Методы формования изделий из листованных резин

Шерышев М.А.
«Производство изделий из полимерных листов и пленок»

Формование изделий из резиновых смесей

В настоящее время метод формования из листованных резиновых смесей нашел наиболее широкое применение в промышленности при изготовлении крупногабаритных изделий, к механическим свойствам которых предъявляются невысокие требования. Естественно, что для производства изделий такого рода оправдано применение наиболее дешевых резиновых смесей с добавлением значительных количеств регенерата. Но надо отметить, что данным методом изготовления формовых резиновых технических изделий (РТИ) может быть получена самая широкая гамма изделий, а следовательно, имеются перспективы применения при формовании и других видов резиновых смесей.

При формовании объемных резиновых изделий в качестве сырья используются листовые заготовки из невулканизированной (сырой) резиновой смеси.

Резина представляет собой композиционный материал, включающий до 10-15, а в отдельных случаях, и более разнообразных компонентов, называемых в технологии резины ингредиентами. В современной резиновой промышленности используется более 500 наименований ингредиентов. Причина применения большого числа компонентов в том, что комплекс технических и технологических свойств резин, а также стоимость изделий из них находятся в прямой зависимости от качественного состава резиновой смеси.

Все ингредиенты резиновых смесей подразделяются на две большие группы. К первой группе обычно относят следующие классы ингредиентов:

Ингредиенты	Назначение
Каучуки и регенерат	Для придания эластичности резиновым изделиям
Вулканизующие вещества (агенты)	Для образования поперечных связей
Ускорители вулканизации. Активаторы вулканизации	Регулирование сопротивления преждевременной вулканизации и времени вулканизации
Замедлители вулканизации. Наполнители	Повышение физико-механических характеристик, снижение стоимости резиновых изделий и улучшение технологических свойств резиновых смесей
Пластификаторы (мягчители)	Повышение эластичности наполненных резин, снижение затрат энергии при изготовлении и переработке резиновых смесей
Противостарители	Повышение срока эксплуатации резиновых изделий

Эта группа ингредиентов определяет важнейшие технические свойства резин: способность к многократным обратимым деформациям (эластичность), механическую прочность, сопротивление разрастанию порезов и истиранию, сопротивление действию моторных топлив и смазок (масло-бензостойкость) и некоторые другие.

От этих ингредиентов зависят и основные технологические свойства резиновых смесей: текучесть (вязкость), стойкость к преждевременной вулканизации (индукционный период), скорость и оптимальный режим вулканизации и т. д.
Ингредиенты этой группы присутствуют практически во всех промышленных резиновых смесях.

Ко второй группе относят вещества, придающие резинам некоторые специфические свойства:

Ингредиенты	Назначение
Порообразователи	Для пористых резин
Органические красители и пигменты	Для светлых и цветных резин
Антипирены	Снижение воспламеняемости и горючести резин
Фунгициды	Защита резин от разрушения микроорганизмами в условиях тропиков
Дезодоранты	Подавление неприятного запаха изделий

Методы формования изделий из листованных резин

В последние годы промышленное применение получил процесс формования резинотехнических изделий из листовых заготовок. Этот процесс формально очень близок к термоформованию листов и пленок из термопластов в высокоэластическом состоянии, но физические основы процесса в данном случае совсем иные.

Во-первых, в отличие от термопластов невулканизированная (сырая) резиновая смесь обладает пластическими свойствами при комнатных температурах. Поэтому при формовании резиновых заготовок нет надобности проводить их специальный нагрев. Напротив, нагрев резиновой смеси свыше определенной температуры может вызвать начало процесса подвулканизации каучука. А это, в свою очередь, приводит к частичной потере смесью пластичности и приобретению ею упругих свойств.

Во-вторых, чтобы зафиксировать геометрию отформованного из сырой резиновой смеси изделия, необходимо не охладить его, как это делается при термоформовании, а, нагреть. Ведь при нагревании в резиновой смеси пойдет процесс вулканизации — образования серных «мостиков» между линейными макромолекулами каучука. Эти «мостики», соединяя отдельные молекулы, изменяют всю молекулярную структуру каучука. Делают ее из линейной пространственной. Изменение молекулярной структуры влечет за собой изменение физико-механических показателей всей резиновой смеси, она становится упругой, эластичной, повышается ее прочность, твердость и т. д.

Несмотря на столь существенные отличия, сам процесс деформирования плоской заготовки из сырой резиновой смеси в объемное изделие идентичен процессу формоизменения листовой термопластичной заготовки при ее термоформовании. Правда, необходимо учитывать то обстоятельство, что сырая резиновая смесь и нагретый до высокоэластического состояния термопласт имеют различные зависимости деформации от прикладываемого к ним напряжения.

В настоящее время применяется лишь пневмовакуумный способ формования листовых резиновых смесей. На формующий инструмент укладываются мерные заготовки. Как уже говорилось, процесс идет без специального подогрева. Однако в промышленных условиях серийного производства за время циклов, предшествующих очередному, форма разогревается. И это аккумулированное формой тепло передается заготовке и немного подогревает ее. Так как в данном случае температура нагрева резиновой смеси не высока, а ее воздействие на резину кратковременно, то процесса вулканизации не происходит. Напротив, за счет подогрева смесь становится пластичнее, что позволяет получать изделия более глубокие и лучшего качества.

По способу крепления заготовки можно выделить две разновидности формования РТИ. В первом случае, когда ведется формование неглубоких изделий, процесс идет без применения специальных зажимных устройств. Во втором, при глубокой вытяжке, с их применением.

После установки заготовки над формой за счет разрежения или подачи сжатого воздуха создается формующий перепад давления. Происходит формование, и сырая резина приобретает конфигурацию готового изделия.

Чтобы закрепить форму, полученную заготовкой в процессе формования и для придания резине должных физико-механических свойств, как уже говорилось, необходимо провести процесс вулканизации. Чаще всего отформованные изделия вулканизируются острым паром. Для этого форма с находящейся в ней заготовкой помещается в автоклав, который закрывается, герметизируется и в него подается острый пар под давлением 0,4-0,8 МПа. Температура такого пара достаточна для проведения процесса вулканизации. Кроме того, подача в автоклав пара увеличивает разность давлений над заготовкой и под ней. При этом почти мгновенно происходит доформовка или лучшая проформовка изделия и, например, при негативной форме, на лицевой стороне формуемого изделия может быть получен более тонкий рисунок, чем при начальном формовании с помощью вакуума.

Время пребывания вулканизируемого изделия в автоклаве должно соответствовать оптимуму вулканизации наиболее толстостенной части изделия, а разница между значением оптимума вулканизации самого толстого и самого тонкого участка стенки изделия не должно быть больше величины плато вулканизации.

По окончании процесса вулканизации снимают давление пара, автоклав раскрывается, из него удаляется формующий инструмент и происходит извлечение готового изделия, специального охлаждения которого, в отличие от термоформования изделий из термопластов, не требуется: оно происходит в естественных условиях.

Автор: Шерышев М.А.
По материалам: «Производство изделий из полимерных листов и пленок», издательство НОТ
Источник: Plastinfo.ru