Физическое вспенивание резинового профиля

В связи с увеличением стоимости резин все более возрастает интерес к процессам производства изделий из вспененных резин (методами экструзии), то есть с меньшим содержанием основного материала. От этого процесса требуется прежде всего заметное снижение объемной плотности экструдата при незначи­тельном изменении свойств матери­ала. Кроме того, в качестве стимулов к развитию технологии вспенивания резины при экструзии можно рассма­тривать улучшение теплоизоляцион­ных, механических амортизирующих и звукопоглощающих свойств изго­тавливаемых изделий.

Вспенивание пластифицированных резиновых смесей на стандартных экструдерах с образованием пеноматериалов с уменьшенной плотностью осуществляется, как прави­ло, с применением химических вспе­нивающих веществ. Изготовление пеноматериалов более низкой плот­ности, требует применения физических вспениваю­щих агентов (точнее, физического вспенивания). В качестве таковых широко применяются алифатиче­ские углеводороды (пентан, бутан) или инертные газы, такие как двуо­кись углерода (С0₂) и азот (N₂), которые вводятся в резиновую смесь непосредственно в экструдере. Благодаря высокому давлению в экструдере, дополняемому воздействием эле­ментов шнека, вызывающих сдвиго­вые деформации и способствующих смешиванию, физические вспенивающие агенты равномерно растворяются в экструдируемой резиновой смеси. При этом вспенивающее вещество действует на резиновую смесь как пластификатор, благодаря чему вязкость его смеси с расплавом оказывается значительно ниже вязкости чистой резиновой смеси. Для того чтобы вос­препятствовать значительному сни­жению вязкости и обусловленному низкой прочностью расплава и разру­шению ячеек вспениваемого материала, смесь вспенивающего агента с расплавом перед поступлением в экструзионную головку охлаждают. Это осуществляется в области термостатируемого участка экструдера (с применением жидкости цилиндрического), расположенного за участком введения вспенивающего вещества.

Таким образом, дополнительные требования - введение и распреде­ление физического вспенивающего агента, а также охлаждение его сме­си с расплавом - приводят к тому, что при физическом вспенивании приходится применять или очень длинные одношнековые экструдеры с отношением длины к диаметру, до­стигающим 42, или сдвоенные уста­новки, состоящие из экструдера для приготовления расплава и охлажда­ющего экструдера. При вспенивании с применением удлиненных вспени­вающих экструдеров режимы выпол­нения отдельных операций процесса экструзии со вспениванием непосредственно связаны с частотой вращения шнека.

Учеными разработано новое оборудование, позволяющее разделить процессы «пластикации резиновой смеси» и «введения вспенивающего агента». Ядром этой разработки является соединенный с экструдером инжекторный модуль, с помощью которого вспениватель вводится в резиновую смесь, находящуюся в экструдере. На долю экструдера остается только образование гомогенного и свобод­ного от пульсаций потока расплава, а также создание давления, доста­точного для продвижения расплава через последующие узлы установки. Важным преимуществом является то что вспомогательные устройства  могут быть расположены между инжекторным модулем и экструдером.

В этой зоне расплав еще не содержит вспенивателя, благодаря чему ис­ключается опасность (в отличие от традиционной технологии) прежде­временного вспенивания расплава из-за локальных перепадов давления.

Основой для создания нового ин­жекторного модуля послужили созданные ранее со­пла, для введения вспенивающих веществ в процессе литья со вспени­ванием. Вспениватель вводится в поток расплава на начальном участке кольцевого сопла через пористый материал, изготовленный спеканием из металлического порошка и ограничивающий кольцевое сопло с внутренней и  наружной сторон. Этот пористый материал является проницаемым для  вспенивателя и в то же время  исключает возможность проникновения резиновой смеси  в систему подачи вспенивателя. Геометрические характеристики кольцевого сопла таковы, что за время прохождения резиновой смеси через сопло при произ­водительности 10 кг/ч в резиновой смеси растворяется около 1 % масс, вспе­нивателя (например, С0₂). Впереди инжекторного модуля (в направле­нии движения резиновой смеси) находится статический смеситель, обеспечи­вающий дополнительную гомоге­низацию резиновой смеси и вспенивающего ве­щества. Примыкающий к нему второй статический смеситель с термостатируемым подаваемой под давлением водой корпусом обе­спечивает требуемое охлаждение смеси вспенивателя и расплава пе­ред поступлением ее в экструзион­ную головку.

Данный инжекторный модуль обе­спечивает возможность физического вспенивания резиновых смесей, перерабатываемых на обычных экс­трудерах. Разделение операций «пла­стикации резиновой смеси» и «введения вспе­нивателя» позволяет существенно повысить гибкость процесса экстру­зии со вспениванием. В частности, при этом в значительной степени облегчается вспенивание резиновых смесей и упрощается управление работой дополнительных агрегатов.

Таким образом, применение нового инжекторного модуля на обычных экструдерах представляет собой весьма интересную альтернативу традиционным способам экструзии со вспениванием, особенно при из­готовлении вспененных экструзион­ных изделий из резиновых смесей средней и высо­кой объемной плотности.

К списку