Модифицирование наполнителей приводит к увеличению прочности вулканизатов, что объясняется образованием адсорбционного слоя модификатора, способствующего образованию адсорбционных и химических связей между частицами наполнителя и молекулами каучука.

Предлагаем заменить мельницы Аппаратами Вихревого Слоя типа АВС-100. В отличии от своих предшественников – АВС не являются источником пыли. Установки полностью герметичны, имеют замкнутый цикл обработки.

Исследованиями установлено, что активация поверхности каолина в аппарате с вихревым слоем (табл. 1) позволяет увеличить прочность вулканизатов на основе каучука СКС-30 АРКП максимально на 84,3 % при неизменных прочих свойствах. Обработка же каолина в шаровой мельнице, например, не приводит к существенным изменениям свойств вулканизата.

В табл. 2 приведены результаты исследования по изменению прочности вулканизата на основе каучука СКС-30 АРКП, наполненного активированной в АВС сажей ТМ-15.

 

Таблица 1

Сопротивление разрыву резины, полученной на основе каучука СКС-30 АРКП, наполненного активированным каолином (σ_р×10^–5Па*)

Продолжительность вулканизации при 143ºС, мин.	Продолжительность активации каолина в АВС-100, мин.					Продолжительность активации каолина в шаровой мельнице, мин
	0	1	2	3	4	30	60	120
20	2,9	39,3	3,9	—	—	—	—	—
30	9,81	22,6	24,5	73,6	6,57	9,8	45,1	43,2
40	21,6	32,4	41,2	92,2	86,3	21,6	65,7	64,7
60	62,8	58,9	57,9	116,0	105,0	63,8	47,1	51,0
80	55,0	50,0	76,6	92,2	55,0	29,4	29,4	55,0

 

Таблица 2

Сопротивление разрыву резины, полученной на основе каучука
СКС-30 АРКП, наполненного активированной сажей (σ_р×10^–5Па)

Продолжительность вулканизации при 143ºС, мин.	Продолжительность активации сажи в АВС-100, мин.
	0	1	3	5	10
10	98,1	119,0	104,0	120,0	129,3
20	93,2	98,1	105,0	98,1	52,0
40	96,2	80,5	96,2	108,0	98,1
60	104,0	121,5	110,0	128,5	100,0

Аналогично предыдущим исследованиям, изучено влияние вихревого слоя ферромагнитных частиц на мел как наполнителя вулканизата. Так, обработка мела в вихревом слое в течение 10 мин приводит к улучшению прочностных свойств максимально на 51,5% (табл. 3), в то время как обработка в шаровой мельнице практически не влияет на прочность вулканизата.

Таблица 3

Продолжительность вулканизации при 143ºС, мин.	Продолжительность активации мела в АВС-100, мин.							Продолжительность активации мела в шаровой мельнице, мин
	0	1	2	3	5	10	20	30	60	120
30	—	34,3	26,5	29,4	30,4	25,5	25,5	—	—	—
40	32,4	33,3	30,4	32,4	43,2	49,0	36,6	33,3	33,3	40,2
60	35,3	22,6	29,4	29,4	29,4	44,1	29,4	25,3	32,4	38,3
80	27,5	27,5	22,6	30,4	34,3	36,3	35,3	24,5	28,5	30,4

Обработка мела в вихревом слое в течение 10 мин приводит к улучшению прочностных свойств максимально на 51,5% (табл. 3), в то время как обработка в шаровой мельнице практически не влияет на прочность вулканизата.

В процессах изготовления резиновых изделий из латексов значительный объем затрат приходится на приготовление дисперсий ингредиентов, вносимых в латексы при производстве губчатых изделий, дисперсий вулканизирующих агентов, каолина, сажи и др. На большинстве отечественных и зарубежных заводов эти дисперсии готовят в шаровых или вибрационных мельницах, причем продолжительность измельчения составляет до 70 часов и более.

Применение АВС для получения суспензий в латексной технологии значительно ускоряет процесс их приготовления и позволяет улучшить качество изделий. В табл. 4 приведены данные по дисперсности твердой фазы суспензии при различной продолжительности обработки в вихревом слое.

Таблица 4

Дисперсность твердой фазы суспензии при различной продолжительности обработки ее в вихревом слое

Размер частиц, мкм	Содержание частиц твердой фазы общей дисперсии, %, полученной в АВС за время обработки, с
	10	20	20	40
3	20	10	—	—
2,3	40	25	20	—
1,9	10	25	40	—
1,1	10	20	10	25
0,76	20	20	30	75

 

Не менее эффективен АВС для получения суспензии кремнефтористого натрия, применяемой в производстве латексной губки в качестве желатинирующего агента. Обычно применяют 27%-ную суспензию кремнефтористого натрия, приготовленную в шаровых мельницах в течение 48 ч. Сравнительные данные по устойчивости, размерам частиц данной дисперсии, полученной разными способами, приведены в табл. 5.

 

Таблица 5

Сравнительные данные по устойчивости суспензии кремнефтористого натрия, полученной в АВС и шаровой мельнице

Время приготовления суспензии		Максимальный размер, мкм	Суточный отстой, %
в АВС, с	в шаровой мельнице, ч
10	—	3	35
20	—	2	34
30	—	1	27
60	—	1	26
—	48	5	100

Из таблицы следует, что в АВС получена высокодисперсная и устойчивая суспензия кремнефтористого натрия при одновременном сокращении времени ее приготовления более чем в 1700 раз.

В настоящее время па заводах внедрена установка для получения суспензий в латексной технологии. Производительность такой установки до 1 м³/ч (схема установки на рис. 1). Применение установки дало возможность заменить 8 вибромельниц объемом по 400 л каждая, вести процесс непрерывно и повысить качество получаемых изделий.

Рис. 1 Схема установки для получения суспензии с применением АВС

1 – емкость для предварительного смешения компонентов; 2 – насос; 3 – АВС; 4 – вентиль для отбора проб; 5 – сборник готовой суспензии.

 

Как показывает практика, применение АВС позволяет значительно сократить необходимые производственные площади участков приготовления дисперсий.

При введении в латекс суспензий, получаемых в АВС, значительно улучшаются физико-механические свойства латексных изделий. Так, при введении в латексную смесь на основе натурального и синтетического латекса СКС-С общей дисперсии вулканизирующих агентов, полученной в АВС непрерывным способом, латексная губка обладает повышенными механическими свойствами.

В табл. 6 приведены сравнительные данные физико-механических свойств латексной губки с применением общей дисперсии вулканизирующих агентов, полученной разными способами.

Как видно из таблицы, прочность на разрыв латексной губки с общей дисперсией, полученной в АВС, увеличивается в среднем на 20%, объемная масса уменьшается на 20%, остаточная деформация после многократного сжатия уменьшается в 10-20 раз при некотором снижении твердости и возрастании относительного удлинения, что дает возможность получать готовые изделия высших марок и категорий. Кроме того, введение в латекс общей дисперсии вулканизирующих агентов, полученной в АВС, способствует сокращению режима вулканизации готовых изделий и улучшению их качества. Сравнительные данные физико-механических свойств латексных пленок, полученных методом ионного отложения из натурального латекса (патотекса), заправленного общей дисперсией, приведены в табл. 6.

Таблица 6

Сравнительные данные по физико-механическим свойствам латексной губки при получении общей дисперсии вулканизирующих агентов в АВС и шаровой мельнице

Способ приготовления общей дисперсии вулканизирующих агентов	Физико-механические свойства латексной губки
	Объемная масса, г/см3	Твердость НВ·10-5, Па	Прочность на разрыв σр·10-5, Па	Относи-тельное удлинение, %	Эластическое восста-новление, %	Остаточная деформация после много-кратного сжатия, %
АВС	0,099	0,097	0,400	176	90	1,2
	0,101	0,091	0,401	180	90	0,9
	0,101	0,098	0,407	180	98	1,2
	0,101	0,098	0,407	180	98	1,2
Шаровая мельница	0,102	0,198	0,338	137	88	19
	0,119	0,173	0,322	133	89	28
	0,106	0,154	0,326	108	91	25
	0,126	0,204	0,334	126	91	15

Таблица 7

Сравнительные данные по физико-механическим свойствам латексных пленок при получении общей дисперсии вулканизирующих агентов^*

Продолжительность вулканизации пленок при 143º С, мин	АВС		Шаровая мельница
	Относительное удлинение, %	Прочность на разрыв σр·10-5, Па	Относительное удлинение, %	Прочность на разрыв σр·10-5, Па
5	824	32,4	563	22,6
10	790	33,4	565	19,6
15	780	33,4	786	27,5
20	765	34,3	820	33,4
25	858	34,3	500	16,7
30	863	35,3	487	11,8

^{* Остаточное удлинение в обоих случаях составляло 8%}

Из таблицы видно, что пленки с дисперсией, полученной в АВС, обладают повышенной прочностью (в среднем на 40-50%) по сравнению с пленками с общей дисперсией, приготовленной в шаровой мельнице в течение 24 часов.

Аппараты с вихревым слоем можно использовать также для приготовления водных суспензий серы, окиси цинка, сажи и других ингредиентов, вводимых в латексы. В табл. 8 приведены некоторые данные о получении этих суспензий в АВС и в шаровых мельницах.

 

Ингредиент	Концентрации суспензии, %	АВС			Шаровая мельница
		Продолжи-тельность приготовления, мин	Размер частиц, мкм	Суточный отстой, %	Продолжи-тельность приготовления, мин	Размер частиц, мкм	Суточный отстой, %
Окись цинка	70	10	0,7-0,8	60	24	1-5	100
Сера	70	10	0,7-2	70	72	2-3	100
Каолин	30	5	0,5-0,8	5	4	1-10	100
Газовая сажа ДГ-100	15	1	1-3	0	8	8-10	100

 

Из таблицы видно, что максимальный размер частиц твердой фазы суспензий, полученных в АВС, в основном не превышает 1-3 мкм, а большая часть – от 0,1 до 1 мкм.

Все эти суспензии обладают повышенной устойчивостью к расслоению. Так, суточный отстой суспензии каолина, полученной в АВС за 5 мин, составляет всего 5%, в то время как аналогичная суспензия, полученная в шаровой мельнице за 4 ч, расслаивается полностью. Суспензия газовой сажи после минутной обработки в АВС не расслаивается. В то же время аналогичная суспензия после 72 часового измельчения в шаровой мельнице нестабильна и через сутки расслаивается полностью.

Как видно из приведенных данных, применение АВС в латексной технологии весьма эффективно по сравнению с ранее применяемым оборудованием.