Изготовление резиновых смесей на вальцах
Для получения резиновой смеси на вальцах каучук и другие ингредиенты загружают на валки, которые вращаются по направлению к зазору между ними. Слои каучука, соприкасающиеся с поверхностью валков, за счет сил адгезии и трения затягиваются в зазор между валками со скоростью, соответствующей окружной скорости валков. Каждый следующий слой каучука или резиновой смеси, соприкасающийся с предыдущим слоем, за счет когезионных сил также увлекается в зазор вальцов, но со скоростью, постепенно уменьшающейся по мере удаления этого слоя от поверхности валков. Таким образом, в пространстве над зазором на поверхности каждого валка всегда имеется «запас» каучука или резиновой смеси, скорость движения слоев в котором постепенно убывает по мере удаления их от поверхности соответствующего валка. На некотором расстоянии от минимального зазора слои материала встречаются, и часть смеси, не проходящая в зазор, начинает выталкиваться обратно из межвалкового клина, образуя противоток (вращающийся запас), а слои материала, прилегающие к поверхности валков, затягиваются в зазор. Это наблюдается в том случае, когда силы трения, увлекающие смесь в зазор, превосходят когезионную прочностьи силу внутреннего трения смеси.
В зоне «вращающегося запаса» наблюдается наибольшие деформации сдвига, возникающие в резиновой смеси, а следовательно, и наибольшие напряжения сдвига, что обусловливает наиболее интенсивное смешение. Напряжение сдвига зависит главным образом от вязкости резиновой смеси при температуре смешения и скорости деформации.
После прохождения смеси через узкую часть зазора происходит ее усадка вследствие высокоэластической составляющей деформации. Для того чтобы смесь прочно удерживалась на переднем валке, высокоэластическая составляющая деформации смеси должна превышать значение, соответствующее разности между значениями скорости течения смеси в зазоре и окружной скорости валков. В противном случае смесь свисает над зазором валков и не охватывает переднего валка. При недостаточной высокоэластической составляющей деформации возможно отставание смеси от переднего валка перед запасом над зазором.
В валковых машинах скорости валков различны, что обеспечивает дополнительное увеличение деформаций сдвига в зазоре между ними. Отношение скоростей вращения валков называется фрикцией. Деформация сдвига тем больше, чем больше фрикция и чем меньше зазор между валками.
В результате внутреннего трения в зоне наибольшей деформации сдвига существенно повышается температура резиновой смеси. После выхода из зоны деформации температура смеси снижается за счет теплоотдачи в окружающую среду и охлаждения валков водой, причем при очень большой фрикции и малом зазоре перепад температур может составлять более 30°С. Изменяя температуру, можно улучшить обработку смесей. Так, в случае отрыва малонаполненной смеси от поверхности переднего валка вследствие недостаточной высокоэластической деформации необходимо понизить температуру обработки, а при отрыве сильнонаполненной смеси, когда уменьшение высокоэластической составляющей определяется заторможенностью релаксационных процессов, наоборот, повысить ее.
При смешении на вальцах ингредиенты внедряются в слой вращающегося запаса смеси, прилегающего к заднему валку вальцу, и поэтому концентрация ингредиентов всегда больше в поверхностном слое смеси, находящейся на переднем валке.
Режим смешения и оптимальный объем единовременной загрузки устанавливают в зависимости от состава смеси, свойств и физического состояния загружаемых материалов. Температуру смеси присмешении на вальцах устанавливают в зависимости от свойств смеси, она не должна превышать температуру, при которой происходит активация вулканизующей группы.
Для повышения эффективности смешения необходимо более равномерно распределять загружаемые сыпучие и жидкие ингредиенты по всей длине переднего валка и производить более частую подрезку смеси после введения всех ингредиентов и перевертывание полотна смеси на другую сторону.
Важное значение при смешении на вальцах имеет порядок введения компонентов. Сначала на валцы загружают каучук и обрабатывают до тех пор, пока он не перестанет проскальзывать на влках. Затем в каучук последовательно вводят диспергирующие агенты, ускорители и активаторы вулканизации. Наполнители и пластификаторы загружаются несколькими отдельными порциями, иногда поочередно, чтобы смягчить пластификатором жесткую смесь после введения порции наполнителя. Серу или другие вулканизующие агенты во избежание подвулканизации вводят в резиновую смесь в конце процесса смешения.
После введения ингредиентов смесь подвергают тщательной гомогенизации (подрезают, скатывают в рулоны и подают в зазор между валками в другом месте). После достижения достаточной гомогенности готовую смесь снимают с валков в виде листа.