Шприцевание

Шприцевание (экструзией) называется процесс формования заготовок определенного профиля путем продавливания разогретой резиновой смеси под давлением через профилирующее отверстие (мундштук).

Шприцевание осуществляют в червяных машинах – шприц-машинах холодного и горячего питания, в которых резиновая смесь с помощью вращающегося червяка выдавливается через профильное отверстие головки, и в шприц-прессах, в которых резиновая смесь продавливается плунжером через мундштук под давлением, возникающим в результате воздействия плунжера на находящийся в резервуаре материал. Шприц-прессы в отличие от шприц-машин относятся к аппаратам периодического действия.

При шприцевании резиновых заготовок с помощью двух червячных машин в одну головку можно получить сложные профильные заготовки из резиновых смесей различного состава.

Процесс шприцевания

За время пребывания в червячной машине материал претерпевает существенные изменения. По длине нарезанной части червяка можно условно выделить три зоны питания (приемную), сжатия и пластикации (рабочую) и нагнетания (выпускную, или зону давления).

В зоне питания материал из загрузочной воронки захватывается нарезкой червяка, перемещается вдоль цилиндра в результате сопротивления со стороны головки, а также вследствие уменьшения объема винтовой канавки червяка.

В зоне сжатия и пластикации идет процесс перемешивания, сопровождаемый повышением температуры.

В зоне нагнетания червяк выполняет функцию винтового насоса.

В червячной машине холодного питания резиновая смесь в виде ленты подается непрерывно в загрузочное отверстие. Червяк, вращаясь, захватывает материал и перемещает его в сторону головки и профилирующего инструмента. При этом материал подвергается интенсивным деформациям, главным образом сдвигового характера, нагревается и размягчается.

Червячные машины холодного питания с вакуум-отсосом применяют для изготовления беспористых профильных изделий, вулканизируемыз при атмосферном давлении, и дегазации резиновых смесей. В зоне вакуумирования таких машин нарезку червяка делают более глубокой для обеспечения заполнения зоны резиновой смесью не более чем на 50%. Уменьшение объема заполнения достигается также установкой на червяке специально разделительного кольца, ограничивающего поступление смеси из загрузочной зоны.

Профилирование резиновых смесей происходит в формующей головке (рис. 2). Мундштук предназначен для придания резиновой смеси определенной формы, а дорн – для получения внутренней полости в заготовки. Заготовки после выхода из головки несколько изменяют свои размеры вследствие эластического восстановления резиновой смеси, что учитывают при конструировании профилирующих шайб.

Рис. 2. Формующая головка червячной машины: 1 – корпус головки; 2 – мундштук; 3 – дорн; 4 – упорная гайка; 5 – центрирующий болт; 6 – дорнодержатель; 7 – корпус цилиндра4 8 – ниппель для подачи воздуха с тальком

На практике применяют головки разнообразных конструкций. При Т-образной или косой форме головки, смесь поступает под углом к оси дорна, что позволяет наносить ее на специальные дорны при производстве рукавов или в виде резиновой оболочки при производстве кабелей.

Регулировании и контроль процесса шприцевания

Основной задачей процесса шприцевания является выпуск заготовок резиновых смесей строго определенного профиля. Выходящая из профилирующего отверстия заготовка изменяет свою форму: увеличивается в сечении и сокращается в длину, т.е. дает усадку по длине. При очень высоких скоростях шприцевания появляется опасность возникновения эластической турбулентности, резко искажающей профиль изделия.

Для уменьшения усадки профилируемой заготовки необходимо повысить температуру резиновой смеси, увеличить длину профилирующего отверстия и снизить скорость шприцевания. Изменяя технологические параметры процесса (температуру и скорость шприцевания), можно регулировать усадку заготовок. Усадка, определяемая высокоэластической общей деформации, существенно зависит от состава резиновой смеси и значительно снижается при увеличении степени наполнения резиновых смесей, а также при введении в них добавок (сшитых каучуков, «межструктурных» пластификаторов и др.), ускоряющих структурную релаксацию.

Смеси, обладающие небольшой эластичностью, можно шприцевать с повышенной скоростью. Скорость шприцевания уменьшается при введении в резиновые смеси компонентов, повышающих ее адгезию к металлу (битумов и смол).

Для получения шприцуемых изделий с гладкой поверхностью необходимо поддерживать определенную температуру в зонах червячной машины и правильно выбрать мундштук. Главными причинами получения заготовок с шероховатой поверхностью являются:

- пониженная температура цилиндра или мундштука (заготовка имеет волнистую поверхность);

- слишком высокая температура цилиндра или мундштука (на поверхности шприцуемого изделия образуются царапины и надрывы).

Гладкость поверхности резиновой заготовки во много зависит от формы внутренней полости мундштука; выступы и острые углы значительно затрудняют прохождение резиновых смесей. Для предотвращения волнистости выходное отверстие мундштука должно плавно суживаться.

В шприц-машинах горячего питания температуру регулируют в трех зонах: питания (в загрузочной части корпуса), сжатия (передней части корпуса) и нагнетания (в головке). В машинах холодного питания регулирование температуры осуществляется в пяти (шести) зонах: питания, сжатия, пластикации, вакуумирования и нагнетания. Температура в головке ( в зоне нагнетания) поддерживается автоматически в пределах 80-140 ºС с точностью до ±1 ºС.

На некоторых машинах у входного отверстия устанавливают питательные валки, расположенные параллельно оси червяка, что позволяет обеспечить равномерное питание машин при постоянном зазоре между валками и наличии запаса резиновой смеси.

Существенное влияние на процесс шприцевания оказывает температура резиновой смеси, подаваемой в шприц-машину. Для червячных машин теплого питания она находится в пределах 40 – 80 ºС. При изменении температуры питающей смеси нарушается режим шприцевания, что приводит к получения заготовок неправильного профиля. В червячных машинах холодного питания резиновые смеси подают при температуре 18-23 ºС, это значительно облегчает регулирование температурного режима.

Качество шприцованных заготовок контролируют непрерывным их взвешиванием на весовом транспортере или изменением размеров. Колебание массы заготовок определенной длины не должно превышать 2-3%.

Поточные линии для массового выпуска шприцованных заготовок определенного профиля (протекторных, камерных и др.) состоят из разогревательных и питательных вальцов, червячных машин, отборочных и весовых транспортеров, устройств для охлаждения непрерывного шприцованного профиля и разрезания его на заготовки определенных длины или массы. Широкое применение получили непрерывные поточные линии для шприцевания и вулканизации длинномерных профильных изделий (различных уплотнителей, кабелей, рукавов и др.).