5. Вулканизация резинового низа обуви

Тепловая характеристика и тепловой баланс пресса горячей вулканизации

Вулканизация резиновой смеси при помощи тепла является одним из основных процессов при изготовлении резинового низа на обуви методом горячей вулканизации.

Для получения провулканизованного резинового низа по всей толщине и обеспечения прочной связи верха с низом обуви требуется создание определенной температуры не только на пуансоне, но и на затяжной кромке.

Температуру целесообразнее всего измерять термопарами, которые изготавливают из константановой и медной проволоки диаметром 0,1 мм, одинаковой длины - 1,4 м. Сплавленные концы константановой и медной проволоки помещают на поверхности материала, температуру которого необходимо замерить. Температуру пуансона (металла) измеряют через тонкий электроизолирующий слой. Во избежание приваривания к резиновым смесям концов термопар, выведенных на поверхность затяжной кромки, их закрепляют жидким стеклом и папиросной бумагой, покрытой сверху трансформаторным лаком.

При работе на обувных прессах температуру на пуансоне измеряют три термопары, на затяжной кромке и на следе металлической колодки - по четыре. Расположение термопар показано на рис. 179.

Рис. 179. Схема расположения термопар: а - по следу ботинка; б - по толщине низа обуви

Температура на поверхности пресс-форм может определяться также по температуре плавления химически чистых порошкообразных веществ, наносимых на нагретую поверхность.

Температура плавления, °С, химически чистых веществ

Необходимое тепло поступает от электронагревателей, которые монтируются индивидуально для каждого элемента пресс-формы, или имеется общий нагреватель для пуансона и полуматриц. Тепло, выделяемое нагревателями, расходуется на выполнение технологического процесса, разогрев пресса и компенсацию разного вида теплопотерь.

Затраты тепла, выделенного нагревателем в течение одного цикла

Если количество тепла, выделенного нагревателем в течение одного цикла, принять за 100%, то удельный вес каждого вида тепловых затрат характеризуется показателями, приведенными в таблице.

Следовательно, только 5-12% всего тепла, выделенного нагревателем, расходуется полезно; коэффициент полезного использования электрической энергии с уменьшением времени вулканизации повышается.

Улучшить тепловую характеристику пресса можно, снизив потери в окружающую среду и, в частности, теплоизоляцией элементов пресс-форм. Теплоизоляция пресс-формы стеклотканью уменьшает расход энергии на 11-15%.

Температурный режим

Для изготовления вулканизата со стандартными свойствами необходимо обеспечить постоянный температурный режим в прессах горячей вулканизации.

Температура на рабочих поверхностях пресс-формы изменяется в зависимости от следующих причин:

1. напряжения в сети, питающей электронагреватели;
2. мощности электронагревателей;
3. степени охлаждения рабочей поверхности в момент загрузки заготовки в пресс;
4. массы пуансона.

Изменение температурного режима в зависимости от напряжения электрического тока в сети. Измерения, произведенные в производственных условиях, показали, что при изменении напряжения в сети от 220 до 196 в, т. е. на 24 в, температура, определяемая термопарой, установленной на поверхности матрицы, изменялась от 178 до 152° С, т. е. на 26°. Следовательно, снижение напряжения тока на один вольт вызывало понижение температуры на один градус. Необходима стабилизация напряжения тока.

Изменение температурного режима в зависимости от мощности электронагревателя. Омическое сопротивление электронагревателей пресс-форм для горячей вулканизации низа обуви должно быть постоянным. Колебание его в пределах от 3,65 до 5,4 ом в нагревателях действующих однотипных прессов фабрики вызывало в одной и той же точке рабочей поверхности колебание температуры до 40° С.

Изменение температурного режима при загрузке в пресс-форму резиновой смеси. Измерениями температуры на пуансоне в геленочной части в процессе вулканизации установлено, что спустя две минуты после загрузки резиновой смеси температура пуансона снижается на 14-27° С по сравнению с первоначальной и восстанавливается примерно на шестой минуте.

Резиновая смесь, подогретая до загрузки в пресс-форму, в меньшей степени снижает температуру пуансона, чем неподогретая, т. е. предварительный подогрев обеспечивает более ровный температурный режим.

Изменение температурного режима в зависимости от массы пуансона. Понижение температуры пуансона при загрузке резиновой смеси является следствием поглощения тепла резиновой заготовкой. Масса (толщина) пуансона влияет на это изменение. При одной и той же мощности нагревателя с увеличением толщины пуансона с 9 до 36 мм понижение температуры и времени компенсации теплопотерь на пуансоне соответственно изменяется на 8-19° и 3,5-7 мин.

Температурные перепады

Особенность метода горячей вулканизации резинового низа на обуви заключается в одностороннем подводе тепла, т. е. в образовании перепада температур на поверхности пуансона и на затяжной кромке.

Величина температурного перепада возрастает с увеличением температуры пуансона и толщины резиновой заготовки.

Изменение температурного перепада в зависимости от температуры пуансона и толщины резиновой заготовки

Изменение композиции резиновых смесей не оказывает заметного влияния на величину температурных перепадов, которые так же не зависят от конструкции пресса.

Плотность (пористость) вулканизата оказывает существенное влияние на величину температурного перепада, который для пористых резин возрастает на 19-20° С по сравнению с монолитными.

Процесс остывания вулканизованного на обуви резинового низа протекает во времени и зависит от толщины вулканизата. При начальной температуре на затяжной кромке в пучках и переймах 140-150° С и толщине резинового низа 4,3-5,0 мм через 25 мин от начала остывания низа температура на ней понижается до 0° С.

Факторы ускорения процесса вулканизации

В резиновые смеси, применяемые для низа обуви горячей вулканизации, вводятся ускорители вулканизации (см. "Справочник обувщика", т. I, раздел III, подраздел II), действие которых начинает проявляться по достижении минимальной для каждого ускорителя определенной температуры, называемой критической температурой действия ускорителя.

Большое значение имеет также время, необходимое для начала вулканизации при данной температуре, с возрастанием которой время до начала действия ускорителя резко сокращается.

Повышение температуры возможно только до определенного предела, так как резкое тепловое воздействие на резиновую смесь и материал верха по затяжной кромке может привести к заметному ухудшению их физико-механических показателей.

Односторонний подвод тепла в прессах горячей вулканизации обеспечивает постепенную вулканизацию резиновой смеси, в направлении от слоя, прилегающего к пуансону (теплоносителю), к слою, расположенному у затяжной кромки. Из-за этого наблюдается неравномерность вулканизации резиновой смеси по слоям: некоторая перевулканизация первого слоя и недовулканизация последнего. При недовулканизации монолитной резины становится заметен пористый слой, который располагается непосредственно у затяжной кромки.

Повышение температуры на пуансоне вызывает возрастание ее на затяжной кромке, которое идет особенно интенсивно в первые четыре минуты, и чем выше температурный режим, тем больше перепад между температурами на пуансоне и затяжной кромке.

Для вулканизации слоя резиновой смеси, прилегающего к затяжной кромке, затрачивается разное время при разных температурных режимах. Например, при толщине резиновой пластины 6 мм и давлении 20 ^кГ/_см² на затяжной кромке можно достигнуть температуры 160° С от начала вулканизации в течение следующего времени в зависимости от температуры пуансона.

Для полной вулканизации резинового низа требуется создать на затяжной кромке температуру, определяемую композицией резиновой смеси. Если такая температура не будет создана, давление будет снято и объем пресс-формы увеличен (способ запрессовки), то вулканизат будет иметь сложную, монолитно-пористую структуру, причем монолитный слой будет тем толще, чем больше время вулканизации под давлением.

Падение температуры от пуансона к затяжной кромке в резиновой смеси происходит на 1 мм толщины равномерно. Зная температуру на поверхностях в определенные моменты времени, можно расчетом определить температуру в любом слое вулканизуемой детали и получить вулканизат монолитной структуры желаемой толщины.

Для ускорения процесса вулканизации производится обогрев прессовой колодки, часть тепла которой передается резиновой заготовке, т. е. последняя обогревается с двух сторон, в результате чего количество тепла, поступающего на вулканизацию в единицу времени, увеличивается. Отрицательная сторона заключается в том, что материалы, применяемые для стельки, должны быть термостойкими. Стелька и простилка (термоизолирующий слой) не должны быть толстыми во избежание уменьшения теплового эффекта от нагрева колодки.

В отечественных прессах горячей вулканизации целесообразно ввести обогрев прессовой колодки для обуви облегченного типа (домашних туфель), стелечная система которых не представляет существенного термоизолирующего слоя, а применяемые материалы обладают достаточной термостойкостью (текстильные материалы, подкладочная кожа хромового дубления и пр.). Для смеси одной и той же рецептуры (пористого вулканизата) за счет нагрева колодки пресса ПП от 90 до 140° С возможно сокращение продолжительности вулканизации с 12 до 5 мин.