DE1778528A1

DE1778528A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aushaerten oder Vulkanisieren

Info

Publication number: DE1778528A1
Application number: DE19681778528
Authority: DE
Inventors: Watson William Ferguson; Newell William George
Original assignee: Rubber and Plastics Research Association of Great Britain
Current assignee: Rubber and Plastics Research Association of Great Britain
Priority date: 1967-05-10
Filing date: 1968-05-09
Publication date: 1971-08-19
Also published as: SE337467B; US3540708A; GB1228357A; FR1565831A

Description

12. Mai 1971 Gzy/pn

Rubber and Plastics Research Association of Great Britain Verfahren und Vorrichtung zum Aushärten oder Vulkanisieren

Die Erfindung betrifft das Aushärten oder Vulkanisieren von Kautschuk in der Wärme. Unter dem Ausdruck "Kautschuk'· sollen natürliche und synthetische Kautschukarten verstanden werden, λ bei deren Verarbeitung vom Rohzustand zum vulkanisierten Endprodukt Wärme verwendet wird. Hierzu gehören natürliche und synthetische Kautschuke aus Cis-Polyisopren, aus Styrol-Butadien, aus Acrylnitril-Butadien, aus Isobutylen-Isopren, aus Cis-Polybutadien, Polyurethan und Elastomere aus Polyäthern, Mischpolymerisate aus Polyäthylen und Propylen, Silicone und fluorierte Kohlenwasserstoffe und Modifikationen hiervon.

Es ist bekannt, kontinuierlich extrudferte Gegenstände aus Kautschuk kontinuierlich zu vulkanisieren, und zwar in Wirbelbetten und in flüssigen Medien. Beide Verfahren werden technisch angewendet. Beim Arbeiten in einem flüssigen Medium , wird der Kautschuk, der Zusätze einschließlich der härtenden Stoffe enthält, aus einem Extruder extrudiert und durch ein Bad oder eine Flüssigkeit von geeigneter Temperatur, in der Regel von 180 - 250° C geführt. Er vulkanisiert in dem Bad und wird als ausgehärtetes Endprodukt am anderen Ende des Bades kontinuierlich entnommen. Bei diesem Verfahren ist es schwierig, eine Flüssigkeit zu finden, die bei solchen Temperaturen verwendet werden kann. Man hat beispielsweise niedrigschmelzende Metall-Legierungen verwendet. Sie haben aber ein ungeeignetes spezifisches Gewicht und neigen dazu, auf dem Kautschuk eine schwierig entfernbare Krätze zu hinterlassen.

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Daher nimmt man für diesen Zweck gewöhnlich eutektische Mischungen von geschmolzenen Salzen. Derartige Salze sind aber gefährlich, und das Bedienungspersonal muss durch Schutzkleidung gesichert werden. Diese Schwierigkeiten werden vermieden durch Anwendung eines Wirbelbettes, das beispielsweise in der britischen Patentschrift No. 906.139 beschrieben ist. Das Wirbelbett besteht aus Teilchen eines inerten Materials, wie Sand oder Glas, die von einem Gasstrom aufgewirbelt werden. Das Material befindet sich in dem sogenannten pseudoflüssigen Zustand.

Beide Verfahren bringen üblicherweise Nachteile mit sich. Bei der Vulkanisation verflüchtigen sich verschiedene in dem ^at|tschuk befindliche flüchtige Stoffe, was bei den Arbeitstemperaturen eine unerwünschte Porosität der Endprodukte bewirkt. Man kann natürlich dafür sorgen, daß flüchtige Bestandteile, wie Weichmacher, nicht verwendet werden. Eine gewisse Menge aß Feuchtigkeit ist aber immer im Kautschuk vorhanden. Ferner wira auch häufig Luft eingeschlossen, ζ. Β. beim Extrudieren. Man kann zwar eine Dispersion von Kalk in Öl verwenden, um die Feuchtigkeit zu absorbieren. Die eingeschlossene Luft kann aber hierdurch nicht beseitigt werden. Es wäre sicher ein erheblicher Fortschritt gegenüber dem Stande der Technik, auch die Entstehung einer Porosität durch Luft zu vermeiden. Eine derartige Porosität ist besonders dort unerwünscht, wo sie in Kabeln nach der britischen Patentschrift No. 1.012.562 auftritt, wenn eine sehr dichte und feste Isolierung aus Kautschuk wegen der elekttschen Sicherheit erforderlich ist.

Es ist auch äussert schwierig, eine Porosität in extrudierten Gegenständen zu vermeiden, die verstärkende Gewebe, z. B. Schläuche, enthalten. In diesen Fällen ist die Luft eingeschlossen innerhalb des verstärkenden Gewebes und dehnt sich bei der verwendeten hohen Temperatur schnell aus, was ein© Pörositfit, eine Blasenbildung und eine schlechte Ver bindung zwischen der Verstärkung und dem Kautschuk bewirkt.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aushärten oder Vulkanisieren von Kautschuk. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein vulkanisierendes oder aushärtendes Medium in flüssigem oder pseudoflüssigem Zustand innerhalb eines geschlossenen Gefäßes hat, daß man unter einem so hohen Druck arbeitet, daß eine Expansion vonLuft, Feuchtigkeit oder anderen flüchtigen Bestandteilen in den auszuhärtenden oder zu vulkanisierenden Stoffen praktisch nicht stattfindet.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Vorrichtung enthält ein geschlossenen Gefäß für die Aufnahme des Mediums zum Vulkanisieren oder Härten, Mittel zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Druckes innerhalb des geschlossenen Gefäßes, Eintrittsund Austrittsöffnungen zum Hindurchführen der auszuhärtenden oder zu vulkanisierenden Stoffe durch das geschlossene Gefäß, und Mittel zur Verhinderung oder Herabsetzung des Gasaustritts durch die Eintritts- und Austrittsöffnung.

Wenn das vulkanisierendeMedium aus einer heissen Flüssigkeit besteht, so kann in das geschlossene Gefäß Druckgas durch eine Leitung eingeführt werden. Diese Leitung enthält ein Reduzierventil, das so eingestellt ist, daß Verluste an Druckgas durch Austreten durch die Eintritts- oder Austrittsöffnung kompensiert werden. Derartige Verluste können beim kontinuierlichen Einführen und Abführen von Gegenständen auftreten. Wenn die Flüssigkeit reaktiv ist, z. B. aus einer Salzmischung besteht, so sollte im Interesse der Sicherheit ein Inertgas verwendet werden.

Das vulkanisierende Medium kann auch au$einer Pseudoflüssigkeit, d.h. einem Wirbelbett bestehen. ¥n diesem Falle ist es zweckmäßig, wenn das zum Aufwirbeln verwendete Gas und das Gas zum Aufrechterhalten des Druckes dieselben sind.

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Das Gas muß natürlich mit einer genügenden Geschwindigkeit durch das aufzuwirbelnde Material hindurchströmen. Der Druck kann hierbei geregelt werden durch ein einstellbares Reduzierventil in der Gasaustrittsleitung. Dieses Ventil kann auch so eingestellt werden, daß es bei bestimmten, nicht zu, über- .,_,._ schreitenden Überdrucken Gas abläßt. Man kann zum Aufwirbeln Dampf zur ERzeugung des Druckes und zum Fluidisieren verwenden. Hierzu kann man üblichen Hochdruckdampf nehmen, wie er in Betrieben häufig anfällt. Der Dampf kann durch ein Reduzierventil zu einem Überhitzer geführt werden, wo er auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird. Man kann ihn in diesem Zustand dem Wirbelbett zuführen, z. B. durch poröse Formstücke, auf welchen das zu fluidisierende Material ruht. Beim Hindurchströmen werden die Teilchen des Materials aufgewirbelt und umhüllen die zu vulkanisierenden Stoffe. Der Dampf wird durch ein Reduzierventil aus dem Gefäß abgezogen.

Zum Aufwirbeln und zur Aufrechterhaltung des gewünschten Druckes kann man Luft oder Dampf oder ein Inertgas verwenden. Dampf ist besonders deshalb zweckmäßig, weil er in überhitztem Zustand billig, leicht erhältlich und ein trockenes Inertgas ist. Für eine große Anzahl von auszuhärtenden oder zu vulkanisierenden Stoffen ist Luft genügend, wenn sie in erforderlichen Mengen und unter den erforderlichen Drücken zu haben ist.

Im Inneren des geschlossenen Gefäßes, welches das vulkanisierende Medium enthält, sollte ein Überdruck gegenüber der Umgebung aufrechterhalten werden, von z. B. 1,5 bis 5,5 kg/cnH Hierbei sollten die auszuhärtenden oder zu vulkanisierenden Stoffe durch Stopfbüchsen in den Eintritts- und Austrittsöffnungen geführt werden, um Verluste an Druckgas zu verhindern oder zu vermindern. Ein Abdichten ist besonders einfach, wenn Schläuche oder glatte Stränge behandelt werden müssen, da diese einen kreisförmigen Querschnitt haben und

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leicht abgedichtet werden können. Hierfür kann man Abdichtungen verwenden, die üblicherweise beim Austritt von Kabeln aus Hochdruckdampfrohren gebraucht werden. Beim Abdichten von Schläuchen ist es praktisch, wenn sich in ihnen ein biegsamer Dorn befindet. Solche Vorrichtungen sind beispielsweise in der USA-Patentschrift No. 2.974.713 beschrieben.

Das Abdichten der Eintrittsöffnung ist schwieriger, als das Abdichten der Austrittsöffnung, da der Kautschuk vor dem Vulkanisieren weich ist und fließen kann. Diese Frage spielt keine große Rolle beim Extrudieren von Körpern mit einem einfachen, z. B. kreisßrmigen Querschnitt.

Das Abdichten von Formkörpern mit einem komplizierterenQuerschnitt, z. B. von Dichtungsstreifen für Fenster in Gebäuden und Kraftwagen, bereitet beim Abdichten der nichtvulkanisierten Gegenstände beim Einführen in das geschlossene Gefäß Schwierigkeiten. In diesen Fällen ist es daher zweckmäßig, den Extruder direkt mit dem geschlossenen Gefäß zu verbinden, so daß die Extrudate aus dem Hundstück des Extruders direkt in das Gefäß eintreten. Hierbei ist eine besondere Dichtung nicht nötig. Das Abdichten der Austrittsöffnung ist nicht schwierig, da der Kautschuk dort schon vulkanisiert und elastisch ist.

Die Zeichnungen erläutern beispielsweise einige Ausführungeformen der Erfindung, bei der kontinuierlichen Vulkanisierung von Kautschukextrudaten unter Verwendung eines Wirbelbettes bei Drucken von etwa 1,5 bis etwa 5,5 kg/cm . Die Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt dieser Vorrichtung entlang der Linie 2-2 nachFig. 1, Die Fig· 3 zeigt den Kreislauf der aufgewirbelten Teilchen in einer solchen Vorrichtung.

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Nach den Figuren 1 und 2 enthält die Vorrichtung ein geschlossenes, rohrförmiges Gefäß 1 in einzelnen Einheiten, das von Trägern 2 auf Rädern gehalten wird. Die Träger 2 stützen auch Einheiten der Gaszuführungsleitung 3, die durch Zweigleitungen 4 und die Einlaßöffnungen 5 in den unteren Teil des Rohres 1 führen. Hierbei führen die Gasleitungen durch rohrförmige, poröse Formkörper 6, die innerhalb des Rohres 1 angeordnet sind. Das Rohr 1 ist auch versehen mit P inneren Heizvorrichtungen 7 und äußeren Heizvorrichtungen 8. Der obere Teil des rohrförmigen Gefäßes 1 steht in Verbindung mit einer Ablaßleitung 9, die in ein Druckreduzierventil 10 endet und von dem Rohr 1 getragen wird. Die einzelnen Abschnitte des Rohres 9 haben dieselbe Länge wie die Abschnitte des Rohres 1.

Jeder der Träger 2 und jeder Abschnitt des Rohres 1 bilden eine Einheit. Mehrere solcher Einheiten können zusammengeschlossen werden, wie die Fig. 1 es zeigt, so daß das geschlossene Gefäß eine beliebige Länge haben kann. Die einzelnen Abschnitte des Rohres 1 können durch Bolzen und geeignete Dichtungen miteinander verbunden werden, ebenso die Abschnitte ' der Gaszuführungsleitung 3. Die Abschnitte des Gasableitungsrohres 9 können durch biegsame Bälge 11 miteinander verbunden sein, um gegebenenfalls schiefe Anordnungen und verschiedene Ausdehnungen beim Erwärmen zu kompensieren. An den Trägern können auch Vorrichtungen zum Regeln der Temperatur angeordnet sein.

Beim Rohr 1 können auch Öffnungen 12 zum Füllen und zur Einsicht vorgesehen werden, ebenso Ablaßetopfen 13. Die Enden des Rohres 1 sind mit teleskopartigen Dichtungen 14 versehen, um das Kautschukextrudat einführen und ausführeiyzu können.

Die Gaszufuhrleitung 3 hat ein Druckreduzierventil 15 und anschließend daran einen Überhitzer 1&.

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Beim Betriebe füllt man das Rohr 1, das einen Durchmesser von etwa 20 cm hat, bis zu einer Höhe von etwa 5 cm über die Mittellinie mit Glaskügelchen, die fluidisiert werden sollen. Der Dampfdruck wird erst durch das Reduzierventil l^r> herabgesetzt, worauf der Dampf bei 16 auf die gewünschte Temperatur überhitzt wird. Typische Arbeitstemperaturen und -drücke in dem Rohr 1 sind 180 bis 250° C und 1,5 bis 3,5 kg/cm . Der Dampf wird jedem Abschnitt aus der Leitung 3 durch die Einlaßöffnungen 5 und durch die porösen Formkörper 6 zugeführt. Aus diesen gelangt der Dampf zu den Glaskügelchen, wobei die Strömungsgeschwindigkeit so hoch sein muß, daß diese Kügelchen aufgewirbelt werden.

Die aufgewirbelten Kügelchen werden durch die inneren Heizvorrichtungen 7 aufgeheizt. Wärmeverluste nach außen werden vermieden durch die äußeren Heizungen 8. Die inneren Heizkörper 7 können auch als Leitbleche dienen. Sie sind vorzugsweise oberhalb der porösen Formkörper6 und seitwärts der Mittellinie angeordnet. Bei dieser bevorzugten Anordnung entsteht ein Kreislauf der Glaskügelchen, der in Fig. 3 wiedergegeben ist. Hierbei gibt es zwei hauptsächliche Vor~ teile. Zunächst wird eine gute Wärmeverteilung erreicht, die schnell und gleichmäßig von den Heizkörpern auf die Kügelchen übertragen wird. Ferner wird ein*Schwimmen des Kautschukextrudats auf dem Wirbelbett vermieden, das zu einem Schlängeln führen kann, wenn man ein Wirbelbett mit rechtwinkligem Querschnitt und ebene , poröse Formkörper verwendet. Bei der vorliegenden Anordnung sitzt das Extrudat tiefer im Wirbel~ bett drin, so daß es besser und gleichmäßiger erhitzt wird.

Der Dampf gelangt durch die Abzugsleitung 9 zum Druckminderungsventil 10 und wird dann entweder in die Atmosphäre ausgeblasen oder gekühlt und den üblichen Kondensatorleitungen zugeführt. Der Druck in dem ^Hauptrohr wird durch das Druckventil geregelt. Anstelle von Dampf kann man auch Luft verwenden. - 8 -

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Um die erforderliche Menge des fluidisierenden Gases zu verringern, kann man es auch im Kreislauf zurückführen. Das Gas kann aus der Ablaßleitung 9 durch ein geeignetes Filter zu einem Rotationsgebläse geführt werden, das einen solchen Druck erzeugt, daß das Gas wieder in das System zurückgeführt werden kann. Die Gasmenge kann also von dem Rotationsgebläse geliefert werden, wobei der Druck und die Verluste durch die Abdichtungen durch frisches Gas aus der Leitung 3 kompensiert werden können.

Das Extrudat aus Kautschuk oder anderen Stoffen, die gehärtet werden sollen, gelangt durch die teleskopartigen Abdichtungen 14 in das geschlossene Gefäß hinein und aus diesem wieder hinaus. Die Art dieser Abdichtungen ist abhängig von der Art des Extrudats und von dem im geschlossenen Gefäß herrschenden Druck. Die Dichtungen sind auch deswegen teleskopartig, um die Einführung des Extrudats durch das Wirbelbett zu erleichtern. Das Zufuhrende kanndurch Bolzen direkt mit dem Extruder verbunden sein. Schwierigkeiten bei der Abdichtung entstehen also in diesem Falle nicht.

Die Abdichtungen für Extrudate mit ringförmigem Querschnitt, wie Schläuche öder Stangen, können die Form eines Kautschukrohres oder eines Rohres aus einem anderen elastischen Material haben. Dieses Rohr kann so gestützt werden, daß sein Innendurchmesser an den Enden größer als in der Mitte ist. Hierbei sollte der innere Durchmesser kleiner sein als der Durchmesser des Extrudits. Das gesamte Rohr kann in einem Gehäuse angeordnet sein, wobei die Enden des Rohres gegen das Gehäuse abgedichtet sind. Der Zwischenraum zwischen dem Rohr und der Gehäusewandung kann mit einer Flüssigkeit, z. B. Glycerin, gefüllt sein. Der Inhalt dieses Zwischenraumes kann durch einen Kolben geändert werden, so daß auch der Innendurchmesser des Rohres geregelt wird. Man kann ihn so einstellen, daß das Rohr dem Extrudat dicht anliegt, und ein Entweichen von Gas verhindert oder vermindert wird.

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Die Stellung des Kolbens kann von Hand geregelt werden, oder man kann sie auch durch den Druck innerhalb des geschlossenen Gefäßes regeln. Wenn also der Zwischenraum zwischen der Dichtung und dem Extrudat zu groß wird, so daß der Druck im geschlossenen Gefäß abfällt, so bewegt man den Kolben in einer Richtung, daß der innere Durchmesser des Kautschukrohres verringert wird.

Rohrförmige Abschnitte haben sich als am geeignetsten für unter Druck befindliche Gefäße erwiesen.

Die Verwendung von zwei rohrförmigen, porösen Formkörpern zum Einführen des fluidisierenden Gases bringt gegenüber ebenen Formkörpern gewisse Vorteile mit sich. Beim Abdichten der Formkörper entstehen keine Schwierigkeiten und ein gleichraässigeres Verhalten kann erwartet werden. Der erzielte Kreislauf hat eine bessere Wärmeverteilung zur Folge und bewirkt, daß das Extrudat sich etwa in der Mitte des Bettes bewegt. Die Formkörper können im Bedarfsfalle leicht entfernt und ausgewechselt werden.

Oben ist eine Ausführungsform der Erfindung zum Vulkanisieren von Kautschuk beschrieben. Mit derselben Anlage und nach demselben Verfahren können aber auch andere Polymere ausgehärtet werden, die hierbei mit Wärme behandelt werden sollen, z. B. zum Vernetzen, Ein Beispiel solcher Stoffe ist Polyäthylen, das ein Peroxyd oder ein anderes Vernetzungsmittel enthält.

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Claims

Patent an sprüche

1. Verfahren zum Aushärten oder Vulkanisieren von aushärtbaren oder vulkanisierbaren Stoffen, wie Kautschuk, in einem flüssigen oder pseudoflüssigen Medium, dadurch gekennzeichnet, daß man das Aushärten oder Vulkanisieren

ψ in einem geschlossenen Gefäß unter einem so hohen Druck durchführt, daß eine Expansion von Luft, Feuchtigkeit oder anderen flüchtigen Bestandteilen in den auszuhärtenden oder zu vulkanisierenden Stoffen praktisch nicht stattfindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Aushärten oder Vulkanisieren in einem Wirbelbett durchführt und das zum Aufwirbeln des Bettes verwendete Gas, wie Luft, Dampf oder ein Inertgas, gleichzeitig zum Aufrechterhalten des Druckes im geschlossenen Gefäß verwendet·

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die auszuhärtenden oder zu vulkanisierenden Stoffe durch das geschlossene Gefäß hindurchführt, wobei das Austreten von Druckgas bei der Einführung und der Entnahme der Stoffe vermieden wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man innerhalb des geschlossenen Ge- fäßes einen Druck von 1,4 bis 5,5 kg/cm aufrecht erhält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Aushärten oder Vulkanisieren bei 180 bis 250° C durchführt.

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6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein geschlossenes Gefäß für die Aufnahme des flüssigen oder pseudoflüssigen Mediums, durch Mittel zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Druckes innerhalb des geschlossenen Gefäßes, durch Eintritts- und Austrittsöffnungen zum Hindurchführen der auszuhärtenden oder zu vulkanisierenden Stoffe durch das geschlossene Gefäß und durch Mittel zur Verhinderung oder Herabsetzung des Gaszutritts durch die Eintritts- und Austrittsöffnung,

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts- und Austrittsöffnung abgedichtet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Druckes innerhalb des geschlossenen Gefäßes aus einer Gaszuleitung für Druckgas mit einem Reduzierventil bestehen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein einstellbares Reduzierventil in der Gasauslassleitung aus dem geschlossenen Gefäß.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch Heizvorrichtungen für den Inhalt des geschlossenen Gefäßes.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung für das Druckgas durch einen porösen Formkörper mit dem Inneren des geschlossenen Gefäßes in Verbindung steht und daß sich in diesem «in fluidisierbares Material befindet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Formkörper die Form eines rohrförmigen Dachsteines hat. - 12 -

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13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts- und Austrittsöffnungen aus elastischen Rohren bestehen, daß diese Rohre zwischen ihren Enden einen verengten inneren Querschnitt haben und daß Mittel vorgesehen sind, um durch Druck von außen die Verengung des Querschnittes zu regeln.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Regelung der Verengung durch den Gasdruck im Inneren des geschlossenen Gefäßes steuerbar sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Extruder für das auszuhärtende oder zu vulkanisierende Material mit seinem Mundstück direkt mit der Eintrittsöffnung verbunden ist.

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