Miből készült a gumi? Természetes latex, szintetikus polimerek és adalékok

Két gumilap ülhet ugyanazon a raklapon, és egyforma kinézetű – ugyanolyan vastagságú, ugyanolyan fekete felületű –, mégis az egyik túlél öt nyarat a szabadban, míg a másik egy szezonon belül megreped. A különbség soha nem a „gumi” szó a címkén; valójában ebből van a gumi.

Röviden, minden gumi hosszú polimerláncként kezdődik. A természetes gumi folyékony latexként gumifákból csapolt poliizoprént használ; A szintetikus gumi kőolaj alapú monomerekből, például butadiénből és sztirolból készült láncokat használ. Egyik sem működik egyedül: mindkettőt összekeverik térhálósítószerekkel, töltőanyagokkal, olajokkal és védőanyagokkal, majd hővel vulkanizálják, hogy a láncokat egyetlen rugalmas hálózatba zárják.

A rövid válasz: Polimer láncok plusz egy összetett képlet

A mérnökök a gumit elasztomernek nevezik: egy polimer, amely terhelés hatására megnyúlik, és elengedéskor visszaugrik. A polimer egy óriási molekula, amely több ezer ismétlődő egységből épül fel, amelyek végüktől végükig láncba kapcsolódnak – a természetes gumi építőeleme az izoprén (C5H8). A nyers polimer azonban önmagában nyáron ragadós, télen merev, terhelés alatt pedig gyenge. Ez az oka annak, hogy a valódi gumi mindig egy olyan vegyület, amelyben a polimer a tömegnek csak a felét-kétharmadát teszi ki. A fennmaradó összetevők öt családba tartoznak:

1. Alappolimer – természetes poliizoprén vagy szintetikus elasztomer, amely meghatározza a termék lényegét.
2. Kikeményítő rendszer – kén vagy peroxidok, amelyek a vulkanizálás során térhálósodást hoznak létre.
3. Töltőanyagok – korom, szilícium-dioxid, agyag vagy kréta, amelyek növelik az erőt és szabályozzák a költségeket.
4. Folyamatos olajok és lágyítók, amelyek lágyítják az alapanyagot a sima keverés és kalanderezés érdekében.
5. Védők – antioxidánsok, antiozonánsok és viaszok, amelyek lassítják a hőt, az ózont és az időjárás viszontagságait.

Természetes gumi: fa latexből származó poliizoprén

A természetes gumi a Hevea brasiliensis gumifától származik. A munkások vékony spirált vágnak a kéregbe, és a fa latexet vérzik – egy tejszerű folyadékot, amelyben nagyjából 30-35 százaléka vízben szuszpendált gumiszénhidrogén, amelyet gyakran ammóniával stabilizálnak, így nem koagulál a csészében. A belsejében lévő polimer cisz-1,4-poliizoprén, rendezett, rugós geometriája magyarázza a természetes gumi kivételes rugalmasságát: feszítéskor a láncok egymáshoz igazodnak és kikristályosodnak, ezért a töltetlen természetes gumi is elérheti a 25 MPa közeli szakítószilárdságot.

Feldolgozásához a latexet hangyasavval koagulálják, majd hengerelve bordázott füstölt lappá szárítják, vagy tömbminőségűvé préselik a szállításhoz. Egyetlen fa évente csak néhány kilogramm száraz gumit hoz, ami a természetes gumit mezőgazdasági árunak tartja, amelynek ára ingadozik a betakarítással és a fuvarozási útvonalakkal.

Természetes gumi lemez tömítéshez és ütéselnyeléshez Miután elmagyarázta, hogyan dolgozzák fel a latexet lapokká, ez a természetes gumilap releváns példa: nagy rugalmasságot, szakadásállóságot és stabil teljesítményt kínál a tömítéshez, csúszásgátlóhoz és béléshez -50 ℃ és 70 ℃ között. Termék megtekintése →

Kémiai gyengesége ugyanabban a kettős kötésben rejlik, amely rugót ad neki: az ózon, az UV fény és a szénhidrogén olajok könnyen megtámadják ezt a helyet, így a kezeletlen természetes gumi a szabadban megreped, és megduzzad az üzemanyagban. Ezek a fő okok, amiért a kompaundálók védőanyagokat adnak hozzá, vagy szintetikus alternatívákra váltanak.

Szintetikus gumi: kőolajból épített polimerek

A szintetikus gumik nyersolajból és földgázból származó monomerek polimerizálásával készülnek. Jelenleg ezek adják a globális gumifogyasztás nagyjából kétharmadát, mivel mindegyik recept egy adott fenyegetés ellen hangolható – olaj, hő, ózon, kopás vagy láng. A címkén található monomerek előrejelzik a teljesítményt:

A nitril (NBR) megmutatja, hogy a monomerek közvetlenül hogyan alakulnak át tulajdonságokká: az akrilnitriltartalom körülbelül 18-ról 45 százalékra történő emelése folyamatosan javítja az olajállóságot, miközben csökkenti az alacsony hőmérsékletű rugalmasságot. Azok a vásárlók, akik kihagyják ezt a részletet, olyan tömítéseket kapnak, amelyek éppen abban a folyadékban duzzadnak, amelyre vásárolták.

NBR gumilap hangolható olajállósággal Az akrilnitriltartalom és az olajduzzadás megvitatását követően ez a nitrilgumi lap illusztrálja az anyagválasztást: megfelel az olajnak kitett tömítési alkalmazásoknak, ahol a folyadékállóság fontosabb, mint az alacsony hőmérsékletű rugalmasság vagy az ózonállóság. Termék megtekintése →

Az EPDM az ellenkezőjét bonyolítja le. Telített gerince eltávolítja az ózont, a napfényt és a vizet – ezért tapad a kültéri tömítésekhez és a tetőfedéshez –, de ugyanez a kémia szinte semmilyen ellenállást nem biztosít a szénhidrogén olajokkal szemben.

EPDM gumilemez kültéri tömítéshez Közvetlenül az EPDM telített, ózonnak, napfénynek és víznek ellenálló gerincére vonatkozó megjegyzés után ez a lap kültéri tömítésekhez, tetőfedéshez és szigeteléshez illeszkedik, -40 ℃ és 150 ℃ közötti működési tartományban, bár korlátozott olajállósággal. Termék megtekintése →

Mi más kerül a gumikeverékbe

A képleteket phr-ban adják meg – tömegrész/száz gumi. Egy tipikus fekete vegyület nagyjából így hangzik:

• Kén, 1-3 phr: a térhálósító; túl kevés gyenge gumit hagy, míg sokkal több kemény ebonittá alakítja.
• Gyorsítók, 2 phr alatt: olyan vegyszerek, amelyek a ként gyorsan kikeményednek alacsonyabb hőmérsékleten.
• Cink-oxid, 3-5 phr, plusz sztearinsav, 1-2 phr: aktivátorok, amelyek lehetővé teszik a gyorsítók működését.
• Korom, 20-50 phr: a legtöbb ipari gumi ezért fekete, és egy töltőanyag, amely megkétszerezi a szakítószilárdságot és az élettartamot.
• Agyag vagy kréta: olcsó töltőanyagok, amelyek beállítják a keménységet és az árat a nem kritikus részeken.
• Technológiai olajok, 5-20 phr: lágyítsa a keveréket őrléshez és kalanderezéshez.
• Antioxidánsok, antiozonánsok és viaszok, 1-5 phr kombinálva: lassú öregedés és ózonrepedezés.

Mozgassa meg bármelyik vonalat, és a termék mozog vele: adjon hozzá viaszt, és a lap ellenáll az ózonnak; cserélje ki a kormot szilícium-dioxidra és a szakítószilárdság az árral együtt emelkedik; növeli a kéntartalmat és a keménység emelkedik a Shore A skálán. Ez az oka annak, hogy két azonos vastagságú lap nem viselkedhet egyformán.

Vulkanizálás: A lépés, amely összezárja a láncokat

A vulkanizálatlan gumi független láncok szövevénye, amelyek egymás mellett csúsznak el – ragacsosak, gyengék és formátlanok a forró napon. 1839-ben Charles Goodyear megállapította, hogy a gumi kénnel való hevítése véglegesen megváltoztatja azt: a kénatomok áthidalják a szomszédos láncokat reaktív kettős kötéseiknél, és több ezer laza szálat hegesztenek egyetlen hálózatba.

Az ábrán a piros láncszemek azok a kénhidak – ugyanaz a reakció, amely minden vulkanizálóprésben végbemegy. A számok gyakorlatiak, nem népszokás: a préseléssel történő kikeményedés jellemzően 140-180°C-on, az alkatrészvastagságtól függően néhány perctől egy óráig tart, és a térhálósodási sűrűség határozza meg a végső keménységet. A szilikon és egyes EPDM-minőségek kihagyják a ként, és helyette peroxiddal vagy mikrohullámú forrólevegős vezetékekkel térhálósodnak, ezért a szilikonlemez rugalmas marad olyan hőmérsékleten, amely tönkreteszi a ként kötött gumit.

Hogyan lesz a nyers polimerből lap, szőnyeg vagy öv

A recept csak gépeken keresztül válik termékké, és a sorrend ugyanaz, akár tehénszőnyegről, akár szállítószalagról van szó:

1. Keverés – belső keverők (Banbury), dagasztógépek vagy nyitott kéthengeres malmok nyírják a polimert és diszpergálják a töltőanyagokat, olajokat és vegyszereket; a keverési hőmérséklet és az energia határozza meg, hogy a keverék mennyire egyenletes.
2. Formázás – a kalanderezés a keveréket folytonos lappá alakítja, az extruderek profilokat alakítanak ki, és a formarészeket hő és nyomás hatására préselik.
3. Vulkanizálás – prések, autoklávok, Rotocure dobok vagy mikrohullámú vezetékek rögzítik a végső rugalmas tulajdonságokat.

A szakaszok táplálják egymást: a rosszul diszpergált töltőanyag soha nem tér vissza a kalandernél, és a kikeményedés után vastagságváltozásként újra megjelenik egy egyenetlen tekercsrés. Ezért a processzorok egy folyamatos láncként kezelik a keverést, az alakítást és a kikeményítést, és a gumikeverők, kalanderek és prések kiválasztására vonatkozó útmutatónk lépésről lépésre végigvezeti ezen a kiválasztási logikán.

Szóval miből van a gumi? Polimer – természetes izoprén láncok fa latexből vagy szintetikus láncok kőolajból – plusz egy adagolt összetételű, gyógyító, töltőanyag, olaj és védőanyag formula, amelyet vulkanizálással egyetlen rugalmas hálózatba hegesztettek. Illessze a polimert az expozícióhoz: NBR az olajhoz, EPDM a naphoz és időjáráshoz, természetes gumi vagy SBR a kopás és a költségekhez, szilikon a szélsőséges hőmérsékletekhez.

Ha lapokat, szőnyegeket vagy öveket vásárol, kérje az összetett adatlapot – polimer típus, Shore A keménység, szakítószilárdság, nyúlás –, mert ezek a számok, nem pedig a „gumi” szó jelzi előre, hogy az alkatrész hogyan fog öregedni az alkalmazás során. Gumifeldolgozó berendezések és kész gumitermékek gyártójaként a lánc minden pontján dolgozunk; nézze meg, hogy a vegyületek hogyan illeszkednek a valódi alkalmazásokhoz gumitermékekkel kapcsolatos megoldásainkban.