Литье резиновых смесей слагается из двух операций: литья смеси в пресс-форму и вулканизации каучука в пресс-форме с образованием пространственной сетчатой структуры.
В результате образуется изделие высокой термостойкости, прочности и эластичности.
По сравнению с прессовым методом изготовления резин при литье достигается быстрое прогревание и формование изделия, в результате чего общий цикл вулканизации сокращается до 2—3 мин вместо 6—8 мин.
Однако процесс литья резиновых смесей отличается большой сложностью по сравнению с процессом литья термопластов. При нагревании вязкость термопластов уменьшается до определенной величины, которая сохраняется в течение длительного времени при заданной температуре. При нагревании резиновые смеси сначала размягчаются, при этом вязкость их уменьшается, но через некоторое время она начинает резко увеличиваться из-за вулканизации или отверждения материала. Для литья под давлением наиболее пригодны материалы наименьшей средней вязкости и наименьшим временем т, при котором вязкость практически не изменяется.
Аналогично влияет на вязкость резиновой смеси и повышение температуры литьевого цилиндра. Для любой резиновой смеси существует температура, при которой вязкость расплава наименьшая.
Особенно наглядно проявляется характер поведения резиновой смеси по кривым, показывающим изменение вязкости ее в зависимости от повышения и времени воздействия температуры. При температуре 80° С смесь не вулканизуется и текучесть ее сохраняется длительное время. При повышении температуры до 100° С для достижения минимальной вязкости смесь требуется прогревать 3 мин. Процесс же литья должен происходить через 3—5 мин после начала прогревания при этой температуре, так как через 5 мин начинается вулканизация, и она может произойти в литьевой машине, что недопустимо.
Учитывая сравнительно низкую теплопроводность резин, следует признать этот режим очень жестким. И совсем сложно работать при температуре 120° С, поэтому изделия из резиновых смесей отливают при температуре 80—100° С, а вулканизацию осуществляют в пресс-формах при температуре 170—220° С для сокращения длительности процесса. Ускорители вулканизации должны обеспечивать протекание процесса вулканизации при температуре свыше 140° С. Для вулканизации резиновых смесей в пресс-форме также можно использовать нагревание токами высокой частоты.
Для литья резиновых смесей могут применяться инжекторы поршневые, червячные, червячио-поршневые. Предпочтение отдается чер-вячно-поршневым инжекторам с осевым перемещением червяка, обеспечивающим быструю пластикацию и прогревание смеси, короткий цикл литья при давлении до 160 МПа (до 1600 кгс/см2), высокую производительность, высокое качество изделий любого профиля и толщины. Достоинством является также возможность загрузки червячно-поршневых машин не гранулами, а полосами или лентами сырой резиновой смеси, что исключает процесс ее гранулирования.
Резиновые смеси для литья представляют собой сложные многокомпонентные системы, содержащие каучуки, вулканизующие вещества, наполнители, пластификаторы (мягчители), противостари-тели, компоненты специального назначения — пигменты, красители, антискорчинги и др.
Особенностью резиновых смесей является необходимость применения каучуков, обладающих высокими литьевыми свойствами. С помощью индекса расплава термопластов, определяемого на капиллярном вискозиметре ПИРП, была исследована текучесть отечественных каучуков при температуре 100° С (это максимальная температура литья резиновых смесей) и давлении 5 МПа (50 кгс/см2).
Наилучшей текучестью отличается стереорегулярный изопреновый каучук СКИ-3. Несколько худшую, но все же достаточно высокую текучесть имеют и стереорегулярные каучуки — наирит НТ и бутадиен-стирольный СКС-ЗОАРКМ-15.
Повышают текучесть резиновых смесей добавки легкоплавких термопластичных полимеров — полиэтилена и полистирола. При этом значительно снижается вязкость резиновых смесей и вместе с тем повышается прочность готовых вулкани-затов. Целесообразно вводить полиэтилен и полистирол меньшей молекулярной массы.
На текучесть резиновых смесей отрицательно влияют наполнители. Сажа, белая сажа, каолин увеличивают показатели механических свойств резин и обязательно вводятся в смеси на основе синтетических каучуков. При этом теория действия наполнителей указывает на взаимодействие частиц наполнителя и молекул каучука, более сильное для активных наполнителей (сажи) и менее сильное для малоактивных (каолина и др.) и неактивных (мела и др.).
Для малоактивных наполнителей (мел, каолин) а = 2,5, для активных а = 5. Причем, чем больше наполнителя, тем больше снижается текучесть смеси. В связи с большим значением наполнителей для каждой смеси и каучука устанавливают минимальное количество наполнителя, обеспечивающее нужные показатели механических свойств.
Метод литья резиновых смесей целесообразен только тогда, когда резиновая смесь в пресс-форме вулканизуется за 2—3 мин. Это возможно при серной вулканизации с использованием сильных ускорителей. Вместе с тем при литье не должно происходить подвулка-низации (скорчинга) смеси. Поэтому в резиновые смеси для литья вводят антискорчипги, задерживающие вулканизацию при температуре до 100° С. В качестве антискорчинга применяется продукт ТМ-25, состоящий из 25% трихлормеламина и 75% сульфата бария. Исследования показали, что в смесях с ТМ-25 (0,2 масс, ч.) вулканизация при температуре 100° С начинается через 5 мин, а в смеси без ТМ-25 — уже через 3 мин 55 с. При температуре 140° С время до начала вулканизации обеих смесей приблизительно одинаково—соответственно 2 мин 15 с и 2 мин 5 с. Таким образом, антискорчипги обеспечивают безопасность литья резиновых смесей и в то же время сохраняют скорость вулканизации.
В качестве ускорителей серной вулканизации применяется много веществ, которые следует выбирать с учетом типа каучука, скорости вулканизации и условий литья. Последнее означает, что ускорители вулканизации должны быть инертны при температуре до 100° С. Для наиболее технологичных каучуков СКИ-3, НК и стереорегулярных бутадиен-стирольных рекомендуются сульфеи-амидные ускорители — сульфенакс ЦБ-30 и сантокюр.
Ленты или полосы резиновой смеси срезают с вальцов после смешения ингредиентов и вводят в червячно-поршневые машины.
Ленты могут иметь разную длину, ширину 10 см и толщину около 1 см. Ленты опудривают порошкообразным материалом (тальком, каолином и др.), чтобы они не слипались при хранении и в приемном бункере литьевой машины.
Иногда для питания литьевых машин используют резиновые смеси в виде гранул. Для гранулирования резиновых смесей применяют грануляторы различных типов, но наиболее рационален гранулятор. При гранулировании резиновая смесь выдавливается червячным экструдером через отверстия решетки головки в виде непрерывных прутков, которые нарезаются на гранулы вращающимся ножом на плоскости формующей решетки. Гранулы можно охлаждать водой, но чаще охлаждают потоком холодного воздуха, транспортирующего гранулы в приемный бункер. Одновременно гранулы опудриваются тальком или каолином.
При гранулировании не должно происходить подвулканизации резиновых смесей, поэтому рекомендуются следующие температуры экструдирования: цилиндра экструдера 30—50° С, головки экструдер а 45—85° С. Производительность гранулятора — 100 кг гранул в час.