Tyypillisessä renkaan pintaseoksessa kumipolymeeri muodostaa vain noin 47 prosenttia kokonaispainosta. Loput saapuvat sekoittimeen hiilimustana, prosessiöljynä, sinkkioksidina, rikinä, kiihdyttiminä ja hajoamisenestoaineina. Tämä yksittäinen osuus on nopein tapa vastata kysymykseen, mistä kumi on valmistettu, koska materiaali, jota ihmiset todella leikkaavat, muovaavat ja myyvät, ei ole yksi aine. Se on polymeeri ja huolellisesti punnittu kemian pakkaus.
30-40 % Tuoreen kenttälateksin kumihiilivetypitoisuus
100 phr Jokainen resepti perustuu kiinteään vertailupainoon
1,5-2,5 phr Rikki perinteisessä kovetusjärjestelmässä
Lyhyt vastaus: Polymeerirunko plus yhdistelmäpaketti
Kumi on valmistettu pitkäketjuisesta polymeeristä, johon on yhdistetty täyteaineita, öljyjä, parantavia aineita ja suojakemikaaleja. Itse polymeeri on joko cis-1,4-polyisopreenia, joka on otettu Hevea brasiliensis -puusta, tai synteettinen ketju, joka on rakennettu reaktoriin maaöljystä ja maakaasusta talteenotetuista monomeereistä. Kaikki muu reseptissä on olemassa, jotta ketjusta tulee prosessoitava, kestävä ja ennakoitavissa käytössä.
Kumi on elastinen polymeeriverkko eikä yksittäinen aine. Sen kumimainen käyttäytyminen johtuu silloksista, jotka sitovat pitkiä polymeeriketjuja toisiinsa; ilman noita ristisidoksia samat ketjut pehmenevät ja virtaavat kuumennettaessa.
Isopreeni, luonnonkumin takana oleva viiden hiilimonomeeri, on pieni molekyyli. Polymerointi yhdistää tuhansia näitä yksiköitä päistä häntään ketjuksi, jonka molekyylipaino voi olla useita satoja tuhansia grammaa moolia kohden. Tämä pituus mahdollistaa materiaalin venymisen moninkertaiseksi alkuperäiseen pituuteensa ja palautumisen, jos ketjut on ankkuroitu toisiinsa.
Raakapolymeeri yksinään on lähes hyödytöntä tuotantolinjalla. Vulkanoimaton luonnonkumi on tahmeaa lämpimällä ja hauras kylmällä, ja se menettää lujuutta nopeasti yli 60 celsiusasteessa. Yhdistelmäpaketti korjaa nämä heikkoudet, minkä vuoksi lähes jokainen koskaan lukemasi spesifikaatio kuvaa yhdistettä, ei polymeeriä.
Luonnonkumi: mitä puusta tulee
Luonnonkumi on valmistettu kenttälateksista, maitomaisesta suspensiosta, jossa on noin 30–40 prosenttia polyisopreeniä, 55–65 prosenttia vettä ja pieni mutta tärkeä osa proteiineja, lipidejä, sokereita ja mineraalisuoloja. Ei-kumifraktio on painoltaan pieni, mutta se lisää parantumiskäyttäytymistä, hajua, ikääntymistä ja allergiariskiä.
| Komponentti | Tyypillinen osuus | Miksi sillä on merkitystä |
| cis-1,4-polyisopreeni | 30-40 prosenttia | Materiaalin joustava selkäranka |
| Vesi | 55-65 prosenttia | Kantajafaasi, poistettu koaguloinnin ja kuivauksen aikana |
| Proteiinit | 1-2 prosenttia | Vakauttaa lateksia puussa ja aiheuttaa tyypin I lateksiallergiaa ihmisissä |
| Lipidit ja hartsit | 1-2 prosenttia | Toimivat luonnollisina antioksidantteina ja vaikuttavat kovettumiseen |
| Hiilihydraatit | Noin 1 prosentti | Syötä bakteereja, minkä vuoksi ammoniakkia tai muuta säilöntäainetta lisätään |
| Tuhka ja mineraalisuolat | Alle 1 prosentin | Jäännöksenä ja ilmoitetaan tuhkapitoisuutena tuoteselosteessa |
Sadonkorjuu aloitetaan, kun puu on noin 5-7 vuotta vanha. Tapper ajaa ohuen kuorispiraalin, lateksi valuu kuppiin ja neste säilötään ammoniakilla kuljetusta varten. Tehtaalla lateksi koaguloidaan muurahaishapolla ja prosessoidaan sitten johonkin kolmesta kaupallisesta muodosta: savuttomat levyt, uurretut savulevyt tai kumimurska, jota myydään teknisesti määritellyillä laatuluokilla.
Arvosanojen nimet sisältävät kokoonpanotietoja. Merkinnät, kuten SVR 10, SIR 20 tai SMR 20, viittaavat suurinta sallittua likapitoisuutta osissa per sata, joten 20-asteen kumi on noin kaksinkertainen 10-asteen materiaaliin verrattuna.
Kahden polymeerireitin syvällisempää vertailua varten, erittely luonnollinen lateksi ja synteettiset polymeerit kannattaa lukea toimittajalta saatujen raaka-aineerittelyjen ohella.
Synteettinen kumi: mitä jalostamosta tulee
Synteettinen kumi valmistetaan monomeereistä, jotka on otettu talteen maaöljystä ja maakaasusta ja polymeroidaan sitten reaktorissa kontrolloidussa lämpötilassa, paineessa ja katalyyttiolosuhteissa. Koska monomeerisuhteita voidaan säätää tiukoissa ikkunoissa, tuloksena oleva polymeeri on paljon yhtenäisempi erä erästä kuin istutuskumi.
| Perhe | Aloitusmonomeerit | Erottuva omaisuus | Tyypilliset osat |
| SBR | Styreeni ja butadieeni | Märkäpito ja kulutuskestävyys | Renkaiden kulutuspinnat, kenkien pohjat |
| BR | Butadieeni | Matalissa lämpötiloissa joustavuus | Sivuseinät, vyösuojukset |
| EPDM | Etyleeni, propeeni ja dieeni, kuten ENB | Otsoni- ja säänkestävyys | Katto, ulkomatot, letku |
| NBR | Akryylinitriili ja butadieeni | Öljyn ja polttoaineen kestävyys | Tiivisteet, polttoaineletku, tiivisteet |
| CR | Kloropreeni | Palonkestävyys ja säänkestävyys | Vyöt, kaapelivaipat |
| IIR | Isobutyleeni, jossa on muutama prosenttia isopreenia | Erittäin alhainen ilmanläpäisevyys | Sisäputket, kovettuvat rakot |
| Silikoni | Polydimetyylisiloksaani | Laaja käyttölämpötila-alue | Tiivisteet, elintarvikkeiden kanssa kosketuksiin joutuvat osat |
Butyylikumi sisältää vain noin 1-2 painoprosenttia isopreenia. Tämä pieni osa tyydyttymättömiä yksiköitä sallii muuten inertin ketjun vulkanoinnin ollenkaan.
ISO 1629 -nimijärjestelmä ryhmittelee nämä materiaalit niiden rungon rakenteen mukaan. Laajissa, joissa on R-liite, kuten NR, SBR, BR, NBR ja CR, on tyydyttymättömiä hiiliketjuja ja ne kovettuvat helposti rikillä. M-liitteellä varustetuilla laaduilla, mukaan lukien EPDM ja silikoni, on tyydyttyneitä ketjuja ja ne tarvitsevat tavallisesti peroksidia, hartsia tai vastaavaa kovetusjärjestelmää.
Mitä muuta kuuluu: Yhdistelmäresepti
100 osaa kumia kohden yleiskäyttöinen yhdiste sisältää tyypillisesti 40 - 60 phr hiilimustaa, 5 - 30 phr prosessiöljyä, 3 - 5 phr sinkkioksidia, 1 - 2 phr steariinihappoa, 1,5 - 2,5 phr rikkiä, 0,8 - 2 phr-hajoamisenestoainetta. Nämä luvut ovat tavanomaisen rikkikovettuneen yhdisteen työskentelyaluetta, ja ne muuttuvat huomattavasti, kun lämmönkestävyys, öljynkestävyys tai alhainen puristusarvo tulee spesifikaatioon.
Kumi Banbury -kone kumin ja muovin sekoittamiseen Tehokas sekoitin hydraulisella ohjauksella ja optimoidulla roottorilla nokimustan, prosessiöljyn ja lisäaineiden dispergoimiseen kumisekoituksiin. Näytä tuote → Jokainen luku tässä lauseessa mitataan phr:na, joka tarkoittaa osia sataa kumia kohti. Vertailupaino on aina 100 osaa polymeeriä, ei koskaan valmiin yhdisteen painoa, joten reseptiä voidaan skaalata ylös tai alas ilman suhteiden uudelleenlaskentaa.
Hiilimusta on harvoin alle 40 phr mekaanisessa kumituotteessa. Leikkaa se tämän tason alapuolelle ja vetolujuus ja repäisylujuus putoavat nopeasti, vaikka seoksesta tuleekin helpompi käsitellä ja halvempi sekoittaa.
Ainesosaperheet jakautuvat viiteen toiminnalliseen ryhmään:
- Täyteaineet, pääasiassa hiilimusta ja saostettu piidioksidi, lisäävät lujuutta, kovuutta ja kulutuskestävyyttä.
- Pehmittimet ja prosessiöljyt pehmentävät seosta, parantavat virtausta ja alentavat sekoituslämpötilaa.
- Aktivaattorit, kuten sinkkioksidi ja steariinihappo, muuttavat kiihdytin sen aktiiviseen muotoon.
- Hoitoaineet, rikki tai peroksidi, luovat ristisidoksia, jotka tekevät kumista elastisen.
- Hajoamisenestoaineet, mukaan lukien amiinit, fenolit ja vahat, hidastavat hapen, otsonin ja lämmön ikääntymistä.
Polymeerista tuotteeksi: neljä käsittelyvaihetta
Näiden ainesosien muuttaminen käyttökelpoiseksi osaksi seuraa neljää vaihetta, ja koostumus muuttuu jokaisessa. Muutaman gramman painovirhe 50 kilon erässä riittää siirtämään kovuutta useilla pisteillä IRHD-asteikolla.
3 rullan kumikalanteri kone päällystämiseen ja kalanterointiin Kolmirullainen kalanteri PLC-ohjauksella ja säädettävällä telavälillä johtojen, kankaiden tai kalanterointiteknisten renkaiden sisävuorauslevyjen päällystämiseen. Näytä tuote → Yhdistäminen
Ainekset punnitaan phr-reseptin mukaan ja pakataan. Polymeeripaalit leikataan, lämmitetään ja usein esimastiksoidaan Mooney-viskositeetin säätämiseksi rajoissa ennen kuin täyteaineet menevät sisään.
Sekoitus
Sisäinen sekoitin tai avomylly taittaa noen ja öljyn polymeeriin. Tyhjennyslämpötila on kriittinen säätöpiste, koska liian kuumana purkautuva seos palaa tai kovettuu osittain sekoittimessa.
Muotoilu
Kalanterointi tuottaa ohjatun mittaisen levyn, ekstruusio muodostaa profiilit ja letkun ja puristus- tai ruiskupuristus täyttää ontelon. Seos on vielä tässä vaiheessa kestomuovi, ja se voidaan työstää uudelleen.
Vulkanointi
Lämpö laukaisee kovettumisjärjestelmän ja lukitsee muodon pysyvästi. Paksu osa voi istua puristimessa 20 minuuttia 150-160 celsiusasteessa, kun taas ohut suulakepuristettu profiili voidaan kovettaa jatkuvasti.
Rikki yksinään voi kestää tunteja kovettaa raskaan osan. Kiihdyttimet lyhentävät sen minuutteihin, minkä vuoksi tuskin mikään kaupallinen yhdiste kovetetaan pelkällä rikillä.
Kuinka koostumus näkyy tietolomakkeessa
Kumitietolehti kertoo polymeerin identiteetistä, monomeerisuhteista, kontaminaatiorajoista ja prosessointikäyttäytymisestä, mikä muuttaa näkymätöntä kemiaa verrattavissa oleviksi numeroiksi. Lukujen lukeminen sovellusta vastaan on nopein tapa löytää yhteensopimattomuus ennen kuin materiaali saavuttaa rivin.
- NBR:n akryylinitriilipitoisuus vaihtelee noin 18 prosentista alhaisen öljynkestävyyden tapauksessa 42 prosenttiin vakavassa polttoainekontaktissa.
- SBR:ssä sidottu styreeni on tyypillisesti noin 23,5 prosenttia tavallisessa emulsiolaadussa, ja korkeampi styreeni lisää märkäpitoa ja lämmön kertymistä.
- Eteenin ja propeenin suhde sekä ENB-pitoisuus määrittelevät, kuinka EPDM kovettuu ja kuinka hyvin se sietää otsonia.
- Mooney-viskositeetti ML(1 4) 100 celsiusasteessa on tavallisesti 40-80 sekayhdisteelle.
- Tuhka, haihtuvat aineet ja likapitoisuus asettavat luonnonkumilaadun valinnan katon.
Kaksi toimittajaa voivat lainata saman lajikkeen nimen ja toimittaa eri materiaalia. Luonnonkumin erien vaihtelu on istutustodellisuutta, kun taas synteettiset lajikkeet pysyvät tiukoissa erittelyikkunoissa.
Luonnonkumi
- Lähde: lateksi Hevea-puista
- Erittäin korkea veto- ja repäisylujuus
- Erinomainen joustavuus alhaisissa lämpötiloissa
- Huono öljyn- ja polttoaineenkestävyys
- Hinta liikkuu sään ja istutusjaksojen mukaan
Synteettinen kumi
- Lähde: Jalostamonomeerit
- Ominaisuudet viritetty monomeerisuhteen mukaan
- Öljyn-, lämmön- ja otsoninkestävyys saatavilla
- Johdonmukainen erästä toiseen
- Hinta sidottu raaka-aine- ja energiakustannuksiin
Kun spesifikaatiolla on eniten merkitystä, yhdistelmätiedot tulee verrata valmiiseen osaan, ei pelkästään polymeeriin. Sama perustelu pätee kaikkialla teolliset kumituotteet , levystä ja matosta letkujen suojuksiin ja hihnaseoksiin.
Kierrätetty kumi: Koostumus toisen elämän jälkeen
Kierrätetty kumi on valmistettu jauhetusta romusta, enimmäkseen käytöstä poistetuista renkaista, jotka devulkanoidaan ja jalostetaan takaisin prosessoitavaksi levyksi. Materiaali sisältää edelleen kumihiilivetyä, mutta se kuljettaa mukanaan myös alkuperäisessä yhdisteessä olleet hiilimustaa, öljyä, tuhkaa ja kovetusjäännöksiä.
Jäterenkaiden kierrätyskone kumijauheen tuotantoon Murskaus-, seulonta- ja magneettierotusjärjestelmä, joka valmistaa 10 meshin ja -40 meshin kumijauhetta käytöstä poistetuista renkaista. Näytä tuote → Prosessi alkaa hiomalla, sitten teräksen magneettierottelulla ja tekstiilikuidun poistamisella. Seuraa devulkanointia, joko lämpömekaanisesti, kemiallisesti tai mikroaaltoavusteisesti, ja jalostus tuottaa lopulta sileän arkin. Tyypillinen regenerointiaine sisältää noin 40-50 prosenttia kumihiilivetyä, ja loppuosa koostuu nokimustasta ja mineraalitäyteaineista.
Reklamaatiota ladataan normaalisti 5-20 phr teknisessä yhdisteessä. Tämän tason yläpuolella vetolujuus ja puristussuhde heikkenevät huomattavasti, vaikka kovettumisnopeus usein kasvaa.
Rekisteröinnin lisääminen alentaa raaka-ainekustannuksia ja ohjaa romua pois kaatopaikalta, minkä vuoksi sitä esiintyy säännöllisesti matoissa, pyöräkiiloissa ja muissa ei-kriittisissä tavaroissa. Se sopii huonosti dynaamisiin tiivisteisiin tai korkeisiin lämpötiloihin, joissa tasainen puristussarja on tärkeämpi kuin hinta.
Usein kysytyt kysymykset
Onko kumi valmistettu öljystä?
Osittain. Synteettinen kumi on valmistettu monomeereistä, kuten butadieenista, styreenistä ja isopreenistä, jotka ovat peräisin öljystä ja maakaasusta. Luonnonkumi ei ole, koska se tulee Hevea brasiliensis -puun lateksista. Useimmat teolliset kumituotteet käyttävät jompaakumpaa, ja monet käyttävät molempia yhdessä seoksessa.
Mitä eroa on luonnonkumin ja synteettisen kumin välillä molekyylitasolla?
Luonnonkumi on lähes puhdasta cis-1,4-polyisopreeniä, säännöllistä ketjua, joka kiteytyy rasituksessa ja antaa erittäin lujan. Synteettiset lajikkeet on rakennettu kahdesta tai useammasta monomeerista, joten ketjussa on eri sivuryhmiä pitkin pituutta. Nämä sivuryhmät luovat öljynkestävyyden NBR:ssä tai säänkestävyyden EPDM:ssä.
Mitä phr tarkoittaa kumireseptissä?
Phr tarkoittaa osia sataa kumia kohti. Jokainen ainesosa ilmaistaan suhteessa 100 paino-osaan kumipolymeeriä, joten 50 phr hiilimustaa sisältävä yhdiste sisältää puolet niin paljon mustaa kuin polymeeri. Se on suhdejärjestelmä, ei prosenttiosuus valmiista seoksesta.
Voiko kumia valmistaa ilman rikkiä?
Kyllä. EPDM, silikoni ja monet erikoislaadut kovetetaan peroksideilla, fenolihartseilla tai metallioksideilla rikin sijaan. Rikki on edelleen yleisin parantava aine, koska se on halpa ja toimii hyvin tyydyttymättömien ketjujen, kuten NR, SBR ja NBR, kanssa.
Koostumustarina päättyy siihen, missä käyttö alkaa: seos on oikea vain, kun sen polymeeri, täyteainemäärä ja kovetusjärjestelmä vastaavat lämpöä, öljyä ja osan taipumista kohtaavat.
Previous