آشنایی با تکنولوژی شکل دهی لاستیک ها

آشنایی با آمیزه کاری (کامپاند)، آلیاژسازی، پخت (ولکانش) و شکل دهی (فرم دهی)

به طور کلی فرایند تولید یک قطعه لاستیکی شامل مراحل زیر می باشد:

1. ساخته آمیزه لاستیکی بر اساس دستورالعمل و شرایط خاص فرایند (پخت اولیه)
2. فرم دهی آمیزه توسط وسایل و دستگاه های مخصوص
   
3. اجرای عمل ولکانیزاسیون یا پخت ثانویه
   

آمیزه کاری:

آمیزه کاری مرحله ای است که در آن با بدست آوردن بهترین فرمولاسیون برای ترکیب کردن چند نوع ماده مختلف با لاستیکِ انتخابی، برای رسیدن به  پارامتر هایی مانند خواص دلخواه، ولکانش بهتر و راحت تر، روش شکل دهی مناسب تر و رسیدن به قیمتی معقول تر، این مواد با لاستیک مخلوط  شده و آمیزه لاستیکی آماده فرآیند می شود. پس باید گفت مسئول آمیزه کاری وظیفه مهمی بر عهده دارد.
در صنعت در اغلب روش ها، نرم کردن (Masticating)، ترکیب و اختلاط مواد اولیه در لاستیک با استفاده از غلطک و یا مخلوط کن داخلی که به آن بنبوری  Banbury Mixer (که پر کاربرد ترین دستگاه است) می گویند انجام می شود.

به طور کلی موارد و مواد مورد استفاده در آمیزه کاری شامل 9 دسته هستند که در زیر به آن ها اشاره شده است:

1. لاستیک ها (الاستومرها)
2. کمک فرآیندها (نرم سازهای شیمیایی)
   
3. عوامل ولکانش (پخت)
   
4. شتاب دهنده ها
   
5. فعال کننده شتاب دهنده ها
   
6. مقاوم کننده های زمان مندی
   
7. پرکننده ها
   
8. نرم کننده ها (پلاستیسایزر های فیزیکی)
   
9. مواد متفرقه
   

تولید آمیزه های (کامپاند های) لاستیکی Rubber Compounds

برای تهیه آمیزه های (کامپاند های) لاستیکی عموماً از غلطک ها و یا در صورت بالا بودن حجم کامپاند از مخلوط کننده های داخلی (بنبوری) استفاده  می شود،  از این دستگاه ها برای نرم کردن یا جویدن (Masticating) لاستیک استفاده می شود.
تهیه آمیزه (کامپاند) لاستیک به دلیل بالا بودن ویسکوزیته ماده اولیه آن همیشه یکی از مشکل ترین مراحل تولید قطعات لاستیکی می باشد، لذا  برای پایین آوردن ویسکوزیته ماده اولیه نیاز به نیروهای برشی زیادی می باشد.
تبدیل انرژی ها مکانیکی به حرارتی در لاستیک و در نتیجه آن افزایش دما باعث نرم شدن ماده اولیه می شود. باید توجه داشت که در صورت افزایش  دمای بیش از حد، تخریب شیمیایی لاستیک آغاز می شود؛ به همین دلیل جهت جلوگیری از تخریب شیمیایی لازم است که فرایند نرم شوندگی یا  کاهش ویسکوزیته لاستیک چندین بار متوالی قطع گردد تا گرمای اضافی نهفته در آن تخلیه گردد. 

1. ساخت آمیزه (کامپاند) لاستیکی به وسیله غلطک ها:

در این روش غلطک های دستگاه غلطک کاری لاستیک (Rubber Mixer Mill) با سرعت دورانی مختلف نیروی برشی لازم برای کاهش ویسکوزیته را  برای ماده اولیه فراهم می کنند.
این کار و تخلیه حرارت اضافی تا جایی ادامه می یابد تا ماده اولیه آماده جذب افزودنی های دیگر گردد. با هر بار اضافه کردن مواد افزودنی حرکت  لاستیک میان غلطک ها ادامه می یابد تا در نهایت آمیزه ای (کامپاندی) یکنواخت از نظر رنگ و درجه حرارت حاصل گردد.

2. ساخت آمیزه (کامپاند) لاستیکی به وسیله دستگاه بنبوری:

هرگاه ساخت آمیزه (کامپاند) به مقدار بیشتر مورد نیاز باشد، از دستگاه بنبوری (Banbury Mixer) استفاده می شود.
ایجاد نیروهای برشی در دستگاه بنبوری توسط بیلچه هایی انجام می گیرد که دارای حرکت دورانی غیر همسو می باشد.
گرمایی که در نتیجه این نیرو ها حاصل می گردد به دلیل پایین بودن توان خنک سازی دستگاه تخلیه نمی گردد و بیشتر آن در مواد و در درون محفظه  دستگاه باقی می ماند که در برخی موارد تا 150 درجه و یا بیشتر افزایش می یابد به همین دلیل برای جلوگیری از تخریب مواد، فرآیند آماده سازی  چندین بار قطع می گردد. (یعنی آمیزه تخلیه، خنک و دوباره داخل دستگاه قرار داده می شود).

آلیاژ سازی:

برای اینکه از لاستیک ها (الاستومر ها) بهتر استفاده کنیم، لاستیک ها را آلیاژ می کنیم زیرا ممکن است یک لاستیک به تنهایی پاسخ گوی همه نیاز  های ما نباشد اما با آلیاژ سازی ما می توانیم به خواص دلخواه خود با بهره گیری از بیش از یک لاستیک برسیم.

برای آلیاژ کردن، لاستیک های مد نظر باید چند ویژگی داشته باشند که عبارتند از:

1. سازگاری ساختاری (یعنی از لحاظ ساختار شیمیایی به هم نزدیک باشند.)
2. باید هر دو لاستیک هم پخت باشند. (یعنی هم سیستم پخت یکسان باشد هم سرعت ولکانیزاسیون یکسان باشد.)
   
3. ریخت شناسی فاز ها (مورفولوژی فاز ها Phases Morphology) (یعنی چگونگی شکل و توزیع یک فاز پلیمری در فاز پلیمری دیگر)
   

نکته: همواره لاستیکی (الاستومری که نقش فاز پیوسته را داشته باشد تعیین کننده خواص است).

پخت:

آمیزه های لاستیکی در حالت خام دارای زنجیره های پیوسته و طولانی بوده و هیچگونه پیوند عرضی بین زنجیره ها وجود ندارد و به همین دلیل بعد از  اینکه به شکل محصول در می آیند قابلیت حفظ شکل دائمی خود را ندارند. این نقیصه در سال 1839 با کشف پدیده پخت توسط گودیر بر طرف شد.
زنجیره های لاستیک خام در اثر واکنش شیمیایی عوامل پخت (ولکانش) دارای پیوند عرضی شده و در نتیجه از حالت دو بعدی به یک شبکه سه بعدی  تبدیل می شوند که قابلیت حفظ شکل دائمی محصول را دارا بوده و علاوه بر آن خواص محصول را به طور چشمگیری افزایش و بهبود می بخشند.
روش های پخت غالباً بر اساس نوع و اندازه دستگاهی که برای پخت قطعه لاستیکی مورد استفاده قرار می گیرد به انواع باز و بسته و به صورت های  پیوسته، نیمه پیوسته و غیر پیوسته تقسیم بندی می شوند.
عوامل انتقال حرارت در روش های پخت غیر پیوسته معمولاً هوای داغ، بخار آب، گاز ازت و سرب و ... است.
پخت پیوسته نیز شامل پخت با عبور از اطاقک های هوای داغ، پخت در لوله های بخار، پخت با مایعات و مواد مذاب، پخت با تابش های با انرژی بالا،  پخت با اشعه الکترونی، پخت در میدان های الکترو مغناطیسی قوی (UHF) پخت در بستر ذرات داغ شناور و ...

روش های ولکانش غیر پیوسته یا پیمانه ای (Batch Curing):

1. اتوکلاو یا دیگ بخار (Autoclave or Steam Pan)
2. پخت با گاز (Gas Curing)
   
3. پخت با آون (Oven Curing)
   
4. پخت با آب (Water Curing)
   
5. پخت با پوشش سربی (Lead Curing)
   
6. فرآیند پیچی (Peachey)
   

روش های ولکانش پیوسته (Continues Curing):

1. لوله بخار تحت فشار (High-Pressure Steam Pipe)
2. تونل هوای داغ (Hot Air Tunnel)
   
3. ولکانش با اشعه (α,β,δ,…) (Radiation Vulcanization)
   
4. پخت با نور UV
   
5. پخت در حمام نمک (Liquid Curing Melt)
   
6. پخت در بستر سیال
   
7. پخت در غلتک چرخان (Steam Drum Cure)
   
8. پخت با امواج مایکروویو (Microwave Curing) یا میدان های الکترو مغناطیسی (UHF)
   

شکل دهی:

شکل دهی به معنی فرم دادن یا شکل گیری تدریجی یک آمیزه لاستیکی به همراه واکنش شبکه ای شدن آن می باشد. باید گفت ماشین آلات شکل دهی در لاستیک ها تقریباً مشابه ماشین آلات شکل دهی پلاستیک ها می باشد. انتخاب یک فرآیند شکل دهی باید با در نظر گرفتن پارامتر  های فنی و اقتصادی و همچنین برای رسیدن به یک پخت کاملاً یکنواخت در محصول صورت پذیرد. در هنگام شکل دهی یا فرآیند پخت همزمان با شکل  دهی صورت می پذیرد که به آن دسته ای (Batch) گویند و یا مانند تسمه نقاله یا شیلنگ یا روکش های کابل فرآیند پخت بعد از شکل دهی انجام می  شود که به آن پیوسته (Continues) گویند.

شکل دهی به سه شکل انجام می شود:
1. قالب گیری و تزریق
•    قالب گیری فشاری
•    قالب گیری انتقالی
•    قالب گیری تزریقی
•    قالب گیری و پخت تایر (قالب گیری فشاری اصلاح شده)
2. اکستروژن
•    اکستروژن با اعمال برش بالا در کلگی
3. کلندرینگ

منبع : پلی پدیا