Статьи»Производство пористых изделий из эластомеров»Вулканизация в псевдоожиженном слое инертного теплоносителя

Вулканизация в псевдоожиженном слое инертного теплоносителя

Добавлено 17.12.2013

Использование для вулканизации псевдоожиженного слоя инертного мел­козернистого теплоносителя позволяет устранить недостатки, характерные для вулканизации в среде жидких теплоносителей, при сохранении высокой эффективности теплопередачи. В качестве теплоносителя, в зависимости от особенностей обрабатываемого материала, рекомендуется использовать тонкоизмельченное твердое вещество (кварцевый песок, стеклянные, керамические или алюминиевые шарики, поваренную соль и т. п.), способ­ное сохранить свое первоначальное физическое состояние при заданной тем­пературе и в силу химической инертности не вызывающее самовозгорания вулканизата. Псевдоожижающим агентом может быть воздух, азот, двуо­кись углерода или водяной пар [63, 70]. Псевдоожиженный слой обеспечи­вает равномерность температурного поля в рабочем объеме вулканизаци- онной ванны, а также относительно высокий коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к изделию [а = 340 Вт/(м2 • °С)], возможность быстрого разогрева и охлаждения теплоносителя, его безопасность при эксплуата­ции [71].

Линия (рис. 13) состоит из червячного пресса, машины для нанесения антиадгезива, вулканизатора, устройства для охлаждения и очистки про­филя, протягивающего и резательного устройств.

Рис. 13. Линия для непрерывной вулканизации пористых длинномерных изделий в псевдоожиженном слое инертного наполнителя

Рис. 13. Линия для непрерывной вулканизации пористых длинномерных изделий в псевдоожиженном слое инертного наполнителя: 1 - червячный пресс; 2 - машина для опудривания; 3 - вулканизатор; 4 - устрой­ство для охлаждения и очистки профиля; 5 - устройство для отбора профиля.

Червячный пресс МЧХВ-90-10 с вакуумированием предназначен для получения профильных заготовок с одновременным обеспечением отсоса летучих веществ из резиновой смеси, что позволяет получать изделия с более равномерной структурой пор по сечению.

На выходящий из червячного пресса профиль наносят антиадгезив — подогретую до 60—80° С суспензию талька. Это предотвращает прилипание частиц твердой фазы теплоносителя к поверхности профиля и унос его из вулканизационной ванны. Поверхность профиля просушивается горячим воздухом и затем поступает в ванну на вулканизацию.

Вулканизатор, предназначенный для вулканизации профилирован­ной заготовки в псевдоожиженном слое стеклянных шариков (кварце­вого песка) при температуре 180-250°С, состоит из 5-7 соединенных друг с другом аналогичных по устройству прямоугольных секций длиной по 2 м каждая, с наружной теплоизоляцией (рис. 14). Глубина ванны 0,45- 0,50 м, ширина 0,15 м. Ванна по всей длине разделена на две части (верх­нюю и нижнюю) горизонтальной цилиндрической газораспределительной решеткой. Часть ванны под решеткой заполнена слоем стеклянных шари­ков (кварцевым песком определенного гранулометрического состава) высотой 0,15-0,20 м равномерно по всей длине ванны. Воздух для соз­дания псевдоожиженного слоя подается газодувкой или вентилятором высокого давления через регистр и устройство для подогрева воздуха за счет теплоты уходящих газов. Окончательный нагрев воздуха до 200- 250° С производится в электрокалориферах, собранных в батарею. Бата­рея обычно состоит из пяти электрокалориферов общей мощностью 140 кВт. Распределение потока горячего воздуха под газораспределитель­ной решеткой осуществляется перфорированными коллекторами (по одному на каждой секции), соединенными с распределительным газо­проводом управляемыми вентилями, установленными по два вентиля на каждую секцию, что дает возможность регулировать подачу воздуха в тцироких пределах по всей длине ванны и таким образом поддерживать состояние слоя теплоносителя в требуемом режиме. Газораспределитель­ная решетка выполнена из двух металлических сеток с заполненным между ними слоем кварцевого песка с размером частиц 450—700 мкм.Рис. 14. Секция вулканизатора

Резиновый профиль, вышедший из головки червячного пресса и про­шедший машину для нанесения антиадгезива, заправляется в зажим про­тягивающего механизма и затем протягивается через вулканизационную ванну. Профиль в вулканизационной ванне поддерживается восходящим потоком псевдоожиженного слоя и как бы "плавает" на его поверхности. Длина ванны и скорость транспортирования профиля в псевдоожижен­ном слое определяется временем, необходимым для полного завершения вулканизации.

Рис. 14. Секция вулканизатора: 1 - вулканизационная ванна; 2 — теплоно­ситель; 3 - электронагреватель; 4 - газорас­пределительная решетка; 5 - газораспредели­тельная труба; 6 - воздушная камера; 7 - теплоизоляция.

Наилучшие условия теплопередачи обеспечиваются при использовании стеклянных шариков диаметром 150—250 мкм. Дополнительно слой стек­лянных шариков подогревают помещенными над газораспределительной решеткой по всей длине вулканизатора электронагревателями общей мощностью 20 кВт. Ванна, решетка, подрешеточное пространство и простран­ство под ванной заключены в кожух, покрытый теплоизоляционным матери­алом. Экономия энергии обеспечивается также за счет отбора теплоты уходящих газов. Отработанный воздух отбирается вентилятором, производительность ко­торого несколько больше производи­тельности газодувки, благодаря чему в аппарате создается небольшое разрежение, исключающее выброс газа в атмосферу.

Для замера температуры и ее регистрирования в корпус каждой секции вмонтирована термопара. Давление подаваемого воздуха измеряется мано­метрами, по показаниям которых можно судить о "кипении" слоя.

После вулканизации профиль через отклоняющие и протягивающие ролики направляется в устройство для очистки и охлаждения, где враща­ющимися щетками снимаются налипшие на профиль частицы твердой фазы, а охлаждение осуществляется обдувом холодным воздухом. Затем профиль подается на резательное устройство. Управление работой линии осуществля­ется дистанционно с пульта управления.

Этот метод обеспечивает удовлетворительную вулканизацию большин­ства профильных изделий простой и сложной конфигураций. Сравнительно продолжительный период пребывания изделия в вулканизационной ванне (60—180 с и выше, если размер изделия по сечению превышает 0,02 м) обусловлен низкой теплопроводностью каучука и, следовательно, медлен­ным нагревом центра изделия. Низкая теплопроводность резины ограни­чивает размер поперечного сечения изготавливаемого профиля. Поэтому данный метод вулканизации более предпочтителен для изделий неболь­шого сечения, имеющих внутренние полости и тонкие стенки (трубчатые конструкции профилей). Скорость прохождения заготовки — в зависимо­сти от размера ее сечения и состава смеси, длины ванны и температуры в ней - может достигать 0,13 — 0,16 м/с [65, 68, 70].

Недостатки метода: сложность изготовления массивных профилей из-за опасности появления воздушных включений; ограничения в выборе каучуков для пористых резиновых смесей из-за воздействия кислорода воздуха в условиях высокой температуры; необходимость очистки вул­канизованных профилей от прилипших к их поверхности частиц теплоно­сителя; значительная энергоемкость процесса, достигающая на 1 м длины вулканизатора не менее 14 кВт, и длительность выхода на заданный режим (1,5-2 ч) вулканизации после остановки и полного охлаждения вулкани­затора; высокий абразивный износ всех подвижных деталей линии.

Внедрение любого непрерывного процесса, работающего в полуавтома­тическом или автоматическом режиме, предполагает, что перерабатывае­мые резиновые смеси должны иметь стабильные физико-механические по­казатели, которые во многом зависят от стабильности свойств полимера и резиновых смесей на его основе. Пористые резиновые смеси, как прави­ло, изготавливаются по двухстадийному режиму, и в этом случае пластич­ность смеси в целом не должна отличаться более чем на 0,05 от пластично­сти маточной смеси (после первой стадии изготовления).

Учитывая недостаточную стабильность эластомерных материалов, необходимо проводить порулонный их отбор по вязкости и вулканизуе- мости.

Большие трудности в производстве пористых изделий вызывает от­сутствие объективного метода оценки качества пористых резиновых сме­сей, а существующие методы далеко не удовлетворяют требованиям тех­нологии, что не только отражается на качестве изделий, но и приводит к большим потерям на производстве.

Устойчивость технологического процесса непрерывной вулканизации в псевдоожиженном слое зависит от большего числа факторов, чем при формовом методе вулканизации. Так, здесь необходимо: особенно внима­тельно следить за процессом шприцевания и равномерностью подачи шпри­цуемого профиля в вулканизационную ванну; поддерживать неизменными параметры псевдоожиженного слоя, которые в свою очередь зависят от ко­личества теплоносителя (стеклянных шариков) в вулканизационной ванне, от количества воздуха, подаваемого под газораспределительную решетку, его скорости и температуры; следить за установленной температурой псевдоожиженного слоя по зонам вулканизатора и скоростью отбора про­филя. Различным скоростям отбора соответствует определенное время пребывания профиля в вулканизационной ванне, т. е. продолжительность вулканизации.

Установлены [19, 72] оптимальные температуры (в°С) псевдоожи­женного слоя, при которых достижимо максимальное значение коэффи­циента теплоотдачи, равное 150-180 Вт/(м2 • °С) :

 I   зона                      180 ±5                           IV зона                        220±5

II   зона                      195 ±5                           V  зона                        210 ±5

III  зона                      210 ±5

Очень важно обеспечить согласованность скоростей шприцевания и подающего транспортера, чтобы избежать вытяжки профиля. Следует учитывать, что при отсутствии антиадгезива или его недостаточном коли­честве на поверхности заготовки увеличивается сопротивление движению профиля через ванну вулканизации за счет повышенного прилипания ча­стиц теплоносителя к поверхности профиля; при этом изменяется его конфигурация и резко увеличивается вынос теплоносителя из вулкани­затора. Это в свою очередь приводит к изменению тепловой обстановки в вулканизаторе и снижению коэффициента теплоотдачи. Вулканизация в псевдоожиженном слое профилей диаметром более 20 мм вызывает не­которые трудности, так как в этом случае приходится увеличивать время
вулканизации и существенно снижать температуру в первых зонах ванны. В случае применения более высоких температур в изделиях наблюдаются дефекты в виде пузырей и пустот.

При изготовлении пористых профилей непрерывным способом следует также учитывать изменение в процессе хранения свойств смеси, которые влияют на условия вулканизации и свойства резин и часто имеют решающее значение. Поэтому необходимо как можно более точно соблюдать оговорен­ные условия и сроки хранения смесей до вулканизации.

Для получения изделий высокого качества и достижения наибольшей производительности процесса необходимо обеспечивать оптимальное рас­пределение температур инертного теплоносителя по зонам непрерывного вулканизатора. Применительно к линии для непрерывной вулканизации пористых уплотнителей в псевдоожиженном слое стеклянных шариков диаметром 150—250 мкм было проведено исследование, использующее теоретическое прогнозирование состояния вулканизуемых изделий для всего периода вулканизации по методике, описанной в работе [17].

В качестве объектов практического исследования были взяты длинно­мерные уплотнители круглого сечения различных диаметров и профильные уплотнители трубчатой конструкции, изображенные на рис. 15, а и 16, д. На тех же рисунках дан результат построения сетки изотерм и линий тепло­вого потока в массивном и тонкостенном участках профиля для выделения секторов, включающих характерные точки сечения профиля (15, б и 16,6). В методике расчета температурно-временных режимов нагрева-охлаждения для этих точек сечения профиля с целью определения стадий процессов порообразования и вулканизации были использованы уравнения для рези­новой смеси 8ЛП-42-Ш [19, 72].

Рис. 15. Сечение трубчатого длинномерного изделия Рис. 16. Сечение трубчатого длинномерного изделия

Рис. 16. Сечение трубчатого длинномерного изделия (а), сетка изотерм и линий тепло­вого потока для массивного и тонкостенного участков профиля (б) :1-6 - секторы

Перед выполнением расчета была проведена "диагностика" теплоот­дачи псевдоожиженного слоя в различных зонах вулканизатора. Диагно­стика осуществлялась погружением в камеру вулканизации цилиндрического вулканизованного образца с двумя хромель-копелевыми термопа­рами, вмонтированными в его осевой части и вблизи поверхности [19]. Коэффициент теплоотдачи а определяли путем интерпретации нестационар­ного режима нагрева образца с использованием показаний наружной тер­мопары в качестве граничных условий первого рода. При интерпретации пользовались методом конечных элементов. Для основной группы зон вулканизации коэффициент теплоотдачи составляет 150 ±30 Вт/(м2 - С) [19].

В выполненном анализе режимов вулканизации пористых длинно­мерных изделий критерием рационального построения технологического процесса был принят признак достижения нужного размера сечения про­филя при одновременном достижении достаточно высокой степени пори­стости и при допустимых отклонениях от оптимума достигнутых стадий процесса структурирования в разных точках по сечению изделия. Данные отклонения определяются, в частности, отношением эквивалентного вре­мени вулканизации к оптимальному гэквопт при температуре эквива­лентного изотермического режима.

Конкретной задачей поиска является определение рационального (при стремлении к оптимальному) сочетания температур теплоносителя в по­следовательных зонах вулканизатора, размеров шприцуемого профиля и скорости шприцевания, определяющих время движения изделия в непре­рывном вулканизаторе и производительность процесса.

Вулканизацию пористых шнуров круглого сечения диаметром до 5 мм из смеси 8ЛП-42-Ш в псевдоожиженном слое твердых частиц с коэффици­ентом теплоотдачи а — 150 Вт/(м2 • °С), как показывают расчеты, можно проводить при постоянной температуре теплоносителя, достигающей 220° С. Тем самым обеспечиваются наибольшая производительность процесса (время вулканизации до 75 с), высокая степень пористости (р-+рмин) и допустимый разброс стадий процесса структурирования по сечению из­делия. В табл. 8 приведены основные факторы состояния резины в поверхностном слое и в центре изделия для указанного режима, рассчитанные для разных позиций профиля в непрерывном вулканизаторе при скорости шприцевания v = 0,067 м/с.

ТАБЛИЦА 8. Параметры непрерывной вулканизации шнура в псевдоожиженном слое (ρ мин = 550 кг/м3)

ТАБЛИЦА8. Параметры непрерывной вулканизации шнура в псевдоожиженном слое (Р мин =550 кг/м3)

При длине вулканизатора 10 м скорость шприцевания и общая произво­дительность процесса может быть повышена до 0,1-0,12 м/с. В таблице не содержится данных о периоде охлаждения изделия на воздухе, в течение которого степень структурирования центральной части несколько повыша­ется.

Вулканизацию более массивных изделий требуется проводить уже при определенном (неравномерном) распределении температуры тепло­носителя по зонам вулканизатора. Типичной закономерностью в распреде­лении температур является возрастание температуры до предпоследней зоны вулканизатора и некоторое снижение в последней зоне.

Пример такого режима, включающий анализ стадии охлаждения на воз­духе, иллюстрирует рис. 17. Общее время вулканизации т = 115 с, в кото­ром учитывается ускорение движения шнура за счет его удлинения при порообразовании. Как видно по диаграммам изменения плотности и стадии процесса структурирования резины, завершение процесса соответствует нормальному уровню рассматриваемых параметров как для поверхностных слоев, так и для центра изделия.

Вулканизация еще более массивных изделий, например профиля круг­лого сечения диаметром 15 мм (размер при шприцевании), возможна при той же интенсивности теплоотдачи /а = 150 Вт/ (м2 ,0С)] для резиновой смеси 8ЛП-42-Ш только при существенном снижении максимальной тем­пературы по зонам вулканизатора. В табл. 9 приводится пример такого режима переработки, рассчитанного по той же методике.

Фотогалерея

Новости

С праздником Победы!

9 Мая - День Победы!...далее

Михаил Токарев посетил ОАО "НИИРП

Глава Сергиево-Посадского района Михаил Токарев по...далее

Пластины для лазерной гравировки

ОАО «НИИРП» возобновило производство р...далее

Все новости >>


Мы в СМИ



Прямая связь с руководством

Вы можете отправить сообщение руководству компании.

Форма обратной связи

Вы можете отправить нам сообщение

ОАО НИИРП