и играть иную роль в смесях с  другим каучуком. Например, дибензтиа-зилдисульфид, являясь ускорителем вулканизации натурального и бутадиен-стирольных каучуков, служит замедлителем подвулканизации и пластификатором для наирита.

Ускорители вулканизации могут защищать резины от старения и оказывать другие действия, подробно описанные ниже. В начале развития резиновой промышленности широкое  применение в качестве ускорителей  вулканизации получили окислы и гидроокиси щелочноземельных металлов, а также  некоторые амфотерные окислы. К таким  ускорителям, названным неорганическими, относятся окиси магния и свинца, гидроокись кальция, а также окись  цинка. После открытия органических ускорителей эти окислы начали играть роль активаторов вулканизации. Наиболее широкое применение получила окись цинка, а в отдельных случаях окись кадмия, висмута и др.

Активаторы значительно  повышают эффективность действия вулканизации, и относительно небольшие добавки  их к смеси приводят к значительному  повышению степени вулканизации. Практически во многих случаях в  отсутствии активаторов вулканизация не происходит. Основным активатором, который применяется в технологии резины, является окись цинка, цинковые белила, стеариновая кислота.

При добавлении белил цинковых жесткость смесей значительно увеличивается, что предупреждает их деформацию при вулканизации открытым обогревом; кроме того, повышается их теплопроводность, что очень важно для вулканизации горячим воздухом.

Добавление стеариновой  кислоты обуславливает повышение  модуля, прочности на разрыв, твердости  и эластичности вулканизатов. В присутствии активаторов не только существенно улучшаются физико-механические свойства, но в некоторых случаях значительно повышается скорость вулканизации.

Получение полимерных материалов с определенным комплексом свойств связанно не только с синтезом полимеров различного химического строения. Одним из важнейших методов модификации полимеров является пластификация. Суть ее состоит в изменение свойств полимеров путем введения в них добавок низкомолекулярных веществ-пластификаторов, изменяющих вязкость системы, гибкость молекул, подвижность надмолекулярных структур. Пластификатор вводят в полимер с целью повышения их эластичности или пластичности при переработке и эксплуатации, например эфир ЛЗ-7, церезин и мягчительное масло и др. В связи с понижением вязкости при введении пластификатора уменьшаются затраты энергии при смешении каучуков с ингредиентами и при формовании резиновых смесей, снижается температура переработки и, следовательно, уменьшается опасность преждевременной вулканизации. Кроме того, уменьшение вязкости резиновой смеси позволяет увеличивать содержание в ней наполнителей и, таким образом, снижает ее стоимость.

При введении пластификаторов  кроме увеличения пластичности уменьшается  расход энергии, продолжительность  изготовления резиновых смесей и  теплообразование в процессе смешения; облегчается диспергирование ингредиентов смеси в каучуке, формование на каландрах  и червячных машинах и заполнение сложных форм; снижается температура  размягчения смеси в начальный.) период вулканизации и усадка резиновых  смесей при различный способах формования изделий.

При изготовлении резиновых  смесей на основе натурального каучука  с наполнением до 30 вес % пластификаторы применяются в небольших количествах (3–5 вес %), так как по ряду важных технологических свойств (способность  к смешению, клейкость и др.) такие  смеси вполне удовлетворительные.

В случае применения больших  дозировок тонкодисперсных саж  необходимо вводить в смеси большие  количества пластификатора.

В смесях на основе неполярных и полярных синтетических каучуков, характеризующихся большей жесткостью, отсутствием клейкости, трудностью смешения с ингредиентами, особенно с тонкодисперсными сажами, пластификаторы применяются в значительно больших количествах (до 30 вес %).

В последнее время в  резиновой промышленности все более  широкое применение находят высокомолекулярные полимеры, так называемые масляные и саже-масляные каучуки (стр. 53), в которые вводят большие количества пластификатора (до 30–35 вес %). Это приводит к улучшению свойств резины и экономии каучука.

Одним из эффективных способов модификации свойств полимерных материалов является их наполнение –  введение твердых, жидких или газообразных веществ – наполнителей, которые, равномерно распределяясь в объеме получающихся композиции, образуют четко выраженную границу раздела с полимерной средой.

Введение наполнителей способствует улучшению физико-механических и  технологических свойств полимеров, а также увеличению объема материала (разбавление полимеров), т.е. снижению его стоимости. Кроме того, наполнение применяют для изменения окраски  полимера. В качестве наполнителей используют мел природный и технический углерод.

Технический углерод является основным усиливающим наполнителем резиновых смесей; при введении его  в смеси увеличивается прочность  резин, сопротивление истиранию  и раздиру.

В связи с необходимостью получения резин с разнообразными физико-механическими свойствами потребовалось  создание различных видов технического углерода. При введении технического углерода в резиновые смеси их вязкость существенно увеличивается  за счет гидродинамического эффекта, а  также в результате взаимодействия эластомера с техническим углеродом. С увеличением содержания технического углерода в смеси снижается ее эластические восстановление и уменьшается  усадка при шприцевании резиновых смесей.

Применение мела как ингредиента  резиновых смесей, с самого начала развития резиновой промышленности нашла широкое применение. Хотя они  и изменяли физические свойства вулканизатов, придавая им ряд положительных свойств, но основной целью их применения было снижение стоимости резиновых изделий. В резиновой промышленности мел применяется не только как доступный и дешевый наполнитель, но и как антиадгезив для опудривания резиновых смесей. При введении мела в резиновые смеси их вязкость изменяется незначительно. Резиновые смеси, наполненные мелом, легко каландруются и шприцуются, имеют ровную поверхность, хорошо заполняют формы.

 

2. Способы формования и способы усовершенствования технологии производства РТИ

 

По способу изготовления, комплектующие резиновые детали подразделяются на формовые и неформовые. Формовые называют изделия, вулканизацию которых проводят в замкнутых пресс – формах под давлением, т.е. при их изготовлении процессы формования и вулканизации совмещены. Вследствие вулканизации под давлением такие изделия характеризуются высокой плотностью, а использование правильно рассчитанных пресс-форм с тщательно обработанными внутренними стенками придает изделиям точные размеры и гладкую внешнюю поверхность. При получении неформовых изделий их формование осуществляется методами экструзии, каландрования и т.п., а при вулканизации пресс-формы не применяют.

В промышленности формовые изделия изготавливают компрессионным методом, литьем под давлением, комбинированным  методом, заключающимся в формовании и предварительной вулканизации изделий в пресс-формах с последующей окончательной довулканизацией в вулканизаторах. И способом штамповки с дальнейшей вулканизацией в термостате, причем каждый из перечисленных методов имеет много разновидностей.

Независимо от способа  изготовления в основе производства многочисленных РТИ заложена единая технологическая схема:

Изготовление полуфабрикатов - Выполнение заготовок - Вулканизация Отделка изделий.

Процессы изготовления полуфабрикатов могут включать одинаковые операции для различных изделий, например составление и обработка резиновых  смесей. Выполнение заготовок, вулканизация и отделка различна для каждого  вида изделий.

 

 

2.1. Подготовка сырья на резиносмесителях

 

Для приготовления резиновой  смеси используют резиносмеситель.

Резиносмеситель является машиной закрытого типа. Он предоставляет собой камеру, состоящую из двух цилиндрических половин, внутри которых навстречу друг другу вращаются два ротора, имеющих сложную конфигурацию в продольном и поперечном сечении. Камера с торцов закрыта боковыми стенками, через которые проходят роторы своими цилиндрическими шейками. Сверху камера имеет загрузочное окно, закрываемое затвором, который способен перемещаться в вертикальном направлении и открывать или закрывать доступ в камеру. В нижней части камеры имеется загрузочное окно, закрываемое нижним затвором.

Исходные компоненты резиновой  смеси (каучук, наполнители, пластификаторы, вулканизующие агенты и др.) загружаются  в определенном порядке или все  вместе в камеру резиносмесителя через верхнее окно.

Перемешивание сопровождается деформацией и разделением частиц компонентов. В отличие от вальцов  эти процессы совершаются не только в зазоре между роторами (валками), но и во всем остальном пространстве смесительной камеры: между роторами, между роторами и стенкой камеры, между роторами и гребнем нижнего  затвора, между роторами и боковыми стенками.

В результате перемешивания  исходные компоненты распределяются в  массе каучука, и готовая резиновая  смесь в виде достаточно однородной бесформенной массы выгружается  из резиносмесителя через нижнее окно.

Резиносмеситель работает по периодическому циклу, складывающемуся в основном из трех операций: загрузки компонентов, собственно смешения и выгрузки готовой резиновой смеси. Продолжительность цикла смешения определяется составом резиновой смеси, свойствами исходных компонентов и целым рядом других факторов.

 

2.2. Подготовка сырья на  вальцах

 

Резиновая смесь загружают  на вальцы и многократно пропускают через зазор между вращающимися валками. Резиновая смесь втягивается  в зазор под действием силы трения и в результате возникающего сцепления (адгезии) между резиновой  смесью и поверхностью вращающихся  валков. При этом зона деформации и  степень захвата резины валками  определяются углом альфа, который, колеблется в пределах от 10 до 45 градусов.

Многократное пропускание  резиновой смеси через зазор  между валками обеспечивает равномерный  разогрев и перемешивание, чему способствует подрезка (в ручную или с помощью механического ножа) образующегося на валке слоя.

Подготовка сырья на каландрах. Разогретую резиновую смесь пропускают в зазоре между горизонтальными валками, вращающимися навстречу друг другу, при этом образуется бесконечная лента определенной ширины и толщины.

При каландровании полимерных материалов проходит через зазор  только один раз. Поэтому для получения  листа с гладкой поверхностью очень часто используют трех- или четырехвалковый каландры, имеющие листы с точностью по толщине до + 0,02 мм. Ширина листа определяется рабочей длинной валка.

При каландровании проводят различные технологические операции:

формование резиновой  смеси и получение гладких  или профильных листов;

дублирование листов;

обкладка и промазка текстиля резиновой смесью.

Под действием упругих  сил деформируемого материала, проходящего  через зазор, между валками каландра возникают распорные усилия, величина которых зависит от зазора между  валками, запаса смеси между ними, вязкоупругих свойств смеси, скорости обработки и других факторов. Наибольшее распорные усилия возникают между первым и вторым валками каландра, на которых находится наибольший запас смеси.

В зависимости от выполняемых  процессов каландры подразделяют на:

листовые – для изготовления резиновых смесей в виде гладких  листов;

профильные – для выпуска  резиновых смесей с более сложным  профилем сечения или с нанесением на лист рисунка (подошвенные и др.);

обкладочные – для наложения  резиновой смеси тонким слоем  на ткань при одинаковых окружных скоростях валков в выпускающем  зазоре;

промазочные – для втирания резиновых смесей в нити ткани и переплетения между ними.

Изготовление заготовок  на предформователе «Барвелл».

Подогретую резиновую  смесь загружают в камеру предформователя фирмы «Барвелл». Станок состоит из инжекционного цилиндра с поршнем, гидроцилиндра, поворотной головки со сменной профилирующей шайбой, плоского отрезного ножа с приводом и отборочным транспортером, гидропривода, системы термостатирования инжекционного цилиндра, вакуум-насоса, осуществляющего вакуумирование смеси перед профилирующей головкой.

Под действием поршня из инжекционного цилиндра через профилирующую  шайбу выдавливается резиновая  смесь, приобретая необходимую форму. После выхода из шайбы резиновый  профиль срезается ножом.

Полученная заготовка  попадает в ванну для охлаждения и обработки антиадгезивным раствором, или в воде, или мыльном растворе (что оговаривается технологической картой), для предотвращения слипания заготовок во время хранения. Во избежания деформации заготовок производят их сортировку.

 

 

 

2.3. Подготовка сырья на  червячных машинах

 

В результате взаимодействия с рабочими органами машины резиновая  смесь подвергается интенсивным  деформациям, главным образом сдвигового характера, нагревается и размягчается до пластичного состояния. Червяк создает  давление в перерабатываемом материале, достаточное для преодоления  сопротивления головки и профилирующего инструмента. Пластичная резиновая  смесь продавливается через профилирующий  инструмент, приобретая форму и очертания, близкие профилю выходного отверстия.