Od čega je napravljena guma: prirodni lateks, sintetski polimeri i smjese

U tipičnoj smjesi gaznog sloja gume, gumeni polimer čini samo oko 47 posto ukupne težine. Ostatak dolazi u miješalicu kao čađa, procesno ulje, cinkov oksid, sumpor, ubrzivači i antidegradanti. Taj jedinstveni udio najbrži je način da se odgovori na pitanje od čega je napravljena guma, jer materijal koji ljudi zapravo režu, oblikuju i prodaju nije jedna tvar. To je polimer plus pažljivo odvagan paket kemije.

Kratak odgovor: Polimerna okosnica plus paket za kompaundiranje

Guma je napravljena od polimera dugog lanca u kombinaciji s punilima, uljima, ljekovitim i zaštitnim kemikalijama. Sam polimer je ili cis-1,4-poliizopren dobiven iz stabla Hevea brasiliensis ili sintetski lanac izgrađen u reaktoru od monomera dobivenih iz nafte i prirodnog plina. Sve ostalo u receptu postoji kako bi taj lanac bio obradiv, izdržljiv i predvidljiv u radu.

Izopren, monomer s pet ugljika iza prirodne gume, mala je molekula. Polimerizacija povezuje tisuće tih jedinica od glave do repa u lanac čija molekularna težina može doseći nekoliko stotina tisuća grama po molu. Ta je duljina ono što omogućuje materijalu da se rastegne nekoliko puta u odnosu na svoju izvornu duljinu i oporavi se, pod uvjetom da su lanci međusobno usidreni.

Sirovi polimer sam po sebi gotovo je beskoristan na proizvodnoj liniji. Nevulkanizirana prirodna guma je ljepljiva za toplog vremena i lomljiva za hladnog vremena, a brzo gubi čvrstoću iznad 60 stupnjeva Celzijusa. Paket mješavina popravlja te slabosti, zbog čega gotovo svaka specifikacija koju ćete ikada pročitati opisuje spoj, a ne polimer.

Prirodna guma: Što izlazi iz stabla

Prirodni kaučuk napravljen je od prirodnog lateksa, mliječne suspenzije koja se sastoji od otprilike 30 do 40 posto poliizoprena, 55 do 65 posto vode i malog, ali važnog udjela proteina, lipida, šećera i mineralnih soli. Negumena frakcija je sićušna po težini, ali ipak utječe na ponašanje stvrdnjavanja, miris, starenje i rizik od alergija.

Berba počinje kada je stablo staro oko pet do sedam godina. Taper briše tanku spiralu kore, lateks se slijeva u šalicu, a tekućina se čuva amonijakom za otpremu. U tvornici se lateks zgrušava mravljom kiselinom, a zatim prerađuje u jedan od tri komercijalna oblika: nedimljene ploče, rebraste dimljene ploče ili mrvljenu gumu koja se prodaje u tehnički određenim razredima.

Za dublju usporedbu dva polimerna putanja, razgradnja prirodni lateks i sintetski polimeri vrijedi pročitati uz specifikacije sirovina koje dobivate od svog dobavljača.

Sintetički kaučuk: Što izlazi iz rafinerije

Sintetička guma je napravljena od monomera dobivenih iz nafte i prirodnog plina, zatim polimerizirana u reaktoru pod kontroliranom temperaturom, tlakom i uvjetima katalizatora. Budući da se omjeri monomera mogu prilagoditi unutar uskih prozora, dobiveni polimer je mnogo konzistentniji od serije do serije od plantažne gume.

Sustav imenovanja ISO 1629 grupira ove materijale prema strukturi njihove okosnice. Vrste sa sufiksom R, kao što su NR, SBR, BR, NBR i CR, imaju nezasićene ugljikove lance i lako se stvrdnjavaju sumporom. Vrste s nastavkom M, uključujući EPDM i silikon, imaju zasićene lance i umjesto toga obično trebaju peroksid, smolu ili sličan sustav stvrdnjavanja.

Što još ulazi: Recept za slaganje

Na 100 dijelova gume, spoj opće namjene obično sadrži 40 do 60 phr čađe, 5 do 30 phr procesnog ulja, 3 do 5 phr cinkovog oksida, 1 do 2 phr stearinske kiseline, 1,5 do 2,5 phr sumpora, 0,8 do 2 phr akceleratora i 1 do 3 phr antidegradanta. Te brojke su radni raspon za konvencionalne spojeve otvrdnute sumporom, i značajno se pomiču nakon što otpornost na toplinu, otpornost na ulje ili niska kompresija uđu u specifikaciju.

Rubber Banbury stroj za miješanje gume i plastike Mješalica visokih performansi s hidrauličkom kontrolom i optimiziranim rotorom za raspršivanje čađe, procesnog ulja i aditiva u gumenim smjesama. Pogledajte proizvod →

Svaki broj u toj rečenici mjeren je u phr, što označava dijelove gume na sto. Referentna težina je uvijek 100 dijelova polimera, nikada težina gotove smjese, tako da se recept može povećati ili smanjiti bez ponovnog izračunavanja omjera.

Obitelji sastojaka spadaju u pet funkcionalnih skupina:

• Punila, uglavnom čađa i istaloženi silicij, dodaju čvrstoću, tvrdoću i otpornost na abraziju.
• Plastifikatori i procesna ulja omekšavaju smjesu, poboljšavaju protok i snižavaju temperaturu miješanja.
• Aktivatori poput cinkovog oksida i stearinske kiseline pretvaraju akcelerator u njegov aktivni oblik.
• Kurativi, sumpor ili peroksid, stvaraju poprečne veze koje gumu čine elastičnom.
• Antidegradansi, uključujući amine, fenole i voskove, usporavaju starenje kisika, ozona i topline.

Od polimera do proizvoda: četiri koraka obrade

Pretvaranje tih sastojaka u upotrebljiv dio slijedi četiri koraka, a sastav se mijenja u svakom. Pogreške u vaganju od nekoliko grama u seriji od 50 kilograma dovoljne su za pomak tvrdoće za nekoliko točaka na IRHD ljestvici.

Gumeni kalandr s 3 valjka za premazivanje i kalandriranje Kalander s tri valjka s PLC kontrolom i podesivim razmakom valjaka za premazivanje užeta, platna ili kalandriranje ploča unutarnje obloge gume. Pogledajte proizvod →

Kako se sastav prikazuje na podatkovnoj tablici

List s podacima o gumi izvješćuje o identitetu polimera, omjerima monomera, granicama kontaminacije i ponašanju obrade, što pretvara nevidljivu kemiju u brojke koje možete usporediti. Čitanje tih brojeva u usporedbi s aplikacijom najbrži je način da se uhvati neslaganje prije nego materijal stigne do linije.

• Sadržaj akrilonitrila u NBR kreće se od oko 18 posto za nisku otpornost na ulje do 42 posto za teški kontakt s gorivom.
• Vezani stiren u SBR-u obično je oko 23,5 posto u standardnoj emulziji, a viši stiren povećava prianjanje na mokrom i nakupljanje topline.
• Omjer etilena i propilena plus ENB sadržaj definira kako EPDM stvrdnjava i koliko dobro podnosi ozon.
• Mooneyeva viskoznost ML(1 4) na 100 stupnjeva Celzijusa obično je između 40 i 80 za miješani spoj.
• Pepeo, hlapljive tvari i sadržaj prljavštine određuju gornju granicu odabira kvalitete prirodne gume.

Tamo gdje je specifikacija najvažnija, podatke o spoju treba provjeriti u odnosu na gotov dio, a ne sam polimer. Isto obrazloženje vrijedi i za sve industrijski gumeni proizvodi , od limova i otirača do poklopaca za crijeva i spojeva za pojaseve.

Regenerirana guma: sastav nakon drugog života

Regenerirana guma izrađuje se od mljevenog otpada, uglavnom otpadnih guma, koje se devulkaniziraju i rafiniraju natrag u lim koji se može preraditi. Materijal još uvijek sadrži gumeni ugljikovodik, ali također nosi čađu, ulje, pepeo i ostatke otvrdnjavanja koji su bili u izvornoj smjesi.

Stroj za recikliranje otpadnih guma za proizvodnju gumenog praha Sustav drobljenja, prosijavanja i magnetske separacije koji priprema gumeni prah od 10 mesh i -40 mesh iz otpadnih guma. Pogledajte proizvod →

Proces počinje mljevenjem, zatim magnetskom separacijom čelika i uklanjanjem tekstilnih vlakana. Slijedi devulkanizacija, bilo termomehanička, kemijska ili uz pomoć mikrovalova, a pročišćavanjem se konačno dobije glatka ploča. Tipični povratni proizvod sadrži otprilike 40 do 50 posto ugljikovodika gume, a ostatak čine čađa i mineralna punila.

Dodavanje povrata smanjuje troškove sirovina i preusmjerava otpad s odlagališta, zbog čega se redovito pojavljuje u otiračima, klinovima za kotače i drugoj nekritičnoj robi. Loše odgovara dinamičkim brtvama ili primjenama pri visokim temperaturama gdje je dosljedna kompresija važnija od cijene.

Često postavljana pitanja

Je li guma napravljena od nafte?

Djelomično. Sintetička guma se proizvodi od monomera kao što su butadien, stiren i izopren koji se dobivaju iz nafte i prirodnog plina. Prirodna guma nije, budući da dolazi od lateksa stabla Hevea brasiliensis. Većina industrijskih proizvoda od gume koristi jedno ili drugo, a mnogi koriste oboje u jednoj smjesi.

Koja je razlika između prirodne i sintetičke gume na molekularnoj razini?

Prirodna guma je gotovo čisti cis-1,4-poliizopren, pravilnog lanca koji kristalizira pod naprezanjem i daje vrlo veliku čvrstoću. Sintetičke vrste izgrađene su od dva ili više monomera, tako da lanac nosi različite bočne skupine duž svoje duljine. Te bočne skupine stvaraju otpornost na ulje kod NBR-a ili otpornost na vremenske uvjete kod EPDM-a.

Što znači phr u receptu za gumu?

Phr označava dijelove na sto gume. Svaki sastojak izražen je u odnosu na 100 dijelova gumenog polimera po težini, tako da spoj s 50 phr čađe sadrži upola manje čađe od polimera. To je sustav omjera, a ne postotak gotove mješavine.

Može li se guma napraviti bez sumpora?

Da. EPDM, silikon i mnoge specijalne vrste stvrdnjavaju se peroksidima, fenolnim smolama ili metalnim oksidima umjesto sumpora. Sumpor je i dalje najčešći lijek jer je jeftin i dobro djeluje s nezasićenim lancima kao što su NR, SBR i NBR.