Mistä kumi on tehty? Luonnollinen lateksi, synteettiset polymeerit ja lisäaineet

Kaksi kumilevyä voi istua samalla lavalla näyttäen identtisiltä – sama paksuus, sama musta pinta – mutta yksi selviää viisi kesää ulkona, kun taas toinen halkeilee yhden kauden aikana. Erona ei koskaan ole sana "kumi" etiketissä; siitä kumi oikeastaan ​​on tehty.

Lyhyesti sanottuna jokainen kumi alkaa pitkistä polymeeriketjuista. Luonnonkumi käyttää nestemäisenä lateksina kumipuista kierrettyä polyisopreenia; synteettinen kumi käyttää ketjuja, jotka on rakennettu öljypohjaisista monomeereistä, kuten butadieenista ja styreenistä. Kumpikaan ei toimi yksin: molempiin sekoitetaan kovetusaineita, täyteaineita, öljyjä ja suoja-aineita, minkä jälkeen ne vulkanoidaan lämmöllä ketjujen lukitsemiseksi yhdeksi elastiseksi verkostoksi.

Lyhyt vastaus: Polymeeriketjut plus yhdistelmäkaava

Insinöörit kutsuvat kumia elastomeeriksi: polymeeriksi, joka venyy kuormituksen alaisena ja joustaa takaisin vapautettaessa. Polymeeri on jättimäinen molekyyli, joka on rakennettu tuhansista toistuvista yksiköistä, jotka on liitetty päittäin ketjuksi – luonnonkumin rakennuspalikka on isopreeni (C5H8). Pelkästään raakapolymeeri on kuitenkin tahmeaa kesällä, jäykkää talvella ja heikkoa kuormitettuna. Siksi oikea kumi on aina seos, resepti, jossa polymeerin paino on vain noin puolet tai kaksi kolmasosaa. Loput ainesosat jakautuvat viiteen perheeseen:

1. Pohjapolymeeri – luonnollinen polyisopreeni tai synteettinen elastomeeri, joka määrittää tuotteen ytimen.
2. Kovetusjärjestelmä – rikki tai peroksidit, jotka muodostavat ristisidoksia vulkanoinnin aikana.
3. Täyteaineet – hiilimusta, piidioksidi, savi tai liitu, jotka lisäävät lujuutta ja hallitsevat kustannuksia.
4. Prosessiöljyt ja pehmittimet, jotka pehmentävät massaa tasaisen sekoittumisen ja kalanteroinnin aikaansaamiseksi.
5. Suojaaineet – antioksidantit, antiotsonantit ja vahat, jotka hidastavat lämmön, otsonin ja sään vaikutusta.

Luonnonkumi: Polyisopreeni Tree Latexista

Luonnonkumi tulee Hevea brasiliensis -kumipuusta. Työntekijät leikkaavat ohuen spiraalin kuoreen, ja puusta vuotaa lateksia – maitomaista nestettä, jonka sisällöstä noin 30–35 prosenttia on veteen suspendoitua kumihiilivetyä, joka on usein stabiloitu ammoniakilla, jotta se ei koaguloitu kupissa. Sisällä oleva polymeeri on cis-1,4-polyisopreenia ja sen järjestyksessä oleva, joustava geometria selittää luonnonkumin poikkeuksellisen joustavuuden: venytettynä ketjut kohdistuvat ja kiteytyvät, minkä vuoksi myös täyttämätön luonnonkumi voi saavuttaa vetolujuuden lähelle 25 MPa.

Sen käsittelemiseksi lateksi koaguloidaan muurahaishapolla, sitten rullataan ja kuivataan uurreiseksi savulevyksi tai puristetaan lohkolaatuiksi kuljetusta varten. Yksittäinen puu tuottaa vain muutaman kilon kuivaa kumia vuodessa, mikä pitää luonnonkumin maataloushyödykkeenä, jonka hinta heilahtelee satojen ja rahtireittien myötä.

Luonnonkumilevy tiivistämiseen ja iskunvaimennusta varten Selitettyään, kuinka lateksi prosessoidaan arkeiksi, tämä luonnonkumilevy on asiaankuuluva esimerkki: se tarjoaa korkean elastisuuden, repeytymiskestävyyden ja vakaan suorituskyvyn tiivistämiseen, liukumattomuuteen ja vuoraukseen -50 ℃ ja 70 ℃ välillä. Näytä tuote →

Sen kemiallinen heikkous on samassa kaksoissidoksessa, joka antaa sille kevään: otsoni, UV-valo ja hiilivetyöljyt hyökkäävät siihen kohtaan helposti, joten käsittelemätön luonnonkumi halkeilee ulkona ja turpoaa polttoaineessa. Nämä ovat tärkeimmät syyt siihen, miksi seosaineet lisäävät suojaaineita tai siirtyvät käyttämään synteettisiä vaihtoehtoja.

Synteettinen kumi: Polymeerit, jotka on valmistettu öljystä

Synteettiset kumit valmistetaan polymeroimalla raakaöljystä ja maakaasusta peräisin olevia monomeerejä. Ne muodostavat nyt noin kaksi kolmasosaa maailmanlaajuisesta kumin kulutuksesta, koska jokainen resepti voidaan säätää tiettyä uhkaa vastaan ​​- öljyä, lämpöä, otsonia, hankausta tai liekkejä. Etiketissä olevat monomeerit ennustavat suorituskyvyn:

Nitriili (NBR) osoittaa, miten monomeerit muuttuvat suoraan ominaisuuksiksi: akryylinitriilin pitoisuuden nostaminen noin 18 prosentista 45 prosenttiin parantaa öljyn kestävyyttä samalla kun se vähentää joustavuutta alhaisissa lämpötiloissa. Ostajat, jotka ohittavat tämän yksityiskohdan, päätyvät tiivisteisiin, jotka turpoavat juuri siinä nesteessä, jota ne ostettiin sisältämään.

NBR-kumilevy viritettävällä öljynkestävyydellä Akryylinitriilipitoisuudesta ja öljyn turpoamisesta käydyn keskustelun jälkeen tämä nitriilikumilevy havainnollistaa materiaalivalintaa: se sopii öljylle alttiisiin tiivistyssovelluksiin, joissa nesteen vastus on tärkeämpää kuin joustavuus alhaisissa lämpötiloissa tai otsoninkestävyys. Näytä tuote →

EPDM tekee päinvastaista kauppaa. Sen kylläinen selkäranka kohauttaa otsonia, auringonvaloa ja vettä – tästä syystä se pitää otteen ulkotiivisteistä ja kattoista – mutta sama kemia ei anna sille juuri mitään vastustuskykyä hiilivetyöljyjä vastaan.

EPDM-kumilevy ulkotiivistykseen Heti EPDM:n kyllästettyä otsonia, auringonvaloa ja vettä kestävää runkoa koskevan huomautuksen jälkeen tämä levy sopii ulkotiivisteisiin, kattoihin ja eristeisiin, joiden käyttöalue on -40 ℃ - 150 ℃, vaikka öljynkestävyys on rajoitettu. Näytä tuote →

Mitä muuta menee kumiyhdisteeseen

Kaavat annostellaan phr-osina sataa kumia painon mukaan. Tyypillinen musta yhdiste kuuluu suunnilleen näin:

• Rikki, 1-3 phr: silloitusaine; liian vähän jättää heikkoa kumia, kun taas paljon enemmän muuttaa sen kovaksi eboniitiksi.
• Kiihdyttimet, alle 2 phr: kemikaalit, jotka tekevät rikin kovettumisen nopeasti alhaisemmassa lämpötilassa.
• Sinkkioksidi, 3-5 phr, plus steariinihappo, 1-2 phr: aktivaattorit, jotka antavat kiihdyttimien toimia.
• Hiilimusta, 20-50 phr: syy, miksi useimmat teollisuuskumit ovat mustaa, ja täyteaine, joka voi kaksinkertaistaa vetolujuuden ja käyttöiän.
• Savi tai liitu: edullisia täyteaineita, jotka säätävät kovuutta ja hintaa ei-kriittisissä osissa.
• Prosessiöljyt, 5-20 phr: pehmentää seosta jauhatusta ja kalanterointia varten.
• Antioksidantit, antiotsonantit ja vahat, 1-5 phr yhdistettynä: hidas vanheneminen ja otsonin halkeilu.

Siirrä mitä tahansa linjaa ja tuote liikkuu sen mukana: lisää vahaa ja arkki kestää otsonia; vaihda hiilimustan piidioksidiin ja repäisylujuus nousee hinnan mukana; nostaa rikkipitoisuutta ja kovuus nousee Shore A -asteikolla. Tästä syystä kaksi arkkia, joilla on sama paksuus, eivät voi käyttäytyä samalla tavalla.

Vulkanointi: askel, joka lukitsee ketjut yhteen

Vulkanoimaton kumi on sekoitus itsenäisiä ketjuja, jotka liukuvat toistensa ohi – tahmeita, heikkoja ja muodottomia kuumana päivänä. Vuonna 1839 Charles Goodyear havaitsi, että kumin kuumentaminen rikillä muuttaa sen pysyvästi: rikkiatomit yhdistävät vierekkäiset ketjut reaktiivisissa kaksoissidoksissa hitsaten tuhansia irtonaisia ​​säikeitä yhdeksi verkostoksi.

Kaavion punaiset linkit ovat rikkisiltoja – sama reaktio, joka suoritetaan jokaisen vulkanointipuristimen sisällä. Luvut ovat käytännöllisiä, eivät kansanperinteitä: puristuskovetus kestää tyypillisesti 140-180 °C:ssa muutamasta minuutista tuntiin riippuen osan paksuudesta, ja silloitustiheys määrittää lopullisen kovuuden. Silikoni ja jotkin EPDM-laadut ohittavat rikin ja kovettuvat sen sijaan peroksideilla tai mikroaaltouunin kuumailmaputkilla, minkä vuoksi silikonilevy pysyy joustavana lämpötiloissa, jotka heikentävät rikkikovettuvaa kumia.

Kuinka raakapolymeeristä tulee arkki, matto tai hihna

Reseptistä tulee tuote vain koneiden kautta, ja järjestys on sama, olipa tuotos lehmämatto tai kuljetushihna:

1. Sekoitus – sisäiset sekoittimet (Banbury), sekoittimet tai avoimet kaksitelamyllyt leikkaavat polymeeriä ja hajottavat täyteaineita, öljyjä ja kemikaaleja; sekoituslämpötila ja energia määräävät, kuinka tasalaatuinen seos on.
2. Muotoilu – kalanterointi muuttaa seoksen jatkuvaksi levyksi, suulakepuristimet muodostavat profiileja ja puristavat muotin osia lämmön ja paineen alaisena.
3. Vulkanointi – puristimet, autoklaavit, Rotocure-rummut tai mikroaaltolinjat lukitsevat lopulliset elastiset ominaisuudet.

Vaiheet ruokkivat toisiaan: huonosti dispergoitunut täyteaine ei koskaan palaudu kalanterissa, ja epätasainen telaväli ilmaantuu uudelleen paksuuden vaihteluna kovettumisen jälkeen. Siksi prosessorit käsittelevät sekoittamista, muotoilua ja kovetusta yhtenä jatkuvana ketjuna, ja oppaamme kumisekoittimien, kalanterien ja puristimien valintaan käy läpi tämän valintalogiikan askel askeleelta.

Joten mistä kumi on tehty? Polymeeri – luonnollisia isopreeniketjuja puulateksista tai synteettisiä ketjuja maaöljystä – sekä annosteltu koostumus parantavia, täyteaineita, öljyjä ja suoja-aineita, jotka on hitsattu yhdeksi elastiseksi verkostoksi vulkanoinnilla. Yhdistä polymeeri sen altistukseen: NBR öljyyn, EPDM aurinkoon ja säähän, luonnonkumi tai SBR hankausta ja hintaa varten, silikoni äärilämpötiloihin.

Jos hankit levyjä, mattoja tai hihnoja, pyydä yhdistelmätietolehteä – polymeerityyppi, Shore A-kovuus, vetolujuus, venymä –, koska nämä luvut, eivät sana "kumi", ennustavat, kuinka osa vanhenee sovelluksessasi. Sekä kuminkäsittelylaitteiden että valmiiden kumituotteiden valmistajana työskentelemme tämän ketjun jokaisessa vaiheessa; katso kuinka yhdisteet sopivat todellisiin sovelluksiin kumituotteiden ratkaisuissamme.