Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 1 OBSAH

Transkript

1 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 1 OBSAH 5. GUMÁRENSKÉ VÝROBNÍ PROCESY Míchání... 2 Dvouválec... 3 Funkce... 3 Použití... 4 Postup... 4 Výkon a kvalita... 5 Vnitřní hnětič... 5 Dávka míchané směsi... 6 Míchání... 7 Podmínky míchání... 9 Plastikace kaučuku Průběh míchání Postup míchání Směs Kontinuální hnětič Vytlačování Šneky Nástroje Výtlačky Vulkanizace Smyková hlava Solná lázeň UHF Fluidní lože Horkovzdušný ohřev Ionizační záření Další způsoby Válcování Kalandry Dvouválcové kalandry Tříválcové kalandry Čtyřválcové kalandry Rozdíly v tloušťce Postup Lisování Lisování ve formě Přetlačování Vstřikování Konfekce Vulkanizace Rychlost vulkanizace Změna rozměrů Provedení Problémy Optimalizace Souhrn... 31

2 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 2 5. GUMÁRENSKÉ VÝROBNÍ PROCESY Nevulkanizované kaučuky, stejně jako z nich připravené kaučukové směsi, se v průběhu zpracování chovají jako viskoelastické kapaliny. V procesu míchání jsou ke kaučuku přidány různé přísady, chemikálie a plniva a vznikne nevulkanizovaná kaučuková směs. Kaučuková směs během výrobních procesů zahrnujících tváření dostane požadovaný tvar a při procesu vulkanizace přejde ve vysoce elastický vulkanizát. 5.1 Míchání Míchání je jeden z nejdůležitějších výrobních procesů gumárenské technologie, protože následné zpracování směsí, vlastnosti výrobků a ekonomika výroby do značné míry závisí na kvalitě směsí. Vlastnosti vulkanizátů určuje nejen druh a množství složek ve směsi, ale i podmínky zpracování. Míchání musí zajistit stejnoměrné rozložení jednotlivých složek v každém (i velmi malém) objemu směsi. Jsou však i směsi, u kterých se požadované vlastnosti dosáhnou jen při nedokonalém (přesně definovaném) rozmíchání složek (např. vysoká elektrická vodivost sazových směsí, odolnost proti oděru směsí z několika kaučuků, atd.). Problém míchání gumárenských směsí je komplikován skutečností, že jednotlivé složky směsí mají velmi rozdílné vlastnosti: Kaučuky se za pokojové teploty chovají jako podchlazené kapaliny. V průběhu míchání vykazují viskoelastické chování, jehož charakteristiky značně závisí na teplotě. Plniva jsou prášky, které po zamíchání do kaučuku významně ovlivní jeho tokové chování. Během míchání se musí aglomeráty tvořené částicemi plniva rozpadnout (tzv. dispergace). Vzniklé částice musí být zapracovány do kaučuku a rovnoměrně rozděleny ve směsi (tzv. distribuce). Změkčovadla jsou nejčastěji kapaliny nebo pasty. Při míchání je potřeba zajistit co největší plochu dotyku mezi kaučukem a změkčovadlem, aby difuse změkčovadla do kaučuku proběhla co nejrychleji. (Difuse následně probíhá v mikroskopickém měřítku i v zamíchané kaučukové směsi, takže směs po zamíchání několik dní zraje ). Gumárenské chemikálie se dávkují v různé podobě (od prášků přes pasty až po kapaliny). Také chemikálie je nutno v kaučukové směsi důkladně rozmíchat, což je komplikováno tím, že se chemikálie do směsí přidávají v malých množstvích a jsou často tepelně nestálé. I malý rozdíl v koncentraci chemikálií může přitom způsobit velký rozdíl v kvalitě kaučukové směsi. Míchání se provádí na různých zařízeních. Vždy se požaduje dosažení dostatečného rozdělení složek ve směsi, dobré řízení teploty během míchání a zajištění co nejkratší míchací doby.

3 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 3 DVOUVÁLEC Míchání kaučukových směsí je složitý úkol, který je ztížen tím, že mezi složkami směsi jsou velké rozdíly ve viskozitě (např. kaučuk olej plnivo) a že při míchání je nutno používat poměrně velkých smykových sil. Komplikaci míchání představuje také požadavek, aby teplota směsi byla udržována v poměrně úzkém rozmezí. Historicky první stroj, který byl schopen požadavky na míchání kaučukových směsí splnit, byl dvouválec. Míchání na dvouválci je nejstarší způsob přípravy kaučukových směsí, který se používá již od vzniku gumárenského průmyslu. Příprava směsí je zde však relativně pomalá a velikost míchané dávky je malá. Funkce Dvouválce sestávají ze dvou masivních horizontálních navzájem rovnoběžných kovových válců, které se otáčejí proti sobě. K temperaci válců se používá voda nebo pára. Vzdálenost mezi povrchy válců (tzv. štěrbina) a někdy i rychlosti válců jsou stavitelné. Z bezpečnostních důvodů je nutno při ruční obsluze nesahat blízko štěrbiny mezi válci a v případě nebezpečí dvouválec zastavit. Směs zpracovávaná na dvouválci Směs opásaná na jednom válci Obr.: Schéma dvouválce Při průchodu štěrbinou mezi válci dochází k míchání materiálu za vysokých smykových rychlostí. Zadní válec se obvykle otáčí rychleji než přední válec, což dále zvyšuje smyk ve zpracovávaném materiálu. Zpracovávaný materiál nejčastěji vytváří pás na předním, pomalejším válci. Některé směsi (např. na bázi CR nebo EPDM) mají snahu přecházet na zadní válec, což je možno zamezit nastavením vhodné povrchové teploty nebo rychlosti jednotlivých válců. Poměr rychlostí obou válců (tzv. frikční poměr) je nejčastěji dán konstrukcí dvouválce (obvykle 1:1,05 až 1:1,2). S rostoucím frikčním poměrem roste energie disipovaná v materiálu a tedy i teplota zpracovávané směsi. Smyk při míchání na dvouválci lze řídit nastavením štěrbiny a někdy i nastavením rychlostí válců (buď se zachováním frikčního poměru, nebo zcela nezávisle). Adhezi k válcům a zpracovatelnost materiálu lze ovlivnit také nastavením teploty povrchu válců.

4 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 4 Smyk ve štěrbině mezi válci usnadňuje dispergaci přísad a nutí směs zůstat na jednom z válců. Válce jsou obvykle chlazené, aby se udržela vysoká viskozita materiálu během míchání. Zamíchaná kaučuková směs je nejčastěji s dvouválce seřezávána kontinuálně ve formě pásku nebo ručně ve formě plachet. Vzhledem k tomu, že smykové síly působí na dvouválci jen v relativně malém objemu materiálu v oblasti štěrbiny, je možno při zpracování na dvouválci zajistit nižší teplotu a tedy i vyšší viskozitu zpracovávané kaučukové směsi než při zpracování v hnětiči. Použití Dvouválce se v gumárenské technologii obvykle používají k: - plastikaci kaučuků - míchání směsí - chlazení směsí - předehřevu směsí. Dvouválce se v současné době nejčastěji používají k rychlému ochlazení kaučukových směsí po zamíchání v hnětiči a k jejich tváření do formy pásků nebo plachet. Mimo to jsou dvouválce používány i k plastikaci kaučuků nebo k dodatečné dispergaci plniv ve směsi. Dvouválce se také dobře hodí k domíchávání vulkanizačních chemikálií při nízké teplotě (tj. k dokončování směsí). Nevýhodou je, že přísady je nutno přimíchávat ručně, takže domíchávání může trvat déle než míchací cyklus hnětiče. Problém nestejného výkonu dvouválce a hnětiče se řeší tak, že při domíchávání na dvouválci bývají za jedním hnětičem 2 až 4 dvouválce. Domíchávání se urychlí při použití vulkanizačních chemikálií ve formě předsměsi ve vhodném polymeru (např. v EPM). V současné době se v průmyslovém měřítku na dvouválci nejčastěji míchají barevné, lepivé nebo velmi tvrdé kompletní kaučukové směsi. Citlivé směsi se míchají v menších dávkách, aby se v průběhu míchání lépe zajistila požadovaná teplota. Dvouválce slouží nyní také jako zásobovací zařízení k ohřívání dříve zamíchaných směsí a k jejich plastikaci před následným zpracováním. Pokud byla směs delší dobu skladována, domíchává se často i část vulkanizačního systému, který nebyl kvůli nebezpečí navulkanizace během skladování do směsi přidán při její přípravě. Další oblast použití dvouválců je příprava malých množství kompletních směsí (např. v laboratoři). Míchání směsi zde může buď navázat na plastikaci kaučuku, nebo se použije přímo míchatelný kaučuk. Postup Před mícháním s dalšími složkami musí mít kaučuky požadovanou viskozitu. Syntetické kaučuky a některé typy NR umožňují přímé míchání. Většina typů NR však musí být před mícháním plastikována působením smykových sil.

5 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 5 Plastikace kaučuku na dvouválci se provádí buď při nízké teplotě válců (za plného chlazení) bez přídavku plastikačních činidel, nebo za přítomnosti plastikačních činidel při vyšších teplotách. Do rozpracovaného kaučuku se na dvouválci obvykle nejprve přidávají antidegradnty, pak pryskyřice, faktisy, barviva a plniva se změkčovadly. Plniva a oleje jsou ke kaučuku přidávány po částech. Během pokračujícího dávkování plniva a změkčovadel by měla být postupně zvětšována štěrbina mezi válci. Vulkanizační systém se vždy přidává až na konci míchání (po kontrole teploty), aby se předešlo navulkanizaci směsi. Nejprve se míchají urychlovače, síra se obvykle přidává až na konci míchacího cyklu. Urychlovače i síra se dávkují v poměrně malém množství a aby byly dobře rozmíchány, je nutno je při míchání rozdělit po celé délce štěrbiny dvouválce. K dosažení vyšší homogenity se směs během míchání prořezává zleva i zprava, kříží a obrací. Nakonec je hotová směs seřezána s dvouválce. Výkon a kvalita Výkon při přípravě kompletních směsí na dvouválci je nízký, protože typické doby míchání leží mezi 20 a 40 min. a zamíchaná dávka jen zřídka překročí 200 kg. Na dvouválci je však možno míchat i směsi, které není možno míchat v hnětiči, protože příliš lepí na stěny (např. silikonový kaučuk). Samovolné míchání ve směru osy válců je u dvouválců nedostatečné a musí být zajištěno obsluhou. Kvalita směsí zamíchaných na dvouválci proto značně závisí na činnosti obsluhy (např. na počtu prořezávání, křížení a na době přidávání přísad). Činnost obsluhy vždy obsahuje těžko kontrolovatelné parametry, které ovlivňují kvalitu směsi. Zlepšit kvalitu směsí z dvouválce je možno použitím předem připravené předsměsi kaučuku s přísadami. Rozdíly v kvalitě zamíchaných kaučukových směsí je možno zmenšit také částečnou automatizací procesu míchání na dvouválci. Pro přípravu většiny gumárenských směsí se používá tzv. vnitřní hnětič, který pracuje diskontinuálně, i když následné procesy mohou být kontinuální. Kontinualizace za vnitřním hnětičem se dosahuje pomocí zařízení, která umožňují vyrovnávání toku materiálu (jako je např. dvouválec nebo vytlačovací stroj). VNITŘNÍ HNĚTIČ Jestliže válce rotující proti sobě mají tvar zajišťující příčný pohyb materiálu (takovým válcům říkáme rotory), jsou uzavřeny v ocelové komoře s výpustí ve spodní části a přidá se pohyblivý ocelový klát nad štěrbinou k řízení tlaku ve směsi, získá se vnitřní hnětič, který míchá materiál i ve štěrbině mezi rotorem a stěnou komory. U některých typů vnitřních hnětičů může být vzdálenost mezi rotory stavitelná (podobně jako u dvouválců).

6 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 6 přítlačný klát násypka rotory výpust Obr.: Schéma vnitřního hnětiče Vnitřní hnětič ve srovnání s dvouválcem míchá rychleji, čistěji (méně prachu), potřebuje menší zastavěnou plochu a kvalita směsi méně závisí na činnosti obsluhy. To jsou důvody, proč vnitřní hnětiče již nahradily dvouválce při většině míchacích operací. Používané vnitřní hnětiče mají v současné době různou velikost. Laboratorní hnětiče obvykle míchají najednou okolo jednoho kilogramu směsi, zatímco provozní hnětiče mohou najednou míchat někdy i více než 500 kg. Doba míchání ve vnitřním hnětiči je poměrně krátká (nejčastěji od 2 do 10 min.). Vnitřní hnětiče pracují s vyšším frikčním poměrem než je obvyklé u dvouválců. Energie disipovaná v materiálu v důsledku viskosních ztrát při míchání je proto velmi vysoká, což působí rychlý nárůst teploty materiálu během míchání. Protože průběh míchání silně závisí na teplotě míchaného materiálu (nižší teplota znamená vyšší viskozitu a vyšší smykové síly během míchání), musí být všechny části hnětiče chlazeny vodou. Části hnětiče, které přicházejí do styku s míchanou směsí, musí být také odolné proti oděru a korozi. Míchací komora hnětiče může mít navrtané radiální otvory pro dávkování změkčovadel během míchání (bez zvednutí přítlačného klátu). Dávka míchané směsi Intenzitu míchání ve vnitřním hnětiči může ovlivnit počet otáček rotorů a tlak přítlačného klátu. Některé nové typy hnětičů mají možnost měnit v průběhu míchání také vzdálenost mezi rotory. Intenzita míchání však závisí i na stupni zaplnění komory hnětiče směsí (tj. na dávce míchané směsi).

7 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 7 Vnitřní hnětič (na rozdíl od dvouválce) má objem jednoznačně určený velikostí míchací komory. Na základě objemu míchací komory, hustoty jednotlivých složek směsi a tzv. plnícího faktoru je nutno správně zvolit celkovou hmotnost míchané směsi. Plnící faktor je pro dané zařízení a danou směs empirická konstanta vždy menší než 1. Klesá obvykle s rostoucím obsahem ztužujících plniv, s viskozitou kaučuku, atd. Určení optimální dávky dané směsi pro míchání na daném hnětiči je poměrně složitý úkol, který vyžaduje značný objem experimentální práce. Výchozí dávka pro následnou optimalizaci může být odhadnuta podle vztahu: dávka (kg) = objem komory (l) x plnicí faktor x hustota směsi Takže je-li např.objem komory 270 l, plnicí faktor 0,75 (tj. 75%) a hustota směsi 1, je dávka = 270 x 0,75 x 1.0 = 202,5 kg Pokud se přítlačný klát ve spodní poloze při míchání směsi na začátku míchání nepohybuje, znamená to, že směs nezaplnila zcela komoru a dávka směsi je tedy příliš malá. Příliš velká dávka směsi má za následek, že se klát pohybuje celou dobu míchání. Část materiálu pak zůstane při míchání v násypce hnětiče, což prodlužuje dobu míchání a zhoršuje kvalitu zamíchané směsi. Jeden z parametrů, který je možno při optimalizaci dávky směsi v hnětiči snadno sledovat, je tedy doba od počátku míchání po úplné dosednutí přítlačného klátu. Míchaná dávka směsi je považována za optimální, jestliže doba míchání potřebná k dosažení potřebné kvality směsi je co nejkratší. Protože každá směs je jiná a každý hnětič je jiný, lze optimální dávku pro míchání v daném hnětiči stanovit jen experimentálně. Protože se v důsledku oděru stěn objem komory hnětiče postupně zvyšuje, musí se časem postupně zvyšovat i dávka míchané směsi. Míchání K míchání dochází podle typu stroje buď hlavně mezi rotory (podobně jako u dvouválce), nebo hlavně mezi rotory a stěnou míchací komory. Vysoká intenzita míchání vyžaduje intenzivní chlazení míchané směsi a přesnou regulaci teploty. Při příliš vysoké (nebo příliš nízké) teplotě kovových povrchů dochází při míchání ke klouzání míchané směsi na stěně komory nebo na rotoru a tím ke snížení účinnosti míchání. Při dávkování jednotlivých složek směsi do hnětiče musí být určeny a dodržovány maximální tolerance jejich hmotnosti. Z hlediska doby míchání a dosažení požadované kvality směsi je důležitá nejen hmotnost, ale i postup dávkování jednotlivých složek směsi.

8 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 8 Pro sírou vulkanizované nenasycené kaučuky je obvyklý míchací postup v hnětiči podobný postupu na dvouválci, tj. nejprve se násypkou do hnětiče vhodí kaučuk, pak se přidají ZnO + stearin a spustí se přítlačný klát. Přítlačný klát se zvedne pro přidání každého dalšího materiálu a znovu spustí pro zvýšení tlaku v míchací komoře. Jako další se do kaučuku dávkují plniva a změkčovadla. Nakonec (krátce před vypuštěním směsi z hnětiče) se přidá urychlovač a síťovadlo. U některých směsí (obzvláště na bázi EPDM), kde směs změkne dříve než se stačí dispergovat plniva, se používá také obrácený postup, kdy se do hnětiče nejprve dávkují plniva, přísady a změkčovadla a pak teprve polymer. Příklad: Jednostupňový míchací proces: Čas [min.] Dávkování Obvyklý postup (Side-Up) 0 kaučuk, ZnO, stearin 0,5 ½ plnivo 1,5 ¼ plnivo, ½ změkčovadlo 2,5 ¼ plnivo, ½ změkčovadlo 3,5 zbytek, urychlovač a síťovadlo 4,0 vypuštění pod 125 C Obrácený postup (Upside-Down) 0 plnivo, změkčovadlo, ZnO, stearin 0,5 kaučuk 2,5 zbytek, síťovadlo a urychlovač 3,0 vypuštění pod 125 C Modifikovaný Upside-Down (pro velmi měkké směsi) 0 9/10 plnivo, 2/3 změkčovadlo, ZnO, stearin 0,5 kaučuk 4,5 1/10 plnivo, 1/3 změkčovadlo, 10,0 vypuštění při 140 C Jestliže se naopak směs špatně míchá protože je příliš tvrdá, může při míchání pomoci např.: - vyšší stupeň plastikace kaučuku před začátkem míchání směsi - použití vyšší rychlosti míchání - úprava míchané dávky - změna doby míchání

9 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 9 - jiný postup dávkování přísad - úprava směsi (např. přídavek změkčovadel) Postup míchání musí být takový, aby byl dostatek času přidat všechny přísady dříve, než se dosáhne teplota předepsaná pro vypuštění směsi. Rychlost vzestupu teploty míchané směsi je možno ovlivnit úpravou: - míchané dávky - přítlaku klátu - otáček rotorů - průtoku chladicí vody. Pokud je vzestup teploty při míchání příliš rychlý, může být použito i dvoustupňové (nebo vícestupňové) míchání, při kterém se materiál z hnětiče po každém míchání vypustí a ochladí. V posledním stupni se přimíchává jen urychlovač a stíťovadlo. Podmínky míchání V gumárenské výrobě je možno při míchání v hnětiči obvykle ovlivnit následující parametry: Parametry materiálu Teplota a forma přidávaných surovin (především kaučuků). Parametry hnětiče - Teplota komory. - Teplota rotorů. - Otáčky rotorů. - Přítlak směsi klátem. Průběh míchacího procesu - Postup přidávání složek směsi. - Časový průběh otáček rotoru. - Stupeň zaplnění komory hnětiče. Rychlost otáčení rotorů je rozhodující parametr k ovlivnění kvality směsi. Rostoucí tlak klátu zvyšuje efektivní zaplnění komory a zvyšuje proto intenzitu míchání. Postup přidávání složek směsi má na průběh míchání významný vliv. Např. při přidání oleje těsně po přidání sazí se docílí lepší dispergace sazí než při současném dávkování sazí a oleje. Prodleva mezi dávkováním obou složek však nesmí být příliš dlouhá, protože míchaná směs může začít klouzat na stěně. Výhodné je proto nastřikovat olej přímo do komory hnětiče tak, že při poklesu příkonu motoru se přeruší dávkování oleje. Moderní hnětiče nabízí pro řízení procesu míchání řadu integrálních kritérií, jako je např.: - čas - teplota - energie - počet otáček rotoru při spuštěném klátu Optimální řešení spočívá často v rozdělení míchacího procesu do několika kroků. Každý krok je v případě potřeby možno řídit podle jiného kritéria.

10 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 10 Plastikace kaučuku U NR se na počátku míchání pro snížení viskozity a elasticity často používá tzv. plastikace neboli lámání kaučuku (případně i jako samostatná výrobní operace). V současné době jsou však nabízeny i NR s nižší viskozitou (např. SMR CV), které lámání nepotřebují. Aby se při plastikaci NR co nejvíce omezil vzrůst teploty, pracuje se při plném chlazení komory hnětiče, v přítomnosti plastikačních chemikálií a při nižším stupni zaplnění komory. Plastikace trvá obvykle 3 až 5 min. a závisí na požadovaném stupni odbourání NR. Po rozpracování kaučuku v míchací komoře se zvedne přítlačný klát a je možno začít přidávat další přísady, jako jsou antioxidanty, ZnO a stearin. V dalším kroku lze přidat plniva, olej, další složky vulkanizačního systému a nakonec síru. Průběh míchání Jak jsme se již zmínili, průběh míchání v hnětiči je možno sledovat podle doby míchání, podle teploty míchané směsi, podle spotřebované elektrické energie (ampérmetr, wattmetr) a případně i podle zvuku motoru. Řízení průběhu míchání podle času (tj. podle doby míchání) je nejstarší způsob. Nevýhodou je, že i když je doba míchání stejná, mohou např. rozdíly v materiálových parametrech nebo v teplotě stěny komory vést k velmi rozdílným výsledkům míchání. Měření teploty míchané směsi v komoře hnětiče je obtížné, protože ve směsi působí velké smykové síly a tepelná čidla musí být proto robustní. Důsledkem je zpožděná reakce tepelných čidel (často o 30 až 40 sekund), což je při krátkých míchacích časech velmi mnoho. Kvalita dispergace přísad jednoznačně závisí na měrné energii přivedené do směsi v průběhu míchání. Měrná energie míchání je výhodné kritérium také např. při odbourávání NR, protože existuje její korelace s viskozitou odbouraného kaučuku. Ke sledování průběhu míchání se často užívá průběh závislost příkonu motoru na čase, protože jednotlivé procesy míchání se na této závislosti projeví průběhem charakteristickým pro každou míchanou směs (někdy se tento průběh kombinuje ještě se závislostí polohy přítlačného klátu na čase). Konec míchání (vypuštění směsi z hnětiče) se často určuje podle teploty směsi. Celková doba míchání by měla s teplotou vypouštění korelovat. Vzhledem ke zmíněným nepřesnostem při měření teploty některé provozy používají jako indikátor pro vypuštění směsi hodnotu celkové míchací práce. Směsi s vyšším obsahem ztužujících plniv mohou při míchání rychle dosáhnout teplotu přes 150 C. Aby nedošlo k navulkanizaci směsi již při míchání v hnětiči, je nejprve připravena směs bez síry a urychlovačů - nazývaná směs z prvního stupně

11 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 11 nebo předsměs, která je vypuštěna z hnětiče a ochlazena. Ve druhém stupni jsou pak přimíchány další aditiva včetně vulkanizačních přísad a směs z druhého stupně je vypuštěna při teplotě blízké ke 100 C. Směsi s vysokým obsahem plniva se lépe míchají, když se současně s plnivem přidá i olej. Olej částečně spojí částice plniva, zvýší jejich soudržnost a zvýší tak smykové síly ve vrstvě plniva. Směsi s nízkým obsahem ztužujících plniv se při míchání méně zahřívají a mohou být případně míchány jen v jednom stupni. Pro některé směsi je příliš vysoká i teplota míchání 150 C (např. CR směsi se vypouští už při teplotě pod 110 C). Důvod je ten, že CR může částečně vulkanizovat i bez přídavku vulkanizačních přísad. Postup míchání Zpracování přírodního kaučuku začíná obvykle předehřevem balíků NR v tzv. teplé komoře (vyhřívaná místnost). Kaučuk je pak nasekán a plastikován v hnětiči. Pastikace v hnětiči probíhá za plného chlazení a objem míchané dávky je o cca 10% menší než při míchání kaučukové směsi. Teplota během plastikace by neměla překročit 150 až 160 C a obvyklá doba míchání je 3 až 5 mi n. (podle požadovaného stupně plastikace). Při nižším stupni plastikace je NR schopen pojmout větší množství plniv a vulkanizát má lepší dynamicko-mechanické vlastnosti. Z tohoto důvodu (stejně jako z důvodů ekonomických) je nutno používat co nejkratší dobu plastikace. V současné době je plastikace NR nejčastěji zařazena jako první krok míchání směsi. V průběhu přípravy předsměsi jsou ve vnitřním hnětiči ke kaučuku přidána plniva, změkčovadla a další chemikálie. Cílem přípravy předsměsi je dosáhnout co nejlepší dispergece plniv a zajistit viskozitu směsi požadovanou pro další míchání bez překročení předepsané maximální teploty. Správné rozpracování plniva a správná dávka míchané předsměsi se obvykle projeví mlaskavými zvuky na konci míchání v hnětiči, přičemž přítlačný klát se pohybuje těsně nad svou spodní polohou. Předsměs pak může být vypuštěna z hnětiče a zchlazena. Směsi kaučuků jsou mikroheterogenní a kontinuální fázi tvoří buď polymer přítomný ve vyšší koncentraci nebo polymer s nižší viskozitou. Velikost oblastí dispersní fáze závisí na charakteristikách polymerů, rozdílech ve viskozitě kaučuků a na způsobu míchání. K inverzi (tj. reverzi kontinuální a disperzní kaučukové fáze) dochází přes stadium vzájemně se prostupujících sítí polymerů, často při poměru koncentrací kaučuků cca 50:50. Přesná oblast přechodu velmi závisí na viskozitě a typu kaučuků. Účinný způsob, jak zajistit po zamíchání potřebné rozdělení plniva v kaučukových fázích, je použít k přípravě směsi předem zamíchaných plněných kaučukových předsměsí. Pokud jsou míchány kaučuky s rozdílnou rychlostí vulkanizace, je možno použít i předsměsi, které obsahují různé koncentrace složek vulkanizačního systému.

12 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 12 Práškové kaučuky mohou být míchány s konvenčními kaučuky obvyklým postupem. Míchání práškových kaučuků navzájem je možno někdy provádět i v kontinuálních hnětičích. Při jednostupňovém míchání je směs ve vnitřním hnětiči zpracována jen jednou. Do kaučukové směsi jsou přitom postupně přidány všechny potřebné složky včetně vulkanizačního systému a vulkanizačního činidla. Po vypuštění z hnětiče je směs zchlazena na dvouválci a rozřezána. Tento způsob míchání se používá výjimečně, jen pro směsi, které se při míchání příliš nezahřívají (omezení plynoucí z přítomnosti vulkanizačního systému). Alternativní postup představuje přídavek vulkanizačního činidla na dvouválci po vypuštění směsi z hnětiče, kdy směs domíchaná na dvouválci je pak zchlazena a rozřezána. Dvoustupňové míchání zahrnuje dvojnásobné zpracování v hnětiči. První stupeň míchání zahrnuje přípravu plněné předsměsi, která je vypuštěna a zchlazena na dvouválci. Předsměs je po odležení znovu vrácena do vnitřního hnětiče, kde je přidán vulkanizační systém. Finální směs je pak znovu ochlazena na dvouválci a rozřezána, aby byla připravena k dalšímu zpracování. Tandemové míchání je varianta dvoustupňového míchání, při které je předsměs z prvního stupně míchání vypuštěna přímo do druhého hnětiče. Druhý hnětič má větší objem, aby cca během 2 min. zajistil zchlazení předsměsi na 105 až 110 C. Zde je pak přimíchán vulkanizační systém, směs je vypuštěna na dvouválec, zchlazena a rozřezána. Při tandemovém míchání mohou být dva hnětiče uspořádány do speciální míchací linky. První hnětič připraví plněnou předsměs, která je peletizována, ochlazena a opatřena povrchovou vrstvou proti slepení. Získané pelety jsou skladovány v několika zásobnících, kde jsou navzájem promíchány. Ze zásobníků jsou pelety navažovány na dopravník spolu s vulkanizačním systémem a dalšími chemikáliemi a dávkovány do druhého hnětiče, kde se zamíchá finální směs. Finální směs je pak zchlazena na dvouválci a rozřezána. Hlavní nevýhodou tandemového míchání je ztráta výrobní kapacity obou hnětičů, pokud jeden z nich nefunguje. Z tohoto důvodu se tandemové míchání v praxi příliš nerozšířilo. Třístupňové míchání se používá, pokud z nějakého důvodu není možno připravit kvalitní předsměs s dobře dispergovaným plnivem hned v prvním kroku. V tomto případě se přeruší míchání při dosažení určené maximální teploty (tj. dříve než se dosáhne požadovaný stupeň disperze) a k zajištění potřebné disperze je použit další stupeň míchání předsměsi. Postupuje se tak, že se zchlazená předsměs znovu vrátí do vnitřního hnětiče a znovu se míchá až po opětovné dosažení určené maximální teploty míchání. Směs je pak

13 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 13 znovu vypuštěna, zchlazena a rozřezána. Pokud se při druhém zpracování přesměsi nepřidávají další přísady, nazývá se tento postup přepracování. Když se další přísady přidávají, nazývá se tento postup střední stupeň míchání. Obrácený postup míchání se používá tehdy, když směs při běžném míchání změkne dříve, než je dosaženo požadovaného stupně dispergace. Při obráceném postupu jsou do hnětiče nejprve dávkována plniva, změkčovadla a pak bezprostředně kaučuky. Při tomto postupu bývají problémy s prašností a existuje i větší nebezpečí úniku materiálu z hnětiče během míchání než při postupu, kdy je nejprve dávkován kaučuk. Míchání směsi různými rychlostmi umožňuje optimalizovat míchací proces. Použití vysokých rychlostí na počátku míchání vyvolá v míchaném materiálu vysoká smyková napětí, která jsou velmi účinná jak při plastikaci NR, tak i při dispergaci plniv. Následné snížení rychlosti zpomalí vzestup teploty míchané směsi, takže dobu míchání do dosažení maximální teploty míchání je možno prodloužit. Obzvláště náročné na podmínky míchání jsou směsi plněné silikou, protože během míchání zde musí proběhnout nejen dispergace a distribuce plniva, ale i silanizační reakce (tj. reakce silanu s povrchem siliky). Nesmí však proběhnout reakce síťovací (tj. reakce silanu s kaučukem). U směsí se silikou je výhodné míchat nejprve při vysoké rychlosti k rychlé dispergaci plniv, přísad a k dosažení zvýšené teploty potřebné ke zkrácení doby silanizační reakce a pak míchat při snížené rychlosti, která umožňuje udržovat delší dobu téměř konstantní teplotu směsi a zajistí dosažení vysokého stupně primární silanizační reakce. Při míchání finální směsi se k předsměsi kaučuku s plnivem přidávají složky vulkanizačního systému. Finální směsi je možno míchat na dvouválci nebo ve vnitřním hnětiči. V moderních provozech se finální směsi míchají v hětičích při nižších rychlostech, aby se zpomalil ohřev materiálu a nedošlo k navulkanizaci směsi. Míchací doby jsou u finální směsi krátké a teplota míchání obvykle nepřekročí 120 C. (U směsi míchané za vyšších teplot může dojít také k vykvétání přísad, což má za následek její sníženou konfekční lepivost.) Zamíchání a dispergace složek vulkanizačního systému při přípravě finální směsi ve vnitřním hnětiči obvykle nepředstavuje velký problém. Důležité je zde dosáhnout dobré distribuce přísad a dlouhodobě udržet požadované vulkanizační charakteristiky míchané směsi. Finální směs je možno připravit i tak, že předsměs z vnitřního hnětiče je vypuštěna na jeden dvouválec, kde je zchlazena a potom je převedena na druhý dvouválec, kde se připraví finální směs, která je pak zchlazena a uložena před dalším zpracováním.

14 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 14 Plněné předsměsi na bázi E-SBR mohou být vyráběny také dispergací plniva ve vodě (případně i v přítomnosti oleje) a smícháním této disperze s kaučukovým latexem. Získaná směs je vysrážena, usušena a zpracována do balíků. Takto připravené plněné předsměsi mohou být snadno míchány jak na dvouválci tak i ve vnitřním hnětiči a příprava finální směsi se značně zjednoduší. To přináší možnost zvýšit kapacitu míchání a zlepšit ekonomiku míchání směsí. Hlavní výhody použití těchto přesměsí jsou: - zkrácení doby míchání - zlepšení disperze plniv - zvýšení kapacity míchání - zpřesnění dávkování plniv a oleje ve směsi. Použití takovýchto plněných předsměsí může vyhovět i zvýšeným požadavkům na kvalitu směsí a kvalitu hotových výrobků. Protože plnivo je již na počátku míchání částečně dispergováno v kaučuku, počáteční smykové síly při míchání v hnětiči jsou vyšší a požadovaný stupeň disperze může být dosažen po kratší době míchání. Z hlediska následných gumárenských zpracovatelských procesů jsou potřebné kaučukové směsi, které mají stále stejnou viskozitu a disperzi sazí. Opakovaná příprava směsí se stále stejnou kvalitou je velmi obtížná, protože při přípravě kaučukových směsí působí mnoho proměnných, které je možno jen obtížně řídit. Většina hnětičů není zatím dobře vybavena k řízení procesu míchání. V současné době standardní metody řízení míchání v hnětiči obvykle zahrnují pouze otáčky motoru, dobu míchání, míchací energii a teplotu směsi. Vyvíjejí se však metody pro průběžné měření vlastností směsí, vyvíjí se i hardware a software pro lepší řízení míchacího cyklu. Nové řídící programy obvykle zahrnují ovládání pro: - automatické navažování plniv, pigmentů a změkčovadel - otvírání, zavírání plnicí násypky a ovládání zásobovacího pásu - řízení teploty a chlazení stěn a rotorů - dobu navažování kaučuku a plniv, pohybu přítlačného klátu - míchací energii, teplotu směsi a dobu vypouštění směsi. Řízení celého míchacího procesu je možno realizovat například tak, že se míchací cyklus rozdělí na jednotlivé operace, kdy makroinstrukce odpovídající jednotlivým operacím obsahují všechny mikroinstrukce potřebné k jejímu provedení. Každou z operací je možno určit nastavením doby, energie nebo teploty. Tyto tři parametry mohou být použity jednotlivě nebo navzájem kombinovány pomocí operátorů and, or, nebo if a mohou sloužit k nastavení podmínek přechodu k následující operaci. And znamená, že je možno přejít k další operaci, jestliže jsou všechny takto spojené parametry splněny, or vyžaduje splnění alespoň jedné z podmínek a if nejčastěji kombinuje teplotu s dalším parametrem, např.: 125 C (teplota) if >350 kwh (energi e).

15 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 15 I když je v uvedeném příkladu dosaženo energie míchání 350 kwh, systém přejde k další operaci, až teplota dosáhne 125 C. Směs Vnitřní hnětič musí zajistit potřebný stupeň dispergace a distribuce složek ve směsi. Po výstupu z hnětiče má zamíchaná kaučuková směs tvar kusů a musí být na následujících zařízeních homogenizována, chlazena a její tvar musí být upraven podle požadavků dalšího zpracování. Zamíchaná směs je obvykle vypuštěna na dvouválec, odkud je kontinuálně odebírána ve formě pásků. Za dvouválcem je často odtahovací a chladicí zařízení, kterým prochází pásek směsi odtahovaný z dvouválce. Pásek zde probíhá přes vodní lázeň, je opatřen separační vrstvou, zchlazen na pokojovou teplotu a po usušení je nejčastěji poskládán na paletu, kde je skladován pro další použití. U automatizovaných míchacích linek je stále častěji místo dvouválce používán intenzivně chlazený vytlačovací stroj. Používá se zde buď peletizační hlava, nebo se směs vytlačuje ve formě pásku, který následně prochází přes odtahovací a chladicí zařízení. Pelety umožňují pneumatickou dopravu a automatické dávkování směsí do zpracovatelských zařízení. KONTINUÁLNÍ HNĚTIČ Kontinuální míchání kaučukových směsí pomocí různých zařízení je velmi lákavý cíl. Kontinuální míchání je dosud používáno jen v omezeném rozsahu, protože má řadu problémů. Pro malý počet složek směsi a omezený sortiment (např. pro některé směsi na kabely a podlahoviny) však může být kontinuální míchání výhodné již dnes. Předpokládá se, že kontinuální míchání bude v budoucnu hrát stále významnější roli. V současné době je však omezeně použitelné, protože většina kaučuků je nyní dostupná buď ve formě balíků nebo v kouscích příliš velkých, než aby se daly pro kontinuální hnětič použít. Hlavními kandidáty pro zpracování v kontinuálním hnětiči jsou práškové kaučuky. Zdá se tedy, že spolu s pokročilými kaučuky polymerovanými v plynné fázi vyráběnými ve formě volně tekoucích prášků se otvírají i nové možnosti míchání kaučukových směsí. Kontinuální míchání gumárenských směsí je dosud v začátcích. Zařízení EVK (Extruding, Venting, Kneading) jsou užívána převážně pro zpracování směsí na bázi práškového EPDM kaučuku. Zařízení MVX (Mixing, Venting, Extruding) jsou používána pro míchání směsí pro kabely a k výrobě směsí z granulovaného kaučuku (testováno např. pro NR, SBR, IR, BR, CR a EPDM, i pro NBR a HNBR). V současné době se práce v oblasti kontinuálního míchání kaučukových směsí soustředí (podobně jako u míchání plastů) především do oblasti upravených míchacích dvoušneků.

16 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 16 Hlavní problém kontinuálního míchání u všech strojů je dosažení dobré dispergace a distribuce všech složek směsi. Kontinuální hnětiče míchají najednou jen poměrně malý objem směsi a všechny složky směsi musí být v tomto malém objemu přítomny ve správné koncentraci. Vzhledem k tomu, že kontinuální míchání probíhá v malých objemech je třeba, aby zařízení bylo kontinuálně zásobováno dokonale předmíchaným materiálem, který je přesně dávkován do míchacího stroje. To vyžaduje, aby všechny složky byly k dispozici v částicové formě. Při diskontinuálním míchání ve vnitřním hnětiči jsou jednotlivé dávky kaučukové směsi míchány jak extenzivě (distribuce všech materiálů v celém objemu směsi) tak i internzivně (zmenšování velikosti částic a následné změny rozložení materiálů). Tento postup míchání je schopen zajistit homogenní rozmíchání i u složek přidávaných do směsi v malých množstvích. Kontinuální hnětiče zajišťují převážně jen intenzivní míchání a extenzivní míchání musí být zajištěno již před vstupem do kontinuálního hnětiče, např. předmícháním všech materiálů nebo použitím řady kontinuálních dávkovačů. Protože většina gumárenských směsí obsahuje 7 až 20 složek, je předmíchání složek obvykle nevyhnutelné. 5.2 Vytlačování V gumárenské (stejně jako v plastikářské) technologii je vytlačování velmi významný zpracovatelský proces. Základním cílem vytlačování je kontinuální tváření kaučukové směsi do požadovaného tvaru. Šnek vtáhne směs do dutiny pouzdra šneku a tlačí ji svým rotačním pohybem kupředu. Při kontinuálním pohybu vpřed se směs ohřívá frikčním teplem vznikajícím ve směsi v důsledku smykových deformací. Na konci šneku má směs vlastnosti, které umožňují její protlačení otvorem hubice a vytvoření profilu požadovaného tvaru. V gumárenské technologii slouží vytlačování např. k přípravě hadic, profilů, běhounů pneumatik, k oplášťování kabelů a drátů a k přípravě předlisků pro další zpracování. Větší stroje se používají např. k plastikaci kaučuků a k pasírování kaučukových směsí. Šnekové jednotky slouží také ke vstřikování směsí do formy. Rozřezáním výtlačku z kruhové hubice je možno kontinuálně vyrábět i ploché útvary jako jsou např.desky. Pro některé gumárenské výrobky se užívá i koextruze. Aby nedocházelo k navulkanizaci směsi, je nutno v gumárenské technologii vytlačovat při nižších teplotách, než při jakých se obvykle vytlačují termoplasty. Vytlačovací stroje pro kaučukové směsi se proto od standardních vytlačovacích strojů pro plasty značně liší. Podle principu je možno rozlišit šnekové a pístové vytlačovací stroje. Pístové vytlačovací stroje se v současné době používají jen výjimečně. Tento princip (kdy je materiál diskontinuálně vytlačován pomocí pístu) se dosud používá při přetlačování a někdy při vstřikování kaučukových směsí.

17 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 17 Gumárenský šnekový vytlačovací stroj (extruder) je složen z kapalinou temperovaného pouzdra šneku, ve kterém se otáčí temperovaný šnek. Pouzdro šneku pomáhá při pohybu materiálu vpřed a umožňuje i částečné řízení teploty. násypka šnek hubice Obr.: Schéma šnekového vytlačovacího stroje Na jednom konci pouzdra šneku je násypka (někdy opatřená podávacími válečky), kudy se do šneku přivádí kaučuková směs. Na druhém konci je vytlačovací hlava, která drží vytlačovací hubici. Hubicí se materiál vytlačuje a přitom získává požadovaný tvar. Důležitou konstrukční charakteristikou vytlačovacích strojů je poměr mezi délkou šneku a jeho průměrem (L/D). Gumárenské vytlačovací stoje zásobované teplou směsí (např. směsí předehřátou na dvouválci) potřebují jen nízké hodnoty L/D (např. 6:1), zatímco stroje zásobované studenou směsí (např. páskem směsi s palety) potřebují větší hodnoty L/D (např.12:1). Poměr 12:1 je možno uvádět také jako 12 D. Dnes jsou v gumárenské technologii používány vytlačovací stroje až se šneky 24 D. Vývoj gumárenských vytlačovacích strojů směřuje od extruderů zásobovaných teplou směsí k extruderům zásobovaných studenou směsí. Zatímco do extruderu zásobovaného teplou směsí vstupuje materiál s relativně nízkou viskozitou, do extruderu zásobovaného studenou směsí přichází směs, která má pokojovou teplotu a viskozitu relativně vysokou. Šnek v extruderu zásobovaném studenou směsí musí zajistit dostatečný přívod energie, aby došlo k ohřevu, snížení viskozity a vzrůstu tlaku, které jsou nezbytné k dopravě a protlačení materiálu hubicí nebo štěrbinou. Protože směs je na počátku tvrdší a studenější, je potřeba větší délka šneku. Ohřev a rozpracování materiálu v extruderu zásobovaném studenou směsí byly původně závislé jen na tření materiálu v profilu šneku. Nové extrudery většinou využívají i intenziví míchání v důsledku rozdělení a přesměrování toku kaučukové směsi (např. použitím dvou šneků s různým stoupáním, což omezuje přehřívání směsi a umožňuje použít vyšších rychlostí vytlačování). ŠNEKY Šneky gumárenských extruderů musí splňovat několik protichůdných požadavků: - Teplota gumárenské směsi by se po délce šneku neměla příliš zvyšovat.

18 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 18 - Na konci šneku by směs měla být mechanicky i tepelně homogenní. - Výkon šneku by měl být co největší. Viskozita kaučukových směsí je relativně vysoká. Materiál se podél stěny šnekového kanálu smykem ohřívá a uprostřed kanálu se postupně vytváří jádro studeného materiálu. Jednoduché řešení tohoto problému je použití směsi předehřáté na dvouválci na C. Tím se dosáhne: - Snížení viskozity směsi zvýšením její teploty. - Rozrušení částicové sítě vytvořené ve směsi částicemi plniva. Hlavní nevýhoda tohoto řešení je nutnost použít dvouválec jako další zařízení. Protože tradiční šneky špatně míchají, je možno použít šneky s míchací sekcí. V gumárenské technologii se používají nejčastěji buď míchací kolíky na pouzdře šneku, které sahají až ke dnu šnekového profilu (tzv. kolíkový vytlačovací stroj), nebo proměnná hloubka šnekového kanálu a dutin v pouzdře šneku (tzv. Transfermix). Míchací sekce se používají především u vytlačovacích strojů zásobovaných studenou směsí. Cílem zařazení míchací sekce je zajistit účinné míchání a homogenizaci kaučukové směsi bez použití vysokých smykových rychlostí, které by mohly způsobit přehřátí a případnou navulkanizaci směsi během vytlačování. Kolíkové vytlačovací stroje umožňují zpracovávat i směsi s vysokou viskozitou Mooney. Moderní gumárenské extrudery mohou být opatřeny otvorem v pouzdru šneku, kterým se z kaučukové směsi odvádí těkavé podíly (tzv. vakuová zóna). Odplynění kaučukových směsí je vzhledem k vyšší viskozitě materiálu obtížnější než odplynění plastů. Evakuací se zajistí, že vytlačované kaučukové směsi je možno následně vulkanizovat bez nebezpečí vzniku pórů. Pro dosažení vyššího tlaku na konci vytlačovacího stroje se i v gumárenské technologii začala používat zubová čerpadla, které přináší následující výhody: - Protože tlak potřebný k překonání odporu vytlačovacího nástroje zajišťuje zubové čerpadlo, může zásobovací šnek dávat jen poměrně malý tlak (cca 50 bar). - Vzhledem k poměrně nízkému tlaku na konci šneku je vzrůst teploty podél šneku malý. - Zubové čerpadlo dávkuje převážně objemově. Dávkovaný objem je možno řídit otáčkami a téměř nezávisí na protitlaku. Extruder se zubovým čerpadlem je ovšem výrazně dražší a jeho použití nemusí být pro všechny aplikace výhodné. NÁSTROJE Vzhledem k mnoha různým druhům vytlačovaných výrobků existuje i řada rozdílných vytlačovacích nástrojů. V gumárenské technologii jsou nejdůležitější vytlačovací hlavy bez přechodové a náběhové zóny, kde je do proudu materiálu vložena pouze vytlačovací šablona. Z hlediska zpracovatele je toto řešení výhodné, protože výroba vytlačovacích šablon je většinou levná. Pro složitější vytlačované profily však může být příprava

19 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 19 vytlačovací šablony komplikovaná, protože vzhledem ke složitému tokovému chování kaučukových směsí probíhá převážně na základě zkušeností (tj. bez použití výpočetní techniky). Pro výrobu vytlačovaných plošných útvarů (např. střešních fólií, dopravních pásů a běhounů) existuje řada speciálních vytlačovacích hlav, které jsou svými výrobky schopny konkurovat technologii válcování. Jedná se především o jednoválcovou vytlačovací hlavu, která má proti horní (snadno vyměnitelné) liště požadovaného tvaru umístěn poháněný temperovaný válec. V důsledku dopravního účinku válce stačí nižší tlak na konci šneku snižuje se nárůst teploty podél šneku a zvyšuje se výkon extruderu. Další zvýšení výkonu při snížení tlaku na hlavě lze dosáhnout použitím dvou válců proti sobě (roller head). O tomto uspořádání se zmíníme v kapitole válcování. Při vytlačování kaučukových směsí jsou obvykle požadavky na kvalitu směsi vyšší než při válcování a lisování. Pro zvýšení kvality lze při přípravě kaučukové směsi použít extruder s hlavou opatřenou speciálním sítem (Streiner), který ze směsi odstraní nečistoty a nerozpracované větší agregáty plniv a kaučuků, působící potíže při dalším zpracování (např. při vytlačování profilů). VÝTLAČKY Po výstupu z extruderu se může výtlaček délkově zkrátit a narůst v průřezu. Tento jev se nazývá narůstání za hubicí a závisí jak na rozložení smykových rychlostí v hlavě a hubici, tak i na viskoelastických vlastnostech zpracovávané směsi. V praxi může být narůstání za hubicí dosti složité, takže nástroj musí být při zajíždění nového profilu často i několikrát upraven, než se dosáhne požadovaného tvaru výtlačku. Snížit narůstání je možno úpravou složení směsi (např. přídavkem faktisu nebo zpracovatelských přísad) nebo zvýšením teploty. Při vytlačování velmi měkkých směsí může někdy docházet k deformaci výtlačků během ohřevu před vulkanizací. Tuto vadu je možno odstranit použitím částečně síťovaných typů kaučuku (nabízeny jsou např. NR, SBR, NBR a CR). VULKANIZACE Vytlačené kaučukové směsi se používají buď jako polotovary pro konfekci (např. při výrobě pneumatik), nebo se vulkanizují na hotové výrobky (příklad: hadice a profily). Dříve byly extrudáty většinou vulkanizovány diskontinuálně v autoklávu. V současné době se stále častěji za extruderem zařazuje kontinuální vulkanizace. Z hlediska ohřevu extrudátu je možno při kontinuální vulkanizaci rozlišit dva kroky: 1) Ohřev směsi na vulkanizační teplotu (která může někdy být i vyšší než 180 C). 2) Udržování materiálu na vulkanizační teplotě po dobu vulkanizace (vulkanizační dráhy mohou být až cca 40 m dlouhé).

20 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 20 Smyková hlava Velmi intenzivní ohřev kaučukové směsi na konci extruderu může zajistit použití tzv. smykové hlavy, ve které je materiál protlačován kolem rychle rotujícího trnu. K růstu teploty zde dochází v důsledku disipace smykové energie. Vysoká teplota na výstupu ze smykové hlavy má následující výhody: - Protože regulací otáček trnu lze nastavit podmínky tak, aby směs při výstupu ze smykové hlavy měla vulkanizační teplotu, je možno zkrátit délku následné vulkanizační dráhy (o cca 20% proti solné lázni a o cca 30% proti kombinaci UHF + horký vzduch) a snížit tak spotřebu energie. - Vytlačovaný materiál je při výstupu ze smykové hlavy již částečně navulaknizovaný, takže se extrudát v průběhu vulkanizace méně deformuje (viskozita prošla minimem, které se objevuje při ohřevu materiálu na počátku vulkanizace, již při ohřevu ve smykové hlavě). - Na rozdíl od UHF je možno pomocí smykové hlavy efektivně ohřívat i nepolární směsi. Nevýhodou smykové hlavy je hlavně: - Vyšší požadovaná přesnost regulace teploty směsi před vstupem do smykové hlavy. - Vyšší požadavky na stálost kvality kaučukové směsi než u jiných způsobů vulkanizace. - Vyšší zatížení a snížení výkonu extruderu v důsledku vyššího tlaku na vstupu od smykové hlavy. - Ohřev smykovou hlavou v každém případě potřebuje následné zařízení k udržení vulkanizační teploty (např. horký vzduch nebo solnou lázeň). Solná lázeň V solné lázni označované také LCM postup (Liquid Curing Medium) je extrudát intenzivně ohříván průchodem lázní s horkým kapalným médiem (roztavená sůl). Solnou lázeň obvykle tvoří směs KNO 3 (53%) + NaNO 2 (40%) + NaNO 3 (7%) s teplotou tání 145 až 150 C. Vulkanizační teploty mohou být poměrně vysoké (obvykle 210 až 240 C) a vulkanizační časy pro tenkostěnné výrobky krátké. Čím je výtlaček tlustší, tím potřebuje delší dobu na prohřátí v solné lázni, takže pro vulkanizaci tlustostěnných výrobků může být výhodnější UHF postup. Výhodou solné lázně je velmi dobrý přestup tepla z lázně do výrobku a vulkanizace v nepřítomnosti vzduchu (významné především pro peroxidickou vulkanizaci). Nevýhodou je vysoká hustota roztavené soli (cca 1,9 g/cm 3 ), která vyžaduje relativně velkou sílu k ponoření výtlačku (při ponoření může dojít k deformaci během vulkanizace). Významné jsou i problémy se zasolenou chladicí vodou. UHF K mikrovlnnému ohřevu (UHF) extrudátu se využívá střídavého elektrického pole s frekvencí MHz, která vyžaduje k ohřevu dipólovou polarizaci. Kaučuková směs pro vulkanizaci UHF musí proto být polární. Do směsi z nepolárního kaučuku

21 Jiří Maláč: Gumárenská technologie 5. Procesy 21 se musí přidat polární kaučuk nebo jiné polární přísady. Hlavní výhodou UHF ohřevu je urychlení vulkanizace tlustostěnných výrobků. Fluidní lože Při vulkanizaci ve fluidním loži je teplo na extrudát přenášeno vyhřátými skleněnými kuličkami (balotinou) udržovanými ve vznosu. Přesup tepla do kaučukové směsi je intenzivnější než při ohřevu horkým vzduchem, ale ne tak intenzivní jako v solné lázni. Problém představují jak ulpívající kuličky na povrchu vulkanizátu, tak i zanášení povrchu skleněných kuliček přísadami kaučukové směsi. Horkovzdušný ohřev Horkovzdušný ohřev je poměrně pomalý, protože koeficient přestupu tepla ze vzduchu do kaučukové směsi je nízký. Zařízení potřebná pro vulkanizaci extrudátů pouze pomocí horkovzdušného ohřevu by proto byla dlouhá. Časté jsou kombinace smyková hlava/horký vzduch, nebo UHF/horký vzduch, kde horkovzdušný ohřev zajišťuje pouze udržení vulkanizační teploty. K urychlení počátku ohřevu při horkovzdušném ohřevu může být použit i turbulentní horký vzduch s teplotou 400 až 600 C, nebo intraohřev. (Při intenzivním ohřevu se na povrchu výtlačku rychle vytvoří tenká vrstva vulkanizátu.) Ionizační záření Ionizační záření (nejčastěji proud elektronů s energií >0,5 MeV) vytváří v kaučukové směsi volné radikály podobně jako rozpad peroxidů. Volné radikály působí sesíťování kaučukových řetězců. K vulkanizaci ionizačním zářením dochází i bez přítomnosti vulkanizačních činidel. K urychlení vulkanizace se obvykle používají aktivátory podobné jako pro peroxidickou vulkanizaci. Výhodná je hlavně vysoká odolnost tohoto typu vulkanizátů proti stárnutí, nevýhodná je vysoká investiční náročnost a nerovnoměrná hustota sítě, která závisí na rozdělení intenzity ionizačního záření. Další způsoby Kontinuální vulkanizace v parní trubce (CV vulkanizace) se používá většinou jen pro kabely (protože obsahují nosný kovový drát, který brání nežádoucím deformacím kaučukové směsi během vulkanizace). Při dostatečně vysokém tlaku páry (a tím i dostatečně vysoké teplotě vulkanizace) jsou vulkanizační doby poměrně krátké. Pro výrobky většího průřezu (např. kabely nebo hadice) se často používala diskontinuální vulkanizace v olověném plášti. Hadice byly před vulkanizací vytlačovány na trn, který bránil deformacím během vulkanizace. Na kaučukovou směs na trnu nebo elektrickém vodiči byla následně nanesena vrstva olova. Výtlačky v olověném plášti byly navinuty na velkých bubnech a vulkanizovány v autoklávu. V menším rozsahu jsou pro některé aplikace používány i další způsoby vulkanizace extrudátů (např. vulkanizace silany).