Способ получения резинового рукава

Авторы патента:

F16L11/08B29L23 - Шланги, т.е. гибкие трубы (опоры для труб, шлангов, кабелей или защитных кожухов между относительно подвижными точками F16L 3/01; шланги пылесосов A47L 9/24)

B29D23 - Изготовление трубчатых изделий (B29D 24/00 имеет преимущество)

B29C47/20 - с кольцевым отверстием, например для трубчатых изделий

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

COUIW

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕЮ"У (21) 2387214/23-05 (22) 23.07.76 (31) 599115 (32} 25.07 75 (33) США

° ° °

46) 23.08.83. Бюл. 9 31

72) Лойд Арнольд Гетлер и Артур

Джеймс Лэмбрайт (США ) (71) Монсанто Компани (CttlA ) (53) 678 029.5з677(088.8) (56) 1. Патент СССР.В 685139, кЛ В 28 0 23/00, 1973 (прототип ). (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЗИНОВОГО

РУКАВА экструзией резиновой смесй, „„SU„,3 037844 A

З511 с 08 у 5/00, в 29 о- 23/08 включающей 5-75 вес.Ф волокнистого целлюлозного наполннтеля, через кольцевой канал с переменным сечением мундштука, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения вспучивания рукава в радиальном на. правлении, резиновую смесь экструдируют через кольцевой канал при отношении площади сечения канала на выходе и входе 2,7-7,6, ширины канала на выходе и входе 1-6 и средне:го радиуса на выходе и входе канала

0,828-1,33 при отношении ширины канала и среднего радиуса 2-7,33..

1037844

Изобретение относится.к резиновой промышленности, в частности к способам получения резиновых рукавов.

Известен способ получения резинового рукава экструзией резиновой смеси, включающей 5-75 вес.% волокнистого целлюлозного наполнителя, через кольцевой канал с переменным сечением мундштука (.1 .

Рукав, полученный данным способом, имеет большое вспучивание s !О радиальном направлении.

Цель изобретения - снижение вспучивания рукава в радиальном направлении.

ПоставЛенная цель достигается тем, 5 что согласно способу получения резинового рукава экструзией резиновой смеси, включающей 5-75 вес.Ъ волокнистого целлюлозного наполнителя, через кольцевой канал с переменным сечением мундштука, резиновую смесь экструдируют через кольцевой канал при отношении площади сечения канала на выходе и входе 2,7-7,6, ширины канала на выходе и входе 1-6 и среднего радиуса на выходе и входе канала 0,828-1,33 при отношении ширины канала и среднего радиуса

8-7,33.

Виды используемых мундштуков и характер распределения волокна изоб- ЗО ражены на фиг. 1-6.

На фиг. 1 изображен рукав 1 с удаленной одной частью, при этом рукав армирован волокнами 2, ориенти,рованными в радиальном направлении. 35

Радиальное направление волокон илюст" рируется в поперечном сечении на конце рукава 1 посредством волокон

2, центрированных таким образом, то они указывают на ось симметрии рукава. В части рукава 1, где одна часть удалена, видны только концы волокон 2 (или их поперечное сечение j.

На фиг. 2 изображен рукав 3 с 45 волокнами 4,:ориентированными в осевом направлении, причем волокна центрированы в .основном параллельно оси симметрии рукава. В поперечном сечении на конце рукава 3 видны только концы волокон 4 или их поперечные сечения, в та время как в отрезке рукава 3, где одна часть удалены, видна в основном вся длина волокон 4.

На фиг. 3 изображен рукав 5 с волокнами 6, ориентированными в окружном направлении относительно оси рукава. При окружной ориентации волокна б центрированы в направлении окружности рукава так, что на 60 конце поперечного сечения рукава 5 л на участке рукава 5, где одна ласть удалена, видна в основном вся лина волокон б. Кроме того, на иг. 3 обозначены 7 вид волокна в продольном разрезе рукава, 8 вид волокна в поперечном разрезе рукава и 9 наружная и внутренняя стенки рукава.

Естественно, что фиг. 1, 2 и 3 являются идеальными изображениями.

Целый ряд волокон отклоняется от какой-то определенный ориентации, так что все три типа ориентации сосуществуют, причем один вид, как правило, превалирует.

Осевой ориентации, изображенной на фиг. 2, можно достичь путем экструзии матрицы, содержащей карат кие волокна, через мундштук с каналом одинаковой или же уменьшающейся ширины и в основном параллельным направлению экструзии. Однако некоторое количество волокон может быть ориентировано и в двух других направлениях. Окружной ориентации, изображенной на фиг. 3, можно.до« стичь путем экструзии матрицы, содержащей короткие волокна через мундштук с каналом, обе стенки кота рого дивергируют относительно оси в наружном направлении. Радиальной ориентации, изображенной на фиг.1, достигают экструзией матрицы, содер . жащей короткие волокна через мундштуки .(фиг. 4,5 и б ).

На фиг. 4 изображен мундштук, включающий рукавный дорн 10 с поверхностью 14 и внешним элементом

11 с внутренней стенкой 13. Поверхность 14 и внутренняя стенка 13 образуют канал,12. Порог 16 высоты h и ширины чч простирается от внешного элемента 11. Высота п может быть разной в зависимости от желательного соотношения поверхности выхода иэ канала и поверхности входа в канал. Ширина М порога 16 не является критической, она может быть небоЛьшой, например 0,1 ми или еще меньше, или же большой, например несколько сантиметров и выае.

Углы между стенками порога 16 и элементом 11 могут быть разными (угол стенки порога вверх по течению обозначен с, а угол стенки порога вниз по течению вЂ 6 . Если .

9 имеет большое значение, например около 30-90, стенка вниз по течению порога 16 простирается к выходу на небольшое расстояние или же вообще не простирается, причем внутренняя стенка 13 в основном оотается параллельной относительно оси симметрии мундштука. Однако если 8 имеет небольшое значение, например менее 25О (приблиэительно ), стенка вниз по течению, порога 16 становится относительно длинной и представляет собой внутреннюю стенку 13, которая дивергирует относительно оси мундштука. Если внутренняя стенка 13 дивергирует относительно

1037844 оси, то часть 13 находится недалеко от выхода .15, предпочтительно, остается паралл".льно оси мундштука, образующей язычок 18. Поверхность

14 и верхний конец порога 16 образуют проход 17, отличающийся меньшим поперечным сечением, чем выход

15. Направление экструзии слево направо. Через проход 17 подается состав, из выхода 15 выходит экстру; дат, содержащий ориентированные во- !О локна, резиновая смесь 19.

На фиг. 5 изображен мундштук, включающий рукавный дорн 20 с поверхностью 24 и внешним элементом

21 с внутренней стенкой 23. Поверх- )5 ности 24, и внутренняя стенка 23 образуют канал 22. Порог 26 высоты и ширины Ф простирается от дорна 20. Назначение углов между стенками порога 16 и дорном 20 анало-. гично. фиг. 4. Если 8 имеет большое значение, внутренняя стенка 24 в основном параллельна оси симметрии мундштука. Если 8 небольшого значения, стенка вниз по течению порога 26 становится-поверхностью

24, конвергирующей к оси мундштука.

Если поверхность 24 конвергирует к оси, часть 24 предпочтительно остается параллельной оси, образующей.язычок 28. По желанию язычок

28 может быть предусмотрен для умеренного сужения ширины канала 22, как изображено линиями на конце дорна 20. Внутренняя стенка 23 и верхушка порога 26 образуют вход 27, отличающийся поверхностью в сравне-. нии с выходом 25. На фиг. 5 изображена резиновая смесь 29.

На фиг..6 изображен мундштук 30 с поверхностью 37, конвергирующей 40 к оси, и поверхностью 34, в основном, параллельной оси, и внешним элементом 31 с внутренней стенкой

35, дивергирукщей от оси, н внутренней стенкой 33, в основном параллельной оси. Внутренняя стенка 35и поверхность 37 образуют канал 32, включающая язычок мундштука. Внутренняя стенка .39 внешнего элемента

31 и поверхность 40 дорна 30 образуют вход 38. Состав пропускается через вход 38, а через выход 36 выходит экструдат, содержащий ориентированные волокна. На фиг. 6 изображены мундштук 42, конусообразный канал 43, резиновая смесь 41.

Пример 1. Состав, содержащий целлюлозные волокна и вулканизующийся каучуковый состав, экструдируют через мундштуки:с постоянной шириной каналов, но с разныни 60 увеличениями поверхности, для получения рукава внутреннего диаметра

1,27 см и приблизительной толщины стенок 4,2 мк.- Экструдат нарезают на куски для.получения рукавов лю- g5 бой длины. Невулканизованный рукав вулканизуют в автоклаве или прессформе. При придании рукаву определенной формы его,гнут соответствующим образом и вулканизуют, предпочтительно, в пресс-форме. Если форма рукава не слишком сложна, для выдерживания формы во время процесса вулканизации достаточно всего лишь открытой половины прессформы; Формовка и вулканизация.не влияют в значительной степени на ориентацию волокон..

Состав для подачи в экструдер получают включением 65 частей волокон древесной целлюлозы, обработанных для уменьшения взаимодействия волокон, причем состав содержит около 66% волокон и остаточный материал, включакщий главным образом каучук, смазывающие материалы и связующее.

Образуется следующий состав, вес.ч.:

ЭПДМ-каучук - 100 .

Газовая сажа 122

Масло-носитель 85,3

Окись цинка 5

Стеариновая кислота 1

Полиметоксиметилметалмин 1

Сера 1,5

Диморфолинодисульфид.

Диэтилдитиокарбамат теллура 0,8.

Вензотиаэилдисульфид 1 5

Дибутилдитиокарбамат цинка 2,5

Итого . 321,4

Целый ряд рукавов изготовляется с применением мундштуков (фиг. 4 и 5). Мундштуки отличаются постоянной шириной каналов (обе поверхности канала параллельны оси P.

Диаметр дорна составляет 1,27 см.

Параметры экструзии при разных мундштуках даны в табл. 1.

0,8

Пример 2. Состав экструдируют с применением экструдера своздушником (8,9 см )через мундштуки, приведенные в табл. 1. Скорость

1 экструзии составляет около 3 м/мин при давлении свыше 210 кг/см .

Температура 100 С + 10 (приблизительно ),Все рукава вулканизуются в течение 40 мин при 160 С. Прочность рукавов определяется путем обработки-части рукава гидравлическим прессом при постоянно увеличивающемся давлении до прорыва рукава. Разрывное давление регистрирует"ся. Ориентацию волокон определяют погружением рукава в бензол на

24 ч с измерением набухания. Процент1037844

10 ное набухание высчитывают делением первоначального размера на измене ние размера с последующим умножением на 100. Осевая ориентация выражается в набухании в длину, окружная вЂ” в набухании в направлении 5 диаметра, радиальная вЂ” в утолщении стенок. Количество набухания в лю-бом направлении обратно компоненте ориентации волокна в этом направлении.

Сопротивление прорыву и процентное набухание для рукавОв, полученных с применением мундштуков табл. 1, приведены в табл. 2.

Данные табл. 2 показывают, что 15 армировка рукава волокнами в радиальном направлении и, тем самым, компонента ориентации волокон в этом направлении увеличиваются с уве. личением отношения пОверхности 20 выхода из канала и поверхности входа в канал при соответствующем умень. шении компоненты ориентации волокон в осевом направлении. Компонента ориентации волокон в окружном направлении также увеличивается с увеличением соотношения поверхности выхода и поверхности входа, но всегда остается меньшей, чем радиальная компонента.

Мундштук A имеет канал без изменений конфигурации.,Данные набухания показывают, что в основном все волокна ориентированы в осевом направлении, поскольку в этом направлении набухание равно нулю. Мундшту- 35 ки В, С и 0 имеют те же размеры за исключением того, что они оснацены порогами различной высоты, простирающимися от дорна, при этОм эта разница в высоте порогов обуслов-4п ливает разные отношения поверхности выхода и входа.

Данные набухания для рукава, полученного с применением мундштука В, отличающегося увеличением 45 поверхности, составляющей 1,8:1, показывают (по сравнению с рукавом, полученным с применением мундштука A ) уменьшение компоненты ориентации волокон в осевом направлении, поскольку рукав набухает в этом направлении на 3,2%. Поскольку процентное набухание в радиальном направлении меньше набухания в окружном направлении, компонента ориентации волокон в радиальном на- 55 правлении превалирует над компонентной ориентации волокон в окружном. у рукава, полученного с применением рукава С с увеличением поверхности

3,4:1, данные набухания показывают, 60 что компонента ориентации волокон в радиальном направлении превалирует над компонентами ориентации волокон в осевом и окружном направлениях. 65

Данные набухания рукава, полученного с применением мундштука 0- с увеличением поверхности 5:1, показывают, что волокна в большой степени ориентированы в радиальном направлении. Данные подтверждают, что большинство волокон ориентированы в радиальном направлении, поскольку обратная величина процентного набухания в радиальном направлении (1+12,2 = 0,082 )+ (1+13,1 = 0,0763

0,158

Данные набухания для рукава полученного с применением мундштука Е с увеличением поверхности 4:1, показывают, что изменением в дозировке волокон в составе и угла стенок порога не оказывают значительного влияния на ориентацию волокон, поскольку компонента ориентации волокон в радиальном направлении все еще превалирует над компонентами в обоих других направлениях.

Мундштуки F и С оснащены порогами разной высоты, йростиракщимися от внешнего элемента мундштука.

Данные показывают, в рукавах, полученных с применением мундштуков этой конфигурации, компонента ориентации волокон в окружном направлении превалирует над таковой у рукавов, полученных с применением мундштуков с порогами на дорне при одинаковом увеличении поверхности, при этом компонента ориентации волокон в радиальном направлении превышает все компоненты ориентации волокон в остальных двух направлениях.

Параметры экструзии при разных мундштуках даны в табл. 3, в табл.4свойства рукавов, полученных c„.применением мундштуков табл. 3.

Состав экструдируют и вулканизуют аналогично данным табл. 1 и 2 за исключением того, что применяют мундштуки с сужениями вблизи выхода из канала для сужения экструдата непосредственно вверх по течению от выхода.

Размеров каналов следующие: Dppдиаметр внешнего элемента на выходе из канала, 1)„„, вЂ” диаметр дорна на выходе из канала; Р - диаметр дорна между входом и кайал и сужением на выходе,,; - длина канала от входа до,выхода; „ вЂ” длина сужения, предусмотренного на выходе.

Мундштук Н имеет приблизительно

20%-. ное сужение на выходе, в то время как мундштук 1 является контролем без сужения на выходе. В табл. 3 размер )); поэтому приведен, будучи одинаковым с .Д„,о, посколь- . ку отсутствует сужение. Сужение не следует смешивать с возможным имеющимся порогом вверх по течению.

Отношение поверхности канала мунд1037844 штука Н перед сужением и поверхности входа в канал равняется примерно 3,4:1. Мундштуки 3 и K каждый имеют сужение на выходе, составляющее около 10%. Мундштук К представляет собой гибридную конструкцию по мундштукам фиг. 4 и 5, по. скольку он оснащен. двумя порогами, расположенными друг против друга на входе; т.е. внешний элемент мундштука К соответствует внешнему элементу мундштука фиг. 4, а дорн мундштука К соответствует дорну фиг. 5. Сужение на дорне у выхода иэ мундштука К обслуживает укаэанное уМеньшение поверхности. Отношение поверхности канала мундштука перед сужением и поверхности входа равняется приблизительно 4,8-.1, а отношение поверхности канала мундштука К перед сужением и поверх- . ности входа в канал составляет около 8,4.:1.

При сравнении сопротивления .прорыву рукавов, полученных с применением мундштуков Н и 1, видно, что рукава, полученные с применением мундштуков Н, отличаются улучшением сопротивлением прорыву. Хйалогично при сравнении рукава, полученного с применением мундштука К, с таковым, полученным с применением мундштука Г (без сужения табл. 2, выясняется, что мундштук

К с сужением на выходе обусловливает улучшение сопротивления прорыву приблизительно на 10%. Общее увеличение поверхности мундштука 3 на- . ходится в диапазоне между таковым мундштуков С и 9 табл. 2. Однако сопротивление прорыву рукава, полученного с применением мундштука .3 превалирует над таковым рукавом, полученных с применением мундштуков

С или Э, на свыше 30%.

В объем изобретения включены многослойные рукава, включающие два слоя материала или больше, соединенных с образованием одного рукава с разной ориентацией волокон в каж10 дом слое. Так, например, через . экструдер с перекрестными головками экструдируют два рукава, причем один рукав окружает другой таким образом, что образуется один двух-., 5 слойный рукав. Путем вйбора мундштука соответствующей конфигурации для каждого слоя можно изготовить рукав с радиальной ориентацией во . внутреннем слое и осевой ориентаО цией во внешнем и наоборот. Двуслойный рукав, где внутренний слой армирован волокнами, ориентированными преимущественно в окружном направлении, а внешний слой армирован волокнами, ориентированными преимущественно либо в радиальном, либо в окружном направлениях, особенно пригоден для применения при высоких нагрузках. Применением двух вкструдеров с перекрестными головками в последовательном расположении можно получить трехслойные рукава

:с превалирующей ориентацией волокон

:в каждом слое в разном направлении

Альтернативно могут быть иэготовлеЗз ны многослойные рукава в комбинированном процессе экструзии с применением одной головки, питаемой не сколькими экструдерами.

1037844

"il

1 !,rt3 lI

В3 к 1

0(;1

Яч

1»

СО

ГЧ

СО с о

ГЧ с н о с

° -е