LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY LUYỆN CAO SU DẠNG HỞ CÓ BỘ ĐẢO ĐH Bách Khoa
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ MÁY LUYỆN CAO SU DẠNG HỞ CÓ BỘ ĐẢO
TÓM TẮT LUẬN VĂN THIẾT KẾ MÁY LUYỆN CAO SU DẠNG HỞ CÓ BỘ ĐẢO
Cùng với sự phát triển của đất nước, vai trò của ngành vật liệu rất quan trọng, trong đó nhựa, cao su luôn được đánh giá là ngành công nghiệp mũi nhọn, với tốc độ tăng trưởng bình quân luôn đạt 15-20%/năm. Cao su nhựa được biết đến như một nguyên liêu đóng vai trò không thể thiếu trong nền kinh tế phát triển hiện nay. Với tư cách là loại vật liệu thân thiện với mội trường và có thể tái sử dụng cũng như tái chế, điều mà sẽ làm tăng năng suất sử dụng năng lượng, nhựa cao su sẽ giúp chúng ta đạt tốc độ sử dụng nguồn nguyên liệu, giảm hao hụt, và tạo dựng nên một xã hội cân đối và bền vững.
Qua quá trình tìm hiểu và nhận thấy nhu cầu từ thực tế sản xuất, có thể xác định quá trình sơ luyện cao su là một quá trình không thể thay thế, hết sức cơ bản và cần thiết trong chế biến cao su. Đặc biệt với quy mô sản xuất nhỏ lẻ như ở nước ta hiện nay, việc sử dụng máy cán/ luyện hở hai trục vẫn là giải pháp kinh tế và mang lại năng suất cao. Cùng với nhu cầu thị trường và khả năng chế tạo hiện có thì máy luyện hở 2 trục có bộ đảo vẫn là lựa chọn phù hợp nhất.
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.. 1
TÓM TẮT LUẬN VĂN.. 2
DANH MỤC HÌNH ẢNH.. 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU.. 7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CAO SU VÀ QUÁ TRÌNH LUYỆN CAO SU.. 8
1.1. Tổng quan về cây cao su. 8
1.1.1. Nguồn gốc cây cao su. 8
1.1.2. Mủ cao su (latex)9
1.2. Khái niệm về luyện cao su. 12
1.3. Các nguyên vật liệu thường sử dụng trong công nghệ luyện cao su. 14
1.3.1. Cao su thiên nhiên. 14
1.3.2. Cao su tổng hợp. 14
1.3.3. Chất lưu hóa. 17
1.3.4. Chất xúc tiến lưu hóa. 18
1.3.5. Chất trợ xúc tiến. 20
1.3.6. Chất phòng tự lưu. 20
1.3.7. Chất độn. 21
1.3.8. Chất phòng lão. 23
1.3.9. Chất làm mềm.. 24
1.3.10. Chất hóa dẻo. 25
1.3.11. Chất màu. 26
1.3.12. Chất cách ly. 26
1.4. Giới thiệu các loại máy luyện cao. 26
1.4.1. Sơ luyện bằng máy luyện hở. 27
1.4.2. Sơ luyện bằng máy luyện kín. 28
1.4.3. Sơ luyện bằng máy luyện trục vít30
1.5. Kết luận. 31
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ. 32
2.1. Cơ sở lý thuyết32
2.1.1. Quá trình cán luyện. 32
2.1.2. Các nguyên tắc chung khi hỗn luyện. 34
2.2. Nguyên lý hoạt động. 35
2.2.1. Sơ đồ nguyên lý. 35
2.2.2. Nguyên lý. 36
2.3. Phân tích chọn chuyển động tịnh tiến của bộ đảo. 37
2.3.1. Chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh thủy lực.37
2.3.2. Chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh khí nén.38
2.3.3. Chuyển động tịnh tiến nhờ bộ truyền vít me. 38
2.4. Kết luận. 39
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY.. 40
3.1. Tính toán lực tác dụng lên trục cán. 40
3.3.1. Cơ chế của quá trình cán. 40
3.3.2. Phân tích lực. 40
3.2. Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền. 41
3.2.1. Chọn công suất động cơ. 41
3.2.2. Tỷ số truyền và các thông số động học. 42
3.2.3. Chọn động cơ bộ đảo. 44
3.3. Thiết kế bộ truyền đai44
3.3.1. Chọn loại đai và tiết diện đai:44
3.3.2. Xác định các thông số của bộ truyền đai:45
3.3.3. Xác định số đai:46
3.3.4. Xét lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục:47
3.4. Chọn hộp giảm tốc. 48
3.5. Thiết kế bộ truyền bánh răng truyền động trục cán. 50
3.5.1 Chọn vật liệu và định ứng xuất cho phép. 50
3.5.2 Tính khoảng cách trục aw. 51
3.5.3 Xác định các thông số ăn khớp. 52
3.5.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn. 54
3.6. Thiết kế bộ truyền bánh răng của trục cán. 55
3.6.1 Chọn vật liệu và định ứng xuất cho phép. 55
3.6.2 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền. 57
3.6.3. Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn. 59
3.7. Thiết kế trục cán. 60
3.7.1. Kết cấu trục. 60
3.7.2. Phân tích lực tác dụng lên bộ truyền. 61
3.7.3. Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục. 61
3.8. Thiết kế cơ cấu điều chỉnh khoảng cách trục. 63
3.8.1. Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền. 63
3.8.2. Tính kiểm nghiệm độ bền. 65
3.9. Thiết kế trục cán của bộ đảo. 65
3.10. Chọn vít me của bộ đảo. 66
3.10.1. Tính lực dọc trục và tải trọng. 66
3.10.2. Xác định các thông số sơ bộ của bộ truyền. 66
CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG MẠCH ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN.. 67
4.1. Mạch điện. 67
4.2. Hệ thống cấp nước giải nhiệt68
CHƯƠNG 5: VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG.. 69
5.1. Vận hành. 69
5.2. Bảo dưỡng. 69
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN.. 71
Tài liệu tham khảo. 72
DANH MỤC HÌNH ẢNH LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY LUYỆN CAO SU DẠNG HỞ CÓ BỘ ĐẢO ĐH Bách Khoa
Hình 1.1 Cây cao su .............................................................................................. 9
Hình 1.2 Các trạng thái cao su trải qua trong quá trình cán............................................................................................ 13
Hình 1.3. Máy cán/luyện hở 2 trục............................................................................................ 27
Hình 1.4. Máy luyện kín............................................................................................ 28
Hình 1.5. Máy luyện trục vis............................................................................................ 30
Hình 2. 1. Sơ đồ nguyên lý máy luyện hở 2 trục có bộ đảo............................................................................................. 35
Hình 2. 2. Quá trình luyện cao su............................................................................................ 36
Hình 2. 3. Chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh thủy lực............................................................................................. 37
Hình 2. 4. Chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh khí nén............................................................................................. 38
Hình 2. 5. Chuyển động tịnh tiến nhờ vít me............................................................................................. 38
Hình 3. 1. Thông số mô tơ điện............................................................................................. 41
Hình 3. 2. Động cơ bộ đảo............................................................................................ 44
Hình 3. 3. Hộp giảm tốc............................................................................................. 49
Hình 3. 4. Trục cán............................................................................................. 60
Hình 3.5: Biểu đồ momen............................................................................................ 62
Hình 4. 1. Mạch điện............................................................................................. 67
Hình 4. 2. Van cấp nước giải nhiệt............................................................................................. 68
DANH MỤC BẢNG BIỂU LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY LUYỆN CAO SU DẠNG HỞ CÓ BỘ ĐẢO ĐH Bách Khoa
Bảng 1.1 : Thành phần và tỉ lệ của Latex............................................................................................ 10
Bảng 3. 1. Thông số kỹ thuật mô tơ điện............................................................................................. 42
Bảng 3. 2. Bảng thống kê các thông số động học............................................................................................ 43
Bảng 3. 3. Thông số tiết diện đai B............................................................................................ 44
Bảng 3. 4. Bảng thống kê thông số đai............................................................................................. 48
Bảng 3.5. Thông số chi tiết của hộp giảm tốc............................................................................................ 49
Bảng 3.6. Bảng thống kê thông số bánh răng truyền động trục cán............................................................................................. 53
Bảng 3.7. Bảng thống kê thông số bánh răng truyền động trục cán............................................................................................. 58
Bảng 5. 1. Bảng một số sự cố và cách khắc phục............................................................................................. 70
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CAO SU VÀ QUÁ TRÌNH LUYỆN CAO SU
1.1. Tổng quan về cây cao su
1.1.1. Nguồn gốc cây cao su
Cao su (Hevea brasiliensis) là một loài cây thân gỗ thuộc về họ Euphorbiaceae và có tầm quan trọng kinh tế lớn nhất trong chi Hevea. Nó có tầm quan trọng kinh tế lớn là do chất lỏng chiết ra tựa như nhựa cây của nó (gọi là nhựa mủ-latex) có thể được thu thập lại như là nguồn chủ lực trong sản xuất cao su tự nhiên.
Cây cao su có thể cao tới trên 30m. Khi cây đạt độ tuổi 5-6 năm thì người ta bắt đầu thu hoạch nhựa mủ: các vết rạch vuông góc với mạch nhựa mủ, với độ sâu vừa phải sao cho có thể làm nhựa mủ chảy ra mà không gây tổn hại cho sự phát triển của cây, và nhựa mủ được thu thập trong các thùng nhỏ (quá trình này gọi là cạo mủ cao su). Các cây già hơn cho nhiều nhựa mủ hơn, nhưng chúng sẽ ngừng sản xuất nhựa mủ khi đạt độ tuổi 26-30 năm.
Cây cao su ban đầu chỉ mọc tại khu vực rừng mưa Amazon. Cách đây gần 10 thế kỷ, thổ dân Mainas sống ở đây đã biết lấy nhựa của cây này dùng để tẩm vào quần áo chống ẩm ướt, và tạo ra những quả bóng vui chơi trong dịp hội hè.
Cây cao su được người Pháp đưa vào Việt Nam lần đầu tiên tại vườn thực vật Sài Gòn năm 1878 nhưng không sống.
Năm 1897 đã đánh dấu sự hiện diện của cây cao su ở Việt Nam: Công ty cao su đầu tiên được thành lập là Suzannah (dầu Giây, Long Khánh, Đồng Nai) năm 1907. Tiếp sau, hàng loạt đồn điền và công ty cao su ra đời, chủ yếu là của người Pháp và tập trung ở Đông Nam Bộ : SIPH, SPTR, CEXO, Michelin … Một số đồn điền cao su tư nhân Việt Nam cũng được thành lập.
Trong thời kỳ trước 1975, để có nguồn nguyên liệu cho nền công nghiệp miền Bắc, cây cao su đã được trồng vượt trên vĩ tuyến 170 Bắc (Quảng Trị, Quảng Bình, Nghệ An, Thanh Hóa, Phú Thọ). Trong những năm 1958 – 1963 bằng nguồn giống từ Trung Quốc, diện tích đã lên đến khoảng 6.000 ha.
Sau 1975, cây cao su được tiếp tục phát triển chủ yếu ở Đông Nam Bộ. Từ 1977, Tây Nguyên bắt đầu lại chương trình trồng mới cao su, thoạt tiên do các nông trường quân đội, sau 1985 đo các nông trường quốc doanh, từ 1992 đến nay tư nhân đã tham gia trồng cao su. Ở miền Trung sau 1984, cây cao su được phát triển ở Quảng trị, Quảng Bình trong các công ty quốc doanh.
Đến năm 1999, diện tích cao su cả nước đạt 394.900 ha, cao su tiểu điền chiếm khoảng 27,2 %. Năm 2004, diện tích cao su cả nước là 454.000 ha, trong đó cao su tiểu điền chiếm 37 %. Năm 2005, diện tích cao su cả nước là 464.875 ha.
Năm 2007 diện tích Cao Su ở Đông Nam Bộ (339.000 ha), Tây Nguyên (113.000 ha), Trung tâm phía Bắc (41.500 ha) và Duyên Hải miền Trung (6.500 ha).
Hình 1.1 Cây cao su
1.1.2. Mủ cao su (latex)
Mủ cao su là hỗn hợp các cấu tử cao su nằm lơ lửng trong dung dịch gọi là nhũ thanh hay serium. Hạt cao su có hình cầu với đường kính d<0,5m chuyển động hỗn loạn trong dung dịch. Thông thường 1g mũ có khoảng 7,4x1012 hạt cao su, bao quanh các hạt này là các protein giữ cho latex ở trạng thái ổn định.
* Thành phần Latex
Thành phần hóa học, cao su thiên nhiên là polyisopren - polyme của isopren.
Mạch đại phân tử của cao su thiên nhiên được hình thành từ các mắt xích isopren đồng phân cis liên kết với nhau ở vị trí 1,4.
Ngoài đồng phân cis 1,4 trong cao su thiên nhiên còn có khoảng 2% mắt xích liên kết với nhau ở vị trí 3,4.
Có cấu tạo tương tự với cao su thiên nhiên, nhựa cây Gutapertra được hình thành từ polyme của isopren đồng phân trans 1,4.
Cao su thiên nhiên tan tốt trong các dung môihữu cơ mạch thẳng, mạch vòng và CCl4. Tuy nhiên, CSTN không tan trong rượu và xetôn.
Ngoài hydrocacbon cao su ra, latex còn chứa nhiều chất cấu tạo của mọi tế bào sống như: protein, acid béo, dẫn xuất của acid béo, sterol, glucid, heterosid, muối khoáng.
Hàm lượng những chất cấu tạo nên latex thay đổi tùy theo các điều kiện về khí hậu, hoạt tính sinh lý và hiện trạng sống của cây cao su. Các phân tích latex từ nhiều loại cây cao su khác nhau chỉ đưa ra các những con số ước chừng về thành phần latex.
|
Thành phần Latex |
Tỷ lệ (%) |
|
Cao su |
30 - 40 |
|
Nước |
52 - 70 |
|
Protein |
2 - 3 |
|
Acid béo và dẫn xuất |
1 - 2 |
|
Glucid và heterosid |
Khoảng 1 |
|
Khoáng chất |
0,3 – 0,7 |
Bảng 1.1 : Thành phần và tỉ lệ của Latex
Nhiều dạng cao su trên thị trường đều có nhiều hay ít lượng chất cấu tạo latex phụ hoặc chứa những chất biến đổi của chúng và có thể chúng có tính chất của cao su thô hay latex được bảo quản.
* Cấu trúc thể giao trạng:
Tổng quát, latex được cấu tạo bởi những phần tử nằm lơ lửng trong chất lỏng gọi là serum. Pha phân tán có tính chất ổn định là do các protein bị những phần tử cao su trong latex hút lấy, ion cùng điện tích sẽ phát sinh lực đẩy giữa các phẩn tử cao su (ion khác dấu sẽ hút lẫn nhau, các phần tử cao su hút dính vào nhau gọi là sự đông đặc latex). Tác dụng của các protein thì chưa xác định rõ hoàn toàn vì ngoài ra còn có lipoidic và vài chất vô cơ.
- Pha phân tán – Serum (hàm lượng cao su khô)
Serum có chứa một phần những chất hợp thành trong thể giao trạng, chủ yếu là protein, phospholipid và một phần là những hợp chất tạo thành dung dịch thật: muối khoáng, heterosid với 1-metylinositol hoặc quebrachitol và các amino acid, amin với tỷ lệ thấp hơn.
Trong serum hàm lượng thể khô chiếm 8-10%, nó cho hiệu ứng Tyndall mãnh liệt nhờ chứa nhiều chất hữu cơ hợp thành trong dung dịch thể giao trạng. Như vậy serum của latex la một di chất nhưng có độ phân tán mạnh hơn nhiều so với độ phân tán của các hạt cấu tử cao su nên có thể coi nó như một pha phân tán duy nhất.
- Pha phân tán – hạt tử cao su
Tỷ lệ pha phân tán hay hàm lượng cao su khô trong latex do cây cao su tiết ra cao nhất đạt tới 35%, thấp nhất 18% và hầu hết các hạt tử cao su có hình cầu, kích thước cũng không đồng nhất.
Hạt tử cao su(HTCS) trong latex không chỉ chuyển động Brown mà còn chuyển động Crémage. Đó là chuyển động của các HTCS nổi lên trên mặt chất lỏng do chúng nhẹ hơn. Sự chuyển động này rất chậm theo định luật Stocke: với các HTCS có bán kính 1 micro, độ nhớt 2cP ta sẽ thấy các phần tử cao su latex phải mất hơn 1 tháng để tự nổi lên 1cm. Để tăng vận tốc nổi của các hạt cao su ta có thể giảm độ nhớt của latex hay tăng độ lớn của các phần tử cao su.
Các HTCS được bao bọc bởi 1 lớp protit – xác định tính ổn định và sự kết hợp thể trãng giao của latex. Độ đẳng điện của protit latex là tương đương pH=4,7 và các hạt không mang điện. Với pH> 4,7 các hạt tử mang điện tích âm và pH<4,7 mang điện tích dương.
Các HTCS của latex tươi mà pH gần 7 đều mang điện tích âm – tạo ra lực đẩy giữa các hạt cao su với nhau, đảm bảo sự phân tán của chúng trong serum. Mặt khác, protit có tính hút nước mạnh giúp cho các phần tử cao su được bao bọc xung quanh một vỏ phân tử nước chống lại sự va chạm các hạt tử làm tăng sự ổn định của latex.
1.2. Khái niệm về luyện cao su
Như chúng ta đã biết, một sản phẩm cao su được sản xuất ra không chỉ chứa trong nó đơn thuần là cao su 100%. Mà trong đó còn có nhiều loại hóa chất khác với nhiều mục đích khác nhau, ví dụ như chất xúc tiến, trợ xúc tiến, chất lưu hóa, chất độn, chất phòng lão, chất tạo màu…
Vậy làm thế nào để các chất này có thể trộn lẫn vào với nhau và phân tán đều khắp trong một mẻ cao su. Đó chính là do nhờ phải trải qua một quá trình cán luyện để đưa các hợp chất này vào cao su. Quá trình cán luyện hay còn gọi là công nghệ cán luyện gồm có hai giai đoạn, giai đoạn sơ luyện và hỗn luyện:
- Giai đoạn sơ luyện: làm cao su trở nên dẻo hơn, nhằm giúp cho cao su có thể hấp thu các hóa chất khác vào nó.
- Giai đoạn hỗn luyện: nhằm làm phân tán đều các hợp chất khác vào cao su. Trình tự cho từng loại hóa chất vào trong quá trình hỗn luyện cũng là một vấn đề cần quan tâm đối với nhà sản xuất sản phẩm cao su.
Cán trộn là một quá trình quan trọng trong chế biến cao su, giúp làm đồng đều thành phần cao su và phân tán tốt các chất độn, chất phụ gia. Từ khi cao su tổng hợp xuất hiện lần đầu tiên, một trong các vấn đề cần phải giải quyết là cán trộn. Với sự xuất hiện của nhiều loại cao su, người ta nhận thấy, mỗi loại cao su có một trạng thái cán đặc trưng. Và theo kinh nghiệm cán trộn, người ta thấy rằng cao su trải qua những trạng thái nhất định trong suốt quá trình cán. Hiểu được điều này, ta có thể thay đổi điều kiện cán trộn để cao su đạt được trạng thái mong muốn.Các trạng thái mà cao su phải trải qua trong quá trình cán như sau:
Hình 1.2 Các trạng thái cao su trải qua trong quá trình cán
Trong vùng I, mẫu cao su còn cứng, nó sẽ trượt và không đi vào khe cán, nếu cao su bị đẩy vào trong khe cán, nó có thể sẽ gãy thành từng mảnh, rơi xuống dưới thay vì cuộn tròn quanh trục cán. Điều này làm cho thao tác người vận hành khó khăn, nặng nề vì phải nhặt từng mảnh này. Vì vậy, trong giai đoạn này người vận hành phải điều chỉnh khe cán đủ rộng để cho cao su đi qua mà không bị gãy hoặc gãy ít nhất, rồi làm hẹp khe cán từ từ khi cán đi cán lại cao su nhiều lần. Nhiệt độ của cao su được cán tăng dần, khi cao su đủ mềm, nó đi qua khe cán dễ dàng và hình thành một vòng cao su ôm chặt trục cán, đây là vùng II. Khi cao su ở trạng thái của vùng III, vòng cao su không còn ôm chặt trục cán như trước mà võng xuống và bị xé rách. Còn trong vùng IV, cao su càng mềm hơn, độ dính tăng lên, các vòng cao su ôm sát trục nhưng chúng không còn tính đàn hồi nữa. Trong bốn vùng trên, vùng II được ưa thích hơn do trạng thái của cao su trong vùng này giúp kết hợp và phân tán tốt các chất độn gia cường, phụ gia vào trong cao su. Người vận hành cố gắng tránh vùng III và cả vùng IV, tuy vùng IV không gây ra vấn đề gì trong kết hợp chất độn vào cao su nhưng do cao su quá mềm, ứng suất của máy cán truyền vào các khối chất độn không đủ cao để phá vỡ và phân tán tốt chúng.
Công nghệ cán được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp sản xuất nhựa nhiệt dẻo, cao su, giấy và vải không dệt. Bằng công nghệ cán, nhiều loại polymer sẽ được tạo thành các sản phẩm dạng tấm mỏng có chất hoá dẻo hoặc không. Đó là poly (vinyl chloride) (PVC), poly (acrylonitrile – butadien – styrene) (ABS), polyurethane (PV), cao su styrene – butadiene (SBR), cao su thiên nhiên (NR) . . .
1.3. Các nguyên vật liệu thường sử dụng trong công nghệ luyện cao su
1.3.1. Cao su thiên nhiên
Cao su thiên nhiên thành phẩm được phân loại căn cứ vào các chỉ tiêu: màu sắc, hàm lượng tro, độ ẩm, độ dẻo… Theo TCVN hiện hành. Cao su cốm (CSV) có các loại 3L, 5L, 5, 10, 20, CV… Cao su tờ (RSS) có các loại 1, 2, 3, 4, 5. Hiện nay ở công ty thường sử dụng ba loại sau:
+ Cốm 1 (CN1): Có màu vàng xám. Thường sử dụng với các loại su khác làm cao su hông lốp, cao su cán tráng vải mành, săm xe ….
+ Cốm 3 (CN3): Có màu vàng nâu, có tạp chất và mạch phân tử không đồng đều nên có tính năng cơ lý thấp hơn cốm 1 và cao su tờ, được sử dụng chủ yếu cho các sản phẩm xe đạp, xe máy hoặc dùng với các loại cao su khác để hạ giá thành sản phẩm.
+ Cao su tờ (TN1): Có màu vàng, được sử dụng cho các sản phẩm cần có độ bền kéo đứt cao.
Cao su thiên nhiên được dùng để sản xuất các mặt hàng dân dụng như: săm lốp xe đạp, xe máy, ôtô, các sản phẩm phục vụ công nghiệp như băng tải, dây curoa, giày làm việc trong môi trường không có dầu mỡ, hoặc dùng trong các sản phẩm y tế hay thực phẩm. Cao su thiên nhiên có ưu điểm là sức dính tốt, đàn hồi tốt, lực kéo đứt và xé rách cao, sinh nhiệt thấp, tốc độ lưu hóa nhanh, giá thành rẻ. Các khuyết điểm của cao su thiên nhiên là tính chống tác dụng của O2, O3, dầu, acid, kiềm… yếu, chống lão hóa nhiệt yếu, độ kín khí thấp.
Cao su thiên nhiên có khả năng phối hợp tốt với các phụ gia, chất độn trên máy luyện kín hay luyện hở. Dễ dàng cán tráng hay ép đùn, sức dính tốt, có thể trộn với các loại cao su không phân cực khác như SBR, NBR, BR, Clobutyl… với bất cứ tỷ lệ nào.
Mạch phân tử không phân cực nên dễ tan trong xăng dầu, benzen, Clorofoc, một số hiđrocacbon thơm, không tan trong axeton. Khối lượng riêng khoảng 0,91÷0,93 g/cm3.
1.3.2. Cao su tổng hợp
Là các loại cao su không có nguồn gốc từ thiên nhiên mà được tổng hợp từ các hóa chất qua các phản ứng trùng hợp để tạo ra các loại su khác nhau tùy theo thành phần chất ban đầu, loại xúc tác, điều kiện phản ứng nhiệt độ, áp suất điều nầy cũng dẫn đến các tính chất khác nhau của cao su tổng hợp được. Một số loại cao su tổng hợp thông dụng:
1.3.2.1 Cao su butađien (BR, CKC): BT40
Là sản phẩm được trùng hợp từ butađien 1,3. Ngoại quan có màu trắng trong. Có công thức:
Có cấu trúc không gian đều hòa, có chứa nhiều nối đôi trong phân tử nên có thể lưu hóa bằng hệ thống lưu huỳnh. Phối trộn được hầu hết với các loại su không phân cực. Cao su BR có khả năng chống mài mòn tốt, chịu ma sát tốt, tính chống mệt mỏi lớn. Nhược điểm của BR là tính chống cắt xé, lực xé rách thấp. Tùy thuộc vào các hãng sản xuất mà cao su BR có các ký hiệu BR40, BR1000, BR01 …
1.3.2.2 Cao su butadiene – styren (SBR): ST17, ST15
Cao su butadien – styren là sản phẩm đồng trùng hợp từ butađien 1,3 và styren. Ngoại quan có màu nâu đen, cao su SBR có độ cứng lớn, khả năng chống ma sát, mài mòn tốt nên thường dùng trong sản xuất mặt lốp xe máy và ôtô hoặc dùng trong các sản phẩm chịu mài mòn khác. Tùy thuộc vào phương pháp tổng hợp mà có nhiều loại cao su SBR khác nhau, thường gặp nhất là SBR1502 (cao su không độn trùng hợp ở nhiệt độ thấp), SBR 1712 (cao su độn dầu trùng hợp ở nhiệt độ thấp), nhược điểm của SBR là tính chống xé rách và tính chống nứt thấp, lực kéo đứt thấp, sinh nhiệt cao, ít kín khí, tính chịu nhiệt và chống hóa chất thấp.
1.3.2.3 Cao su butađien – Nitril (NBR CKH): NT40,
Cao su NBR là sản phẩm đồng trùng hợp của butađien 1,3 và acrylonitril. Ngoại quan có màu vàng nhạt, có tính chịu dầu tốt, khi tăng hàm lượng nitril thì tính chịu dầu tăng lên, chịu nhiệt tốt thường dùng trong các sản phẩm trong phụ tùng máy như joint, phoste … làm việc trong môi trường dầu mỡ, nhiệt cao. Nhược điểm của NBR là sinh nhiệt cao lực xé rách thấp. Phối trộn hầu hết với các loại polime phân cực.
1.3.2.4 Cao su clopren (Np)
Là sản phẩm trùng hợp của clopren, cao su clopren phân cực, nhóm clo có khả năng bảo vệ tốt các tác nhân tác dụng của môi trường nên đây là loại cao su chịu dầu, bền hóa chất và các dung môi hữu cơ. Do kết dính cao nên thường sử dụng để sản xuất các loại keo dán khô nhanh.
1.3.2.5 Cao su butyl (Butyl 286 loại 1 và loại 2)
Cao su butyl là sản phẩm đồng trùng hợp của izobutylen với các hợp chất hai nối đôi khác, chủ yếu là isopren. Cao su butyl có ngoại quan màu trắng. Tính chất công nghệ và tính chất cơ lý của cao su butyl phụ thuộc vào khối lượng phân tử và hàm lượng các mắc xích dạng đien có trong mạch đại phân tử.
Cao su butyl là cao su có tính chịu nhiệt rất tốt, có tính đàn hồi tốt, bền với các tác dụng của môi trường hóa học nên thường sử dụng cho các sản phẩm chịu nhiệt như: cốt hơi, màng lưu hóa, hoặc các thiết bị chịu nhiệt, acid, chịu kiềm. Cao su butyl còn có khả năng thấm khí thấp nên thường dùng trong sản xuất săm, các sản phẩm chứa khí khác. Độ bền khí hậu của cao su butyl cao nên được sử dụng làm vật liệu bọc lót dây dẫn điện, phủ phết lên vải với các mục đích sử dụng khác nhau. Butyl còn có tính chịu va đập tốt nên thường dùng cho các sản phẩm yêu cầu chống rung cao.
Nhược điểm chính của cao su butyl là tốc độ lưu hóa chậm, chịu dầu mỡ kém, sức dính kém, không trộn lẫn được với các cao su thông dụng như cao su thiên nhiên, SBR, BR …
1.3.2.6 Cao su EPDM ( vistalon 2060 hay V26)
Cao su V26 là loại cao su tổng hợp từ ba thành phần đó là etylen (E), propylen (P), và một phần dien khác. Với cấu trúc đặc biệt bao gồm mạch thẳng no là mạch chính do sự trùng hợp của etylen và propylen (nhưng nếu tăng lượng etylen thì dễ cán luyện, ngược lại thì dễ ép đùn) nên nó giống như mạch của cao su isopren nhưng bảo hòa nên ngoài tính chất NR thì nó còn rất bền với môi trường, bền nhiệt. Đồng thời sự liên kết các đien tạo thành mạch nhánh đảm bảo khả năng liên kết mạng không gian bằng hệ thống lưu huỳnh.
V26 thường sử dụng trong săm butyl (do có mạch chính bảo hòa nên dễ hợp với butyl) để tăng độ phân tán các hóa chất trong hỗn hợp đồng thời cũng tăng tính kháng lão với môi trường và tính biến dạng nén). Tuy nhiên độ kín khí của nó không cao nên hàm lượng trong đơn không nhiều.
Ngoài ra còn có cao su tái sinh (TS1, TS2).
1.3.3. Chất lưu hóa
Cao su sống có mạch đại phân tử thẳng dễ trượt lên nhau nên tính năng đàn hồi và tính năng cơ lý thấp. Chất lưu hóa là chất dưới điều kiện lưu hóa (áp lực, nhiệt độ) tham gia phản ứng liên kết các mạch cao su để tạo thành mạng lưới không gian, thay đổi tính chất của cao su từ trạng thái biến dạng dẻo, chảy nhớt, độ bền cơ học thấp sang trạng thái biến dạng đàn hồi cao và bền dưới tác dụng của nhiệt độ. Quá trình thay đổi tính chất của vật liệu dưới tác dụng của chất lưu hóa được gọi là quá trình lưu hóa. Có nhiều chất lưu hóa tùy thuộc vào từng loại cao su, nhưng thông dụng nhất là lưu huỳnh (S).
1.3.3.1. Lưu huỳnh tan (B1)
Bột lưu huỳnh có màu vàng, dạng tinh thể hình thoi, khối lượng riêng 2,07 kg/cm3. Nhiệt độ nóng chảy là 1120C. Hàm lượng S trong hợp phần cao su thông dụng từ 2 đến 3 phần khối lượng. Để sản xuất cao su cứng thì hàm lượng S sử dụng nhiều hơn. Sự có mặt của S và các loại xúc tiến lưu hóa trong hợp phần cao su ở nhiệt độ gia công cao có thể gây ra hiên tượng tự lưu làm giảm tính chất công nghệ của vật liệu. Vì vậy S thường được đưa vào hợp phần cao su sau cùng, sau khi chất phối hợp đã được luyện đều và hợp phần cao su đã được ổn định.
Cao su là dung môi hòa tan S. Mức độ hòa tan của S vào cao su thay đổi theo nhiệt độ. Ở nhiệt độ 1400C mức độ hòa tan của S là 10%, ở nhiệt độ 250C mức độ hòa tan của S vào cao su là 2%, vì thế lượng S cao trong cao su BTP sẽ gây ra hiện tượng S khuyếch tán ra bề mặt sản phẩm làm giảm độ bền kết dính ngoại và làm bề mặt sản phẩm có màu mốc trắng (hiện tượng phun sương). Để giảm hiên tượng này cần phải tiến hành một số biện pháp sau:
- Sử dụng lượng S thấp
- Luyện hoặc gia công ở nhiệt độ thấp để giảm lượng S tan trong cao su.
- Lưu hóa sản phẩm phải đạt điểm lưu hóa tối ưu.
- Sử dụng loại S không tan.
1.3.3.2. Các chất lưu hóa khác
Se, Te không dùng vì độc tính cao.
Nhựa phenol – formandehyt dùng để lưu hóa các loại cao su không chứa hoặc chứa rất ít liên kết đôi trong mạch, đặc biệt là cao su butyl.
1.3.4. Chất xúc tiến lưu hóa
Khi lưu hóa cao su với sự có mặt của S thì thời gian lưu hóa rất lâu, sản phẩm có nhiều khuyết điểm: tính chống lão hóa kém, dễ bị phun sương, tính năng cơ lý không cao. Để hạn chế được các hiện tượng trên chất xúc tiến lưu hóa được thêm vào để hoạt hóa chất lưu hóa làm tăng tốc độ phản ứng từ đó rút ngắn thời gian lưu hóa, tăng tính năng cơ lý, hạ thấp nhiệt độ lưu hóa và hạ giá thành sản phẩm. Khi chọn chất xúc tiến lưu hóa cho một hỗn hợp cao su nào đó cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Xúc tiến lưu hóa không gây hiện tượng tự lưu cho hỗn hợp cao su trong tất cả các công đoạn sản xuất.
- Có dãi lưu hóa tối ưu rộng.
- Tăng độ chịu oxi hóa của vật liệu, chống hiện tượng lão hóa của hỗn hợp cao su.
- Không ảnh hưởng đến màu sắc của cao su màu.
- Không gây độc đối với các sản phẩm dùng trong y tế, thực phẩm, không tác hại cho con người.
- Bên cạnh đó người ta căn cứ vào từng loại su, các yêu cầu về công nghệ gia công cao su, tính năng kỹ thuật của từng loại sản phẩm mà lựa chọn chất xúc tiến lưu hóa với hàm lượng thích hợp:
+ Đối với sản phẩm dày, cần thời gian lưu hóa dài thì chọn loại xúc tiến có tác dụng chậm. Thông thường dùng loại xúc tiến guanidin hay sunfeamid.
+ Đối với sản phẩm mỏng như mặt lốp xe đạp thì người ta dùng xúc tiến nhanh như: DM, M…
+ Cao su dùng trong y học, trong thực phẩm do yêu cầu không độc, không mùi vị nên dùng xúc tiến thiuram.
+ Đối với cao su màu cần loại xúc tiến không làm biến đổi màu sắc như xúc tiến nhóm thiuram.
+ Đối với sản phẩm chịu nhiệt thường dùng xúc tiến TMTD, nhựa lưu hóa.
Thông thường người ta sử dụng hệ xúc tiến gồm hai hoặc ba loại xúc tiến nhằm nâng cao tính ưu việt của các loại xúc tiến khác nhau trong hợp phần cao su.
1.3.4.1. Xúc tiến DM (Y2): Di-2 mercaptobenzothiazol
Đây là loại xúc tiến có tác dụng nhanh, dạng hạt, màu hơi vàng, có vị đắng. Xúc tiến lưu hóa DM thường dùng phối hợp với M, TMTD. Dùng chung với D cho tác dụng lưu hóa ổn định hơn khi dùng với M (ít gây tự lưu hơn), trong cao su clopren thì DM lại có tác dụng phòng tự lưu. Có tác dụng chống lão hóa, chống mài mòn, ít ảnh hưởng đến màu sắc.
1.3.4.2. Xúc tiến M (Y1): 2-mercaptobenzothiazol
Xúc tiến M: dạng hạt, màu vàng nhạt, vị cay, là xúc tiến tác dụng nhanh. Dùng kết hợp với DM, TMTD, nếu dùng với D cho tác dụng lưu hóa rất nhanh dễ gây tự lưu. Có tác dụng chống lão hóa, chống mài mòn, ít ảnh hưởng đến màu sắc.
1.3.4.3. Xúc tiến D (Y4): NN’-diphenylguanidin
Là loại xúc tiến chậm có màu trắng, vị ngọt. Thường dùng kết hợp với DM. Loại xúc tiến này làm tăng độ cứng của cao su nhưng nếu sử dụng độc lập thì tính chống lão hóa kém, gây biến màu sản phẩm.
1.3.4.4. Xúc tiến CZ (Y6): N-xiclohexyl-2-benzothiazolsunfeamit
Là xúc tiến chậm, có dãi lưu hóa tối ưu dài nên thường dùng cho hỗn hợp lưu hóa thời gian dài, có dạng hạt, màu vàng. Loại xúc tiến này ít gây tự lưu, tạo sản phẩm có khả năng chống lại sự phá hủy do mệt mỏi và khả năng chống lão hóa nhiệt cao, không làm thay đổi màu sắc của sản phẩm màu khi lưu hóa.
1.3.4.5. Xúc tiến TMTD (Y3): tetramethylthiuramdisufit
Có màu trắng kem, là loại siêu xúc tiến, dễ gây tự lưu trong quá trình gia công. TMTD tạo hỗn hợp cao su có độ bền nhiệt cao khi dùng hàm lượng lớn. Khi dùng phối hợp với M, DM thường dùng với hàm lượng thấp 0,05 – 0,1%. Có thể dùng cho sản phẩm cao su thực phẩm.
1.3.4.6. Xúc tiến EZ: Dietyl-dithiocabanat kẽm
Dạng bột màu trắng, không độc, hoạt tính hơn thiuram, làm tăng hoạt tính nhóm thiazol. Tạo cho cao su lưu hóa có khả năng chịu nhiệt cao, là loại siêu xúc tiến, có thể lưu hóa ở nhiệt độ thấp nên thường dùng trong keo tự lưu.
1.3.5. Chất trợ xúc tiến
Là loại chất nâng cao hiệu quả của xúc tiến lưu hóa, tạo cho cao su có tính năng kỹ thuật cao hơn. Có hai loại trợ xúc tiến:
1.3.5.1. Trợ xúc tiến vô cơ
Thường sử dụng nhiều nhất là loại ZnO (A1C), đây là loại chất bột màu trắng, ít độc, không làm đổi màu cao su màu, thông dụng, giá rẻ, độ ổn định cao, không gây hiện tượng oxi hóa. Tác dụng hoạt hóa quá trình lưu hóa của ZnO còn hiệu quả hơn nếu có mặt một lượng không lớn các axit béo hữu cơ như acid stearic (A2), acid olêic… do việc tạo thành phức chất giữa ZnO, acid béo và xúc tiến lưu hóa.
Cần chú ý hàm lượng PbO vì hàm lượng PbO cao dễ gây tự lưu và làm biến màu sản phẩm do sự tạo thành PbS. Khi dùng lượng ZnO cao thì cao su có tính truyền nhiệt tốt.
1.3.5.2. Trợ xúc tiến hữu cơ (acid stearic)
Có dạng hạt hay phiến, màu vàng, mùi hắc. Ngoài tác dụng trợ xúc tiến, acid stearic có tác dụng làm mềm, phân tán than đen tạo đều kiện thuận lợi cho thao tác luyện, cán tráng, ép đùn.
1.3.6. Chất phòng tự lưu
Trong quá trình gia công cao su thường xãy ra hiện tượng tự lưu làm giảm tính chất cơ lý của cao su. Để khắc phục tình trạng nầy ta thêm vào hỗn hợp cao su chất phòng tự lưu để kéo dài thời gian vật liệu ở trạng thái chảy nhớt ở nhiệt độ gia công nhưng không làm chậm tốc độ lưu hóa và tính năng cơ lý của sản phẩm.
Thường dùng là Vulkalent G (PTL1). Vulkalent G là chất dễ phân tán, nó phân tán tốt ngay cả một lượng nhỏ, Vulkalent G không gây ảnh hưởng đến độ nhớt của cao su, không gây rổ xốp và đặc tính của quá trình lưu hóa ít ảnh hưỏng.
Vulkalent G là chất phòng tự lưu cho các loại su thông dụng như: NR, SBR, BR.
1.3.7. Chất độn
Chất độn trong cao su đóng vai trò quan trọng phụ thuộc vào yêu cầu của sản phẩm. Chất độn có thể vô cơ hoặc hữu cơ. Tùy thuộc vào bản chất của chất độn có thể tham gia vào từng hỗn hợp cao su để mang lại các tính chất sau:
- Tăng độ cứng
- Tăng lực kéo đứt nhất là đối với cao su tổng hợp
- Tăng tính mài mòn chịu nhiệt và tính năng cơ lý khác.
- Giảm tính co rút của sản phẩm sau khi lưu hóa
- Cải thiện quá trình gia công
- Ngoại quan sản phẩm đẹp và đặc biệt là hạ giá thành sản phẩm
Phụ thuộc vào ảnh hưởng của chất độn đến tính năng cơ lý của sản phẩm, chất độn được chia làm hai loại là chất độn hoạt tính và chất độn trơ. Tùy thuộc vào hàm lượng cao su mỗi loại chất độn đều có một hàm lượng sử dụng, nếu tăng lượng chất độn vượt quá giới hạn thì sẽ làm giảm tính năng cơ lý của sản phẩm do đó làm giảm khả năng sử dụng của sản phẩm. Sự phân tán tốt chất độn dẫn đến tăng tính năng cơ lý của sản phẩm, kích thước hạt chất độn hoặc diện tích bề mặt riêng của chất độn có ảnh hưởng lớn đến sự phân tán. Khi giảm kích thước độn (tăng diện tích bề mặt riêng) thì diện tích tiếp xúc của phân tử cao su và chất độn tăng lên dẫn đến sự phân tán tốt hơn. Tuy nhiên khi giảm kích thước hạt quá nhỏ sẽ dẫn đến hiện tượng vón cục chất độn làm giảm khả năng phân tán của chúng và làm giảm tính năng cơ lý của sản phẩm.
1.3.7.1. Chất độn hoạt tính (than đen)
Là chất độn khi đưa vào hỗn hợp cao su thì làm tăng tính năng cơ lý, tính năng sử dụng của sản phẩm. Độ mịn của than đen càng cao thì hoạt tính càng lớn do diện tích tiếp xúc với cao su lớn, sản phẩm có độ cứng cao và tính năng cơ lý tốt. Mỗi loại than có đặc tính tăng cường lực khác nhau, do đó tùy thuộc vào yêu cầu của từng loại sản phẩm mà chọn lựa loại than sử dụng cho phù hợp. Có nhiều loại như: N660, N550, N330, N234, N220 … trong đó chữ số thứ nhất chỉ kích cở hạt than, chỉ số thứ hai chỉ diện tích bề mặt riêng, chỉ số thứ ba chỉ độ hấp thụ dầu DBP (chỉ số càng lớn thì độ hấp thụ dầu của than càng lớn).
Căn cứ vào hoạt tính của than đen mà chia thành hai loại là than đen hoạt tính và than đen bán hoạt tính. Than đen hoạt tính có tính chống mài mòn rất tốt, tăng lực kéo đứt, độ cứng hơn loại than bán hoạt tính. Tuy nhiên than hoạt tính dễ gây tự lưu khi gia công hơn do khả năng sinh nhiệt cao hơn. Vì vậy than hoạt tính được dùng trong các sản phẩm yêu cầu tính chống mài mòn cao hoặc làm việc trong môi trường ma sát cao, than bán hoạt tính thường dùng trong các pha chế tráng vải, ép đùn săm.
+ N220: có độ xốp nhỏ, bề mặt riêng tăng nên làm tăng khả năng chịu mài mòn, khả năng sinh nhiệt thấp, độ phân tán tốt hơn N234.
+ N330: Không làm cho cao su có độ chịu mài mòn cao nên thường ít sử dụng cho mặt lốp nhưng cường lực xé rách tốt, độ bám đường tốt nên thường sử dụng cho cao su cán tráng (hoãn xung, vải mành hay hông lốp).
+ N660: hai trong các loại than đen bán bổ cường, có tính định giãn và ứng lực định giãn cao, có tính năng gia công tốt, tính đàn hồi cao, dễ phân tán trong cao su, ít biến hình, sinh nhiệt thấp.
+ N339: là loại than đen có kết cấu cao, hạt mịn, tính năng chịu mài mòn và tính năng chống đâm xuyên tương đối tốt, tính năng ép đùn tốt.
+ N375: là than đen công nghệ mới kết cấu cao, chịu mài mòn tốt, các đặc tính ứng dụng tương tự như N339.
+ N326: có kết cấu thấp chịu được mài mòn, tăng cường lực, giảm sinh nhiệt, là cho cao su có cường độ kéo giãn và cường độ xé rách tương đối cao, tính năng chịu mài mòn tốt.
+ N234: là loại than đen được sản xuất theo công nghệ mới có kết cấu cao, có tính chịu mài mòn tốt, có tính năng tăng cường lực rất tốt cho cao su, dùng cho cao su mặt lốp thì sẽ tăng tính mài mòn.
1.3.7.2. Chất độn trơ
Trong hỗn hợp cao su chất độn trơ có tác dụng làm giảm tính co rút và hạ giá thành sản phẩm. Các loại độn trơ thường hay sử dụng:
+ Cao lanh (Al2O3.2SiO2.2H2O): dạng bột có màu trắng xám đến trắng. Nó có hình dạng và kích thước khác nhau do từng nguồn nguyên liệu và cách chế biến chúng. Khó trộn với cao su. Tăng độ cứng cho cao su, làm cho sản phẩm có tính chịu dầu, chịu axit, kiềm tốt hơn.
+ CaCO3: dạng bột mịn, màu trắng với lượng dùng thích hợp sẽ làm cho hỗn hợp dễ ép đùn, cán tráng, có tính kiềm dễ gây tự lưu khi gia công. Cho sản phẩm có tính cách điện cao và ít hút nước.
1.3.8. Chất phòng lão
Quá trình lão hóa là sự thay đổi ngoại quan, tính năng cơ, lý, hóa của sản phẩm. Nguyên nhân chủ yếu của lão hóa là quá trình oxi hóa mạch cao su do tác động của oxi không khí thâm nhập vào sản phẩm trong quá trình sử dụng hoặc các tác nhân được đưa vào hợp phần cao su trong quá trình gia công như các muối hoặc oxit kim loại có hóa trị thay đổi. Lão hóa còn phụ thuộc vào bản chất của vật liệu và các tác nhân khác thúc đẩy quá trình lão hóa như: nhiệt độ, môi trường, ánh sáng và các tác nhân cơ học khác. Phụ thuộc vào các tác nhân thúc đẩy quá trình lão hóa mà người ta chia ra các loại lão hóa sau:
- Lão hóa dưới tác dụng của nhiệt độ.
- Mệt mỏi dưới tác dụng của lực cơ học.
- Oxy hóa, lão hóa dưới tác dụng của oxi.
- Lão hóa ánh sáng là lão hóa dưới tác dụng của tia cực tím.
- Lão hóa ozo là lão hóa dưới tác dụng của ozo.
- Lão hóa phóng xạ là lão hóa dưới tác dụng của tia phóng xạ
1.3.8.1. Các chất phòng lão
Thông thường các chất phòng lão được chia làm hai loại:
+ Phòng lão vật lý: Là chất phòng lão bảo vệ sự xâm nhập của oxi không khí vào trong cao su, các chất nầy ít tan trong cao su ở nhiệt độ thấp, trong khi gia công thì chúng tan vào trong cao su, khi sử dụng sản phẩm ở nhiệt đọ thấp thì chúng khuyếch tán ra bề mặt sản phẩm tạo một màng mỏng bảo vệ sự xâm nhập của oxi không khí vào sản phẩm. Tiêu biểu của nhóm phòng lão nầy là Parafin, antilux, riowax …
+ Phòng lão hóa học: Do sự hạn chế của phòng lão vật lý làm giảm sức dính, giảm độ bền và không hoàn toàn ngăn được sự phát triển của quá trình lão hóa nên các chất chống lão hóa bằng phương pháp hóa học được dùng rộng rãi hơn như: 4010NA, 4020NA, RD, SP.
1.3.8.2. Yêu cầu của chất phòng lão
Phụ thuộc vào yêu cầu sản phẩm, điều kiện sử dụng để chọn chất phòng lão thích hợp, có thể dùng một hoặc nhiều chất phối hợp. Ngoài ra việc chọn chất lão hóa cần đáp ứng được các yêu cầu sau:
- Khả năng hòa tan vào cao su: Do khả năng khuyếch tán của các chất phòng lão ra ngoài bề mặt làm giảm sức dính nên cần xác định rõ mức độ hòa tan của chúng để sử dụng lượng thích hợp.
- Mức độ bay hơi, khi nhiệt độ càng cao thì chất phòng lão bay hơi càng lớn nên lượng dùng phải nhiều hơn, phải lựa chất có nhiệt độ sôi cao hơn nhiệt độ gia công để tránh sự tạo bọt khí trong sản phẩm.
- Không gây ảnh hưởng đến các thành phần khác có trong hỗn hợp cao su, đặc biệt không ảnh hưởng đến khả năng lưu hóa của hệ thống lưu hóa.
- Ít độc hại không làm đổi màu sản phẩm.
1.3.9. Chất làm mềm
Chất làm mềm cho vào cao su không tạo ra phản ứng hóa học với các phân tử cao su mà có tác dụng làm giảm lực hút giữa các phân tử, giúp cho hỗn hợp cao su trở nên mềm và giúp hóa chất phân tán đều hơn. Ngoài ra nó còn giúp các phân tử trượt lên nhau, do đó tăng độ dẻo của hỗn hợp.
1.3.9.1. Yêu cầu kỹ thuật và kinh tế đối với chất làm mềm
-Dễ kiếm, rẻ tiền.
- Phối hợp tốt với cao su.
- Bền nhiệt, bền hóa học trong tất cả các công đoạn sản xuất và quá trình sử dụng sản phẩm.
- Không bốc hơi trong quá trình gia công và không có mùi khó chịu.
- Độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ.
- Không gây ảnh hưởng đến hoạt tính của các chất trong cao su.
1.3.9.2. Một số chất làm mềm thông dụng
Nhựa thông (M2): là chất kết tinh, màu vàng nâu nhạt, mùi nhựa cây. Có tác dụng làm mềm, giúp phân tán than đen, tăng sức dính cao su BTP. Nếu sử dụng nhiều sẽ kéo dài sự lưu hóa và làm cho sản phẩm biến mềm ở nhiệt độ cao. Ngoài ra nó cũng xúc tiến lão hóa.
Cuomaron (M1): là sản phẩm chế biến từ than đá, dạng hạt hình cầu, màu vàng sẫm. Là loại chất làm mềm có tác dụng tăng dính cao su với các vật liệu khác. Làm tăng trở kháng xé rách và trở kháng chống nứt.
Dầu hóa dẻo: làm trương nở cao su, là cho sản phẩm mềm hơn, để hóa chất phân tán vào cao su đồng đều hơn, tăng tính gia công của cao su.
Các loại dầu thường sử dụng là: Dầu F112 (O1), dầu parafin (O2), dầu DBP (O3), dầu castor (O4). Trong đó dầu parafin có tác dụng chống loang màu cho những sản phẩm cao su có nhiều màu sắc khác nhau. Độ nhớt của dầu hóa dẻo cũng ảnh hưởng mạnh đến tính chất của cao su. Khi dùng chất hóa dẻo sẽ làm tăng tính đàn hồi cho cao su lưu hóa nhưng giảm độ bền cao su. Với loại dầu có độ nhớt thấp dễ bay hơi trong quá trình luyện và lưu hóa. Khi độ nhớt tăng thì độ bền cao su tăng, nhưng khả năng sinh nhiệt cũng tăng theo. Do đó cần lựa chọn dầu thích hợp.
1.3.10. Chất hóa dẻo
Là chất được cho vào cao su để tăng nhanh độ dẻo, rút ngắn thời gian sơ luyện, giảm tiêu hao điện năng. Có hai loại:
- Nhóm làm dẻo hóa học có tác dụng cắt mạch cao su để làm tăng độ dẻo như A86, UP96 với lượng dùng thấp 0,1-0,3% và được cho vào ở giai đoạn sơ luyện. Nhược điểm của nhóm chất nầy là cần nhiệt độ gia công cao, mặt khác là do cắt mạch nên tính năng cơ lý giảm.
- Nhóm làm dẻo vật lý có tác dụng làm tăng độ dẻo cao su bằng cách làm trương mạch cao su, tăng độ trượt giữa các mạch tạo điều kiện cho phụ gia phân tán tốt trong cao su, lượng dùng 2-5%.
Ngoài ra còn có chất trợ thao tác: là chất cho vào cao su để giúp đỡ sự phân tán phụ gia đặc biệt là than đen (Strukto!WB212) hoặc có tác dụng giúp phối hợp tốt các loại su trong cùng một đơn pha chế.
1.3.11. Chất màu
Yêu cầu của chất màu:
- Không biến màu khi lưu hóa, khi gặp ánh sáng, không khí.
- Có khả năng nhuộm màu lớn.
- Không ảnh hưởng đến tính năng cơ lý của sản phẩm.
- Không độc, không phun ra bề mặt sản phẩm.
Màu đỏ: sử dụng Fe2O3, dễ làm cho cao su bị lão hóa, tăng dính với kim loại, có tác dụng bổ cường.
Màu trắng: sử dụng TiO2, ZnO, có sức nhuộm màu cao nên dùng lượng ít.
Màu vàng: Cr2O3.
1.3.12. Chất cách ly
Bột talc: 3MgO.4SiO2.H2O là dạng bột màu trắng đục, được sử dụng để làm cách ly trong các công đoạn lồng ống lõi săm, nối ống săm. Có thể sử dụng làm chất độn.
Promol: Dạng bột, màu trắng sử dụng cách ly trong cán luyện.
1.4. Giới thiệu các loại máy luyện cao
Máy cán hai trục thông thường sau này người ta dùng để xuất tấm cao su, cán những loại cao su cứng, nhà máy có quy mô nhỏ hoặc hỗn luyện cao su đặc biệt. Ví dụ như cao su màu, ebonit...
Để hỗn luyện giai đoạn đầu thì người ta thườn sử dụng máy luyện kinshoacj máy cán 4 trục phối hợp với 2 trục để xuất tấm hoặc trục vít để ép xuất sản phẩm vừa đỡ tiêu
hao năng lượng mà năng suất cao hơn nhiều.
1.4.1. Sơ luyện bằng máy luyện hở
- Máy cán hở hai trục:
Hình 1.3. Máy cán\luyện hở 2 trục
- Hai trục đặt trên bốn gối đỡ, được bôi trơn bằng hệ thống dầu bôi trơn tuần hoàn. Môtor hoạt động thông qua vành đai và hệ thống bánh răng làm quay thanh truyền, thanh truyền quay làm trục nghiền quay. Trục sau cố định, trục trước di chuyển được trong mặt phẳng nằm ngang. Hai trục rỗng ruột bằng gang, thép: có hệ thống giải nhiệt nằm trong lòng trục. Trục trước: trục ở phía công nhân thao tác thông thường là trục chậm
- Hai tấm chắn hình chữ V ở trên phía hai đầu của hai trục ngăn chặn nguyên liệu không rơi vào các đầu trục. Hệ thống thắng từ và các công tắc an toàn để ngừng máy khẩn cấp khi gặp sự cố.
- Bộ phần điều chỉnh cự ly của 2 trục thao tác bằng tay, để diều chỉnh độ dày mỏng cao su và khi cao su ngoạm chất độn.
- Bộ phận điều chỉnh tỉ tốc 2 trục: là độ lệch của tốc độ quay của trục 1 và trục 2. Ví dụ tỉ tốc 1:1,08.
- Bộ phận giải nhiệt: để khống chế nhiệt độ không để trục nóng quá có thể làm cao su tự lưu trên máy.
- Bộ đảo dùng đề sản xuất cao su dạng tấm, xuất băng cao su.
- Khối lượng mẻ luyện phụ thuộc vào đường kính và chiều dài trục.
Bộ phận cơ bản của máy cán là trục cán vì các bộ phận khác đều hoạt động với mục đích là làm cho trục cán hoạt động. Cấu trúc của trục cán: các trục cán được đặt trong một khung cứng, song song và quay trong các ổ lăn, như vậy mới có thể đạt độ chính xác phù hợp. Các trục cán đều cách nhau một khoảng cách (khoảng cách đó phải được xác định chính xác). Ở mỗi đầu trục là hệ thống cung cấp chất lỏng gia nhiệt, bên cạnh đó là hệ thống mô tơ điện một chiều làm quay trục cán. Trục cán chịu tải trọng uốn lớn do đó chúng cần thiết phải có sự đàn hồi và vỏ cứng. Mặt khác cũng cần phải tạo cho chúng bề mặt có độ bền mỏi tốt. Trục cán phần lớn được chế tạo bằng thép đúc hoặc thép được tôi bề mặt để chịu độ uốn lớn.
- Ưu điểm của máy luyện hở:
- Linh hoạt, phù hợp với sản xuất nhỏ.
- Chấp nhận nhiều dạng đầu vào: khối, tấm…
- Khuyết điểm:
- Thời gian luyện dài, năng suất thấp.
- Chất lượng các mẻ luyện không đều, phụ thuộc vào tay nghề công nhân.
1.4.2.
Sơ luyện bằng máy luyện kín
Hình 1.4. Máy luyện kín
- Máy luyện kín: ít hao năng lượng, hiệu quả từ (160 – 190 độ C / 3 – 4 phút).
- Phần nạp liệu gồm phễu nạp liệu và xilanh khí dùng để đẩy vật liệu xuống buồng luyện.
- Buồng luyện được chế tạo từ hai xi lanh hình trụ hở mà trong mỗi xilanh có roto hình ovan quay hướng vào nhau với vận tốc rất lớn 40 vòng/phút.
- Phần động lực gồm động cơ điện với hệ thống giảm tốc truyền chuyển động đến roto.
- Mỗi roto có hai bờ nửa vòng răng có chiều tiến ngược nhau để đẩy nguyên vật liệu vào khu nhào luyện ở giữa buồng luyện.
- Để tăng biến dạng trượt theo các hướng khác nhau, tức khả năng nhào luyện của máy thì các bờ nửa vòng răng được sắp xếp với góc nghiêng khác nhau.
- Một trong hai bờ tạo góc nghiêng với trục roto một góc 300 vì vậy chiều dài của bờ này dài hơn bờ kia tạo góc nghiêng với trục roto la 45 độ.
- Khoảng cách khe hở giữa bờ và thành buồng luyện là 1,5mm. Khe hở giữa các roto nhỏ hơn 5-6mm. Tỷ tốc của máy luyện kín thường dùng là 1:1,18 đến 1:1,12.
- Sơ luyện cao su bằng máy luyện kín là quá trình hóa dẻo cao su được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy có công suất tiêu thụ lớn.
- Máy luyện kín có cấu tạo từ buồng nghiền trộn mà trong đó nguyên vật liệu được khấy trộn, cắt xé và biến dạng bỡi lực cơ học do các roto hình ô – van tạo nên.
- Sơ luyện cao su bằng máy luyện kín với vận tốc quay của roto là 40 vòng/phút và hệ số dồn đầy lớn do tải trọng khoang trên tạo nên, do đó mà nhiệt độ của vật liệu tăng lên cao (140 – 1800oC).
- Trong trường hợp này độ dẻo của cao su được tăng lên chủ yếu do quá trình oxi hóa nhiệt mạch đại phân tử.
- Các quá trình oxi hóa này được tăng cường bằng các ứng suất cơ học.
- Máy luyện kín có vận tốc quay rất lớn nên nó ít được sử dụng để hóa dẻo các loại cao su có độ phân cực lớn (độ cứng cao) như cao su butaddien- nitryl, butadien-styren.
- Thường tiến hành liên tục với quá trình hỗn luyện.
- Ưu điểm của máy luyện kín:
- Thời gian luyện nhanh, năng suất cao.
- Không phụ thuộc vào tay nghề công nhân.
- Sạch, ít bụi.
- Khuyết điểm:
- Nhiệt độ luyện tăng nhanh -> cần có hệ thống làm nguội tốt.
- Chi phí đầu tư cao.
1.4.3.
Sơ luyện bằng máy luyện trục vít
Hình 1.5. Máy luyện trục vis
- Máy trục vít: dùng để ép đùn thành hình sản phẩm sau khi hỗn luyện giai đoạn đầu xong, sử dụng rộng rãi cho các xí nghiệp có công suất tiêu thụ cao su lớn quá trình liên tục và thời gian lưu của vật liệu trong máy không lớn như ở các phương pháp gia công trên máy cán. Thường dùng để sản xuất ruột bánh xe hai bánh...
- Bộ phận chính của máy (phần làm việc của máy ) được cấu tạo từ xilanh và một vít xoắn có bước răng thay đổi quay trong xilanh với vận tốc khoảng 20 – 25 (vòng /phút) phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ.
- Để duy trì chế độ nhiệt cho quá trình gia công ở vỏ máy xung quanh xilanh của vít xoắn có những khoang thông nhau mà qua khoang này chất lỏng được đưa vào để làm lạnh và hơi nước được chảy qua nếu cần gia nhiệt.
- Phụ thuộc vào cấu tạo của máy sơ luyện trục vít nó được chia làm các loại khác nhau: máy sơ luyện trục vít một giai đoạn với một trục vít, máy sơ luyện trục vít hai giai đoạn với hai trục vít.
- Phụ thuộc vào cách sắp xếp của xilanh vít xoắn mà máy trục vít được phân thành máy trục vít song song và máy trục vít nối tiếp.
- Hóa dẻo cao su trên máy trục vít là kết quả tác dụng của những biến dạng trượt xuất hiện trong cao su theo chiều trục vít và lực ma sát giữa cao su với thành xilanh giữa cao su và bề mặt của vít xoắn.
- Sự vận chuyển cao su ở các điểm trong khoảng khe hở giữa trục vít và thành xilanh khác nhau về hướng cũng như vận tốc.
- Lớp mỏng sát với thành xilanh cao su có chiều quay cùng chiều với trục vít nhưng ngược chiều với phần nguyên vật liệu nằm sát trục vít vì có sư chảy vật liệu hướng khác nhau, như vậy nên ở trước mỗi răng của trục vít xuất hiện các vùng xoắn và xé nguyên vật liệu làm đứt mạch đại phân tử
- Với sự xuất hiện các góc cacbuahydro tự do khối cao su sẽ làm cho khối cao su nóng lên do lực ma sát giữa cao su với bề mặt thiết bị.
- Ưu điểm của máy luyện hở:
- Năng suất cao, tiết kiệm năng lượng.
- Dễ dàng tối ưu hóa, tự động hóa quy trình.
- Lực cắt và nhiệt đồng đều.
- Khuyết điểm:
- Chi phí đầu tư cao.
- Phát sinh nhiều nhiệt.
1.5. Kết luận
Qua quá trình tìm hiểu và nhận thấy nhu cầu từ thực tế sản xuất, có thể xác định quá trình sơ luyện cao su là một quá trình hết sức cơ bản và cần thiết trong chế biến cao su. Đặc biệt với quy mô sản xuất nhỏ lẻ như ở nước ta hiện nay, việc sử dụng máy cán/ luyện 2 trục vẫn là giải pháp kinh tế và mang lại năng suất cao. Cùng với nhu cầu thị trường và khả năng chế tạo hiện có thì máy luyện hở 2 trục có bộ đảo vẫn là lựa chọn phù hợp nhất.
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY LUYỆN CAO SU DẠNG HỞ CÓ BỘ ĐẢO ĐH Bách Khoa
2.1. Cơ sở lý thuyết
2.1.1. Quá trình cán luyện
- Cán thông: Cán thông là quá trình tác động cơ làm cho vật liệu co dãn.
- Cán sơ luyện: Là bước đầu tiên của quá trình cán trộn.
Mục đích:
- Biến cao su từ dạng đàn hồi cao sang trạng thái dẻo tuơng đối.
- Giảm sức căng bề mặt cao su, cao su có khả năng phối trộn với các chất phụ gia.
- Độ dẻo quá cao -> cường lực độ kéo giãn, độ cứng, độ kháng mòn iến hình khi đứt tăng lên. Sản phẩm dễ bị bọt khí, rỗ mặt…
- Cần thiết cho CSTN (độ dẻo không đồng đều) hay cao su phối trộn.
Nguyên lý: dưới tác động của sự cắt cơ học các phân tử hydro cacbon sẽ bị cắt ngắn, các hạt cao su lớn vỡ ra => độ dẻo tăng => chúng trở thành hệ keo sẵn sàng ngậm chất độn và phụ gia khác.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sơ luyện:
- Môi trường: oxy
- Nhiệt độ:
+ 20OC – 40OC là tốt nhất (dẻo hóa do cơ học)
+ 40OC – 115OC hiệu quả giảm dần.
+ 115OC – 1200OC: hiệu quả kém ( các dây phân tử nở ra, trượt lên nhau
=> hết tác dụng dẻo hóa do cơ học.
+ > 1200OC : oxy hóa mạnh , độ dẻo tăng nhanh, độ bền cơ giảm.
Cán sơ luyện là quá trình dưới tác dụng lực cơ học và sự tác dụng của cao su với không khí làm phá vỡ các phân tử cao su, làm cao su từ ở trạng thái mềm cao sang trạng thái dẻo cho đến khi cao su ôm trục, vì lúc này cao su đã đạt được độ dẻo cần thiết. Ngoài ra mục đích của cán sơ luyện là làm tăng khả năng hấp thụ các chất phụ gia và tạo điều kiện gia công các công đoạn sau dễ dàng hơn, đồng thời độ nhớt và độ biến dạng đàn hồi giảm.
- Cán hỗn luyện: Là giai đoạn tiếp theo của sơ luyện, các phụ gia cần thiết được đưa vào cao su đã qua sơ luyện và đạt được độ dẻo mong muốn. Mục đích của hổn luyện là các phụ gia phải phân tán đều trong cao su tạo thành một hỗn hợp đồng nhất, ảnh hưởng đến tính năng cơ lý của sản phẩm.
Các phụ gia gồm: chất xúc tiến, chất trợ xúc tiến, chất hóa dẻo, chất độn, chất phòng lão, chất lưu hóa,…
Yêu cầu: phân tán thật đều chất độn, phụ gia, hoa chất ( tính thấm của cao su và phụ gia, tính vón cục, độ mịn, thứ tự bổ sung phụ gia,…) và tránh giảm cấp cao su quá nhiều dẫn đến suy thoái.
Các yếu tố ảnh hưởng:
- Bản chất cao su: phân cực, không phân cực,…
- Độ dẻo của cao su sau sơ luyện.
- Khả năng phân tán hóa chất, phụ gia, chất độn,…
- Thứ tự bổ sung phụ gia ( chất khó phân tán vào trước, phòng lão vào trước, lượng ít vào trước (xúc tiến, tạo xốp, …), chất làm mềm, chất lưu hóa sau cùng.
- Nhiệt độ hỗn luyện.
Thứ tự cho phụ gia:
- Chất pepti được cho vào trước tiên.
- Chất độn.
- Chất hóa dẻo để điều chỉnh độ nhớt của hỗn hợp cho thích hợp với việc phân tán chất độn.
- Chất tăng hoạt, chất phòng lão.
- Hệ lưu hóa.
- Cán cắt đảo 3 phần 4: cắt ¾ chuyển mặt ngoài vào trong để hóa chất được đưa vào nhanh chóng. Phản ứng oxi hóa xảy ra làm cho mạch cacbon bi cắt đứt do nối đôi bị phân hủy dưới tác dụng của oxi trong không khí. Phản ứng oxi hóa càng lớn nếu quá trình xảy ra càng lâu
- Cán đổi đầu: Kéo cao su ra, cuộn tròn lại, đổi đầu cho vào lại máy cán, mục đích để phân bố hóa chất tốt hơn.
- Xuất tấm: Xuất tấm theo chiều của phản ứng để giữ cơ tính sản phẩm được tốt, sản phẩm phải dày hơn 0.5 – 1mm so với yêu cầu vì khi ép xuống thì cao su được điền khắp khuôn, cao su chảy tràn ra và đuổi hết bọt khí khỏi cao su.
2.1.2. Các nguyên tắc chung khi hỗn luyện
Qui trình luyện trên máy luyện hở phải tuân thủ theo các qui trình kỹ thuật sau
+ Nhiệt độ trục luyện:
Trục trước : 55 ¸ 650C.
Trục sau : 50 ¸ 550C.
+ Nhiệt độ cao su ra khoảng 60-900C
+ Cự ly trục luyện khoảng: 10 ¸ 12 (mm).
Cao su sau khi luyện trên máy luyện kín xong được chuyển qua máy luyện hở, để tiếp tục luyện và xuất dãi. Trong quá trình luyện để cho phụ gia phân tán tốt và cao su mau đạt độ dẻo thì cho cao su qua trục đảo để tiến hành đảo su. Sau khi su đã bám trục và láng mặt thì tiến hành cắt su xuất tấm (lấy mẫu kiểm tra) cho qua dung dịch cách ly và dàn làm mát.
Trong quá trình thao tác cần chú ý: phải quét hết hoá chất và su rơi bỏ lại lên khe trục luyện để luyện, tuyệt đối không còn để xót lại hoá chất và cao su rơi vãi. Khi thấy cao su nóng bất thường trong quá trình luyện thì cần phải chú ý đến nước làm mát trục. Cao su sau khi được làm mát để hạ nhiệt độ gần bằng nhiệt độ môi trường mới tiến hành chấn cao su và nhập kho, vì nếu cao su không được làm mát khi nhập kho sẽ gây ra hiện tượng bán lưu và thời gian lưu hoá sẽ ngắn lại làm ảnh hưởng đến quá trình gia công và chất lượng sản phẩm.
2.2. Nguyên lý hoạt động
2.2.1.
Sơ đồ nguyên lý
Hình 2. 6. Sơ đồ nguyên lý máy luyện hở 2 trục có bộ đảo.
- Động cơ
- Bộ truyền đai
- Hộp giảm tốc
- Bộ truyền bánh răng truyền động trục cán
- Trục cán bộ đảo
- Tay đảo
- Bộ truyền bánh răng trục cán
- Trục cán
2.2.2. Nguyên lý
Hình 2. 7. Quá trình luyện cao su
Máy có 2 bộ phận chính gồm: bộ phận cán và bộ đảo.
Bộ phận cán: quá trình cán tạo ra lực cắt xé cơ học, lực này làm các phân tử carbon hydro sẽ cắt ngắn, các hạt cao su lớn vỡ ra → độ dẻo tăng → chúng trở thành hệ keo sẵn sàng ngậm chất độn và phụ gia khác. Motor hoạt động thông làm quay bộ truyền đai và hệ thống bánh răng. Hệ thống bánh răng gắn trên trục cán làm trục quay.
Bộ phận đảo: chủ yếu dùng đề sản xuất cao su dạng tấm, xuất băng cao su. Bộ đảo gồm tay đảo chuyển động tịnh tiến bằng bộ truyền vít me đai ốc và 2 rulô. Motor truyền động cho bánh răng qua nối trục, từ bánh răng quay làm quay trục vít đồng thời quay rulô cán.
2.3. Phân tích chọn chuyển động tịnh tiến của bộ đảo
2.3.1.
Chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh thủy lực.
Hình 2. 8. Chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh thủy lực.
Đặc điểm: một hệ truyền động thủy lực có 4 phần chính gồm bộ nguồn, hệ thống ống dẫn, hệ thống van, cơ cấu chấp hành. Bộ truyền thủy lực dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, dễ dàng phòng tránh quá tải nhờ van an toàn, vận hành êm ái ít tiếng ồn, ít đòi hỏi chăm sóc bảo dưỡng.
Hạn chế: các thiết bị như van tiết lưu, van phân phối, van an toàn khá phức tạp, giá thành cao nên ảnh hưởng đến tính kinh tế. Phải đảm bảo khi làm việc không có dầu thủy lực rò rỉ vào cao su làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
2.3.2.
Chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh khí nén.
Hình 2. 9. Chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh khí nén.
Đặc điểm: Hệ thống truyền động bằng khí nén có chi phí thấp, có độ an toàn cao trong môi trường làm việc nhiệt độ cao như trên máy cán luyện, tuổi thọ cao, độ bền cao,
Hạn chế: kích thước hệ thống xy lanh khí nén dùng làm bộ đảo lớn, gây cồng kềnh cho máy, máy nén và khí thoát ra gây tiếng ồn.
2.3.3. Chuyển động tịnh tiến nhờ bộ truyền vít me.
Hình 2. 10. Chuyển động tịnh tiến nhờ vít me.
Đặc điểm: khi truyền động, trục vít quay làm cho đai ốc cùng bộ đảo gắn trên đai ốc chuyển động tịnh tiến. Bộ truyền có thiết kế nhỏ gọn, lắp ráp đơn giản, tiếng ồn khi vận hành rất thấp, tuổi bền cao, ít phải bảo dưỡng sửa chữa.
Hạn chế: cần độ chính xác tương đối nên chế tạo khó khăn và giá thành cao.
2.4. Kết luận
Từ ba phương án trên ta thấy để đáp ứng điều kiện kỹ thuật và đảm bảo sự tinh gọn của hệ thống thì sử dụng bộ truyền vít me đai ốc cho chuyển động tịnh tiến của bộ đảo là phù hợp nhất.
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY
3.1. Tính toán lực tác dụng lên trục cán MÁY LUYỆN CAO SU DẠNG HỞ CÓ BỘ ĐẢO ĐH Bách Khoa
3.3.1. Cơ chế của quá trình cán
Trong quá trình cán tráng dưới tác dụng của lực đàn hồi của cao su, giữa các
trục xuất hiện lực đẩy tách các trục ra. Giá trị lực đẩy tách phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau có thể xác định bằng phương trình thực nghiệm:
Px = C(107 – 54,5δ + 0,1n + 0,17G + 0,3η) (3. 1)
Trong đó:
δ – khoảng cách giữa các trục cán (m).
n – vận tốc quay của trục cán (vòng/phút).
G – khối lượng vật liệu trên trục cán.
η – Độ nhớt Mooney của hỗn hợp cao su được xác định ở 100oC.
C – tỷ trọng thành phần hỗn hợp.
Đối với hỗn hợp cao su lưu hóa cần có tỷ trọng C = 1,1–1,2; độ nhớt Mooney η = 60, tốc độ trục trước từ 15–25 vòng/phút. Khối lượng cao su nguyên liệu từ 25–35kg, khoảng cách trục 410mm.
Px = C(107 – 54,5.0,41 + 0,1.15 + 0,17.35 + 0,3.60) = 110,605 (kN) (3. 2)
3.3.2. Phân tích lực
Để trục quay được, momen M phải lớn hơn tổng các momen cản, ta có:
M > F (3. 3)
Hay F > Px + 2.Fms (3. 4)
Lực ma sát: Fms = K.N (3. 5)
Trong đó: - K: hệ số ma sát, chọn K = 0,1.
3.2. Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền MÁY LUYỆN CAO SU DẠNG HỞ CÓ BỘ ĐẢO ĐH Bách Khoa
3.2.1. Chọn công suất động cơ
Để chọn công suất động cơ ta tính công suất cần thiết.
(3. 6)
Trong đó:
+ h: hiệu suất của bộ truyền
(3. 7)
= 0,99.0,993.0,972.0,95
= 0,859
Trong đó, theo bảng 2.3 tài liệu [1]
- hK : hiệu suất nối trục di động
- hol : hiệu suất 1 cặp ổ lăn
- hbr : hiệu suất 1 cặp bánh răng trong hộp giảm tốc
- hđ : hiệu suất bộ truyền đai
Chọn v = 19 m/phút
® (3. 8)
Vậy Pđc ³ 40,799 kW, chọn
mô tơ điện 45kW 60hp VIHEM tốc độ 1480 r/min 4p.
Hình 3. 5. Thông số mô tơ điện.
|
THÔNG SỐ KỸ THUẬT |
KÍCH THƯỚC LẮP ĐẶT ( mm ) |
...
KM1, KA2, KM2 mất điện, hệ thống ngừng hoạt động.
4.1. Hệ thống cấp nước giải nhiệt
Đối với máy luyện hở hai trục, nhiệt độ trục máy giữ tốt nhất là 60-70oC bởi công suất tiêu thụ thấp, người đứng máy dễ làm việc, khó xảy ra lưu hóa sớm, khi hỗn hợp có luu huỳnh và chất gia tốc lưu hóa.
Ta có thể nghĩ nhiệt độ càng cao, sự hóa dẻo càng có hiệu quả. Nhưng vào năm 1938, Busse và Cunningham chứng minh cao su nhồi ở nhiệt độ thay đổi giữa 70oC và 170oC cùng một thời gian nhất định, độ dẻo sau cùng không phải là hàm số đồng biến theo nhiệt độ: nhiệt độ tăng, tốc độ hóa dẻo trước hết sẽ giảm xuống cực tiểu ở 120oC, sau đó tốc độ hóa dẻo lại tăng nhanh. Từ vị trí cực tiểu này, ngày nay ta phân biệt sự hóa dẻo cơ học “nguội” và “nóng”. Trong hóa dẻo cơ học nguội hay nhồi cán nguội, nhiệt độ khoảng 60-70oC, công suất ở mức tối thiểu, do đó người ta thích hóa dẻo cao su ở nhiệt độ này cho máy nhồi hở. (Vừa tránh hiện tượng “chết trên máy” cho hỗn hợp có dùng chất xúc tiến cực nhanh và giúp công nhân đứng máy dễ thao tác khi đến giai đoạn hỗn luyện.)
Nhiệt độ có tầm ảnh hưởng quan trọng đến quá trình cán luyện như sau:
- 200C- 400C: tốt nhất (dẻo hóa do cơ học).
- 400C – 1150C: hiệu quả giảm dần.
- 1150C – 12000C: hiệu quả kém (các dây phân tử nở ra → trượt lên nhau → hết tác dụng dẻo hóa do cơ học →độ dẻo giảm)
- 12000C: oxy hóa mạnh → độ dẻo tăng nhanh → độ bền cơ giảm.
Van cấp nước dùng cấp nước giải nhiệt để khống chế nhiệt độ không để trục nóng quá có thể làm cao su tự lưu trên máy.
Hình 4. 4. Van cấp nước giải nhiệt.
CHƯƠNG 5: VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG
5.1. Vận hành MÁY LUYỆN CAO SU DẠNG HỞ CÓ BỘ ĐẢO ĐH Bách Khoa
Trước khi vận hành người công nhân phải kiểm tra toàn bộ máy:
- Kiểm tra bộ phận truyền động, nước giải nhiệt trong trục cán có đảm bảo hay không.
- Kiểm tra nắp chắn, bôi trơn các ổ đỡ.
- Kiểm tra điều chỉnh khoảng cách trục cán phù hợp với từng quá trình cán luyện.
- Kiểm tra hệ thống điện, cho máy chạy thử kiểm tra độ ồn, kiểm tra các nút nhấn điều khiển, dừng khẩn cấp.
Trong khi vận hành người công nhân phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Biết rõ các chức năng và thao tác trên máy một cách thành thạo.
- Mang găng tay bảo hộ, quần áo gọn gàng tránh trường hợp bị cuốn vào khe cán của máy cán.
- Nếu cao su dính vào trục cán, người vận hành phải dùng dao cắt và kéo nó ra khỏi trục.
- Điều kiện làm việc phải gọn gàng, sạch sẽ, bố trí các túi chất độn, phụ gia hợp lý tạo điều kiện cho việc thao tác dễ dàng, nhanh chóng và thuận tiện.
- Công nhân vận hành phải nắm được các tính chất cơ bản của phôi liệu, chú ý trình tự và liều lượng các chất độn, chất phụ gia cho vào trong quá trình cán luyện.
- Chú ý độ rung hay tiếng kêu khác thường khi vận hành.
Sau khi làm việc:
- Giữ cho bề mặt trục cán sạch sẽ, loại bỏ cao su còn lưu trên trục cán nếu có.
- Làm vệ sinh xung quanh khu vực máy gọn gàng.
- Tắt cầu dao điện để tránh các sự cố về điện.
5.2. Bảo dưỡng MÁY LUYỆN CAO SU DẠNG HỞ CÓ BỘ ĐẢO
Bảo dưỡng theo định kỳ các bộ phận truyền động quay của máy, bộ truyền động bánh răng ngoài, ổ lăn, bạc lót gối đỡ được bôi trơn bằng mỡ. Trong hộp giảm tốc các bộ truyền được bôi trơn bằng dầu và kiểm tra mức dầu, chất lượng dầu bôi trơn để đảm bảo tuổi thọ của máy.
|
Sự cố |
Nguyên nhân |
Xử lý |
|
Nhiệt độ của ổ đỡ vượt quá giá trị cho phép. |
Bôi trơn không tốt. |
Kiểm tra, vệ sinh ổ đỡ và thay mỡ mới nếu cần thiết. |
|
Dây đai bị xoắn |
Dây đai bị mòn |
Thay dây đai mới |
|
Có vật lạ nằm trong rãnh bánh đai |
Dọn sạch vật lạ và thêm hệ thống che chắn |
|
|
Xuất hiện tiếng kêu lạ |
Có vật lạ trong hỗn hợp cao su |
Dừng máy ngay và loại bỏ vật lạ trong hỗn hợp hỗn luyện |
|
Sự ăn khớp của bánh răng không đều |
Dừng máy và điều chỉnh lại khoảng cách |
Bảng 5. 2. Bảng một số sự cố và cách khắc phục.
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
vKết quả đạt được:
Sau 6 tháng thực tập và làm luận văn tốt nghiệp, các nhiệm vụ đề ra ban đầu đối với đề tài cũng đã được hoàn thành tương đối tốt. Một số kết quả đạt đươc:
- Hoàn thành luận văn đúng thời hạn và đạt yêu cầu.
- Biết và hiểu được nguyên lý của quá trình luyện cao su.
- Có được cái nhìn tổng quan về các loại máy luyện cao su hiện có trên thị trường.
- Ứng dụng được các kiến thức về dẫn động cơ khí, sức bền vật liệu, dung sai và rất nhiều môn học khác vào trong quá trình làm luận văn.
- Ứng dụng phần mềm thiết kế để tạo mô hình 3D.
vNhững hạn chế và thiếu sót:
- Chưa tính toán thực sự đầy đủ và chi tiết các bộ phận của máy luyện cao su.
- Chưa ứng dụng phần mềm vào tính toán lực tác dụng lên trục cán, trục vít.
- Chưa biết các mô phỏng quá trình cán luyện cao su trên các phần mềm đồ họa.
vHướng phát triển của đề tài LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY LUYỆN CAO SU DẠNG HỞ CÓ BỘ ĐẢO ĐH Bách Khoa:
- Có thể dùng motor hoặc các cơ cấu thích hợp để điều chỉnh khoảng cách trục cán théo ý muốn với dộ chính xác cao hơn.
- Thiết kế hệ thống dây chuyền cấp và lấy cao su tự động.
Dù đã cố gắng rất nhiều trong quá trình tính toán và thiết kế Máy luyên cao su dạng hở có bộ đảo. Tuy nhiên với sự hạn chế về mặt thời gian và kiến thức, luận văn không thể trách khỏi còn nhiều thiếu xót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến và tận tình chỉ bảo của quý thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn !
