Dvije gumene ploče mogu stajati na istoj paleti izgledajući identično - iste debljine, iste crne površine - ali jedna preživi pet ljeta na otvorenom, dok druga pukne unutar jedne sezone. Razlika nikada nije riječ "guma" na etiketi; to je ono od čega je guma zapravo napravljena.
Ukratko, svaka guma počinje kao dugi polimerni lanci. Prirodni kaučuk koristi poliizopren dobiven iz kaučukovca kao tekući lateks; sintetička guma koristi lance izgrađene od monomera na bazi nafte kao što su butadien i stiren. Niti jedno ne radi samostalno: oba su pomiješana sa sredstvima za stvrdnjavanje, punilima, uljima i zaštitnim sredstvima, zatim vulkanizirana toplinom kako bi se lanci zaključali u jednu elastičnu mrežu.
Kratak odgovor: polimerni lanci plus složena formula
Inženjeri gumu nazivaju elastomerom: polimerom koji se rasteže pod opterećenjem i opruži kada se otpusti. Polimer je ogromna molekula izgrađena od tisuća jedinica koje se ponavljaju spojenih kraj do kraja u lanac—građevni element prirodne gume je izopren (C5H8). Međutim, sam sirovi polimer je ljepljiv ljeti, krut zimi i slab pod opterećenjem. Zato je prava guma uvijek spoj, recept u kojem polimer čini samo oko pola do dvije trećine težine. Preostali sastojci spadaju u pet obitelji:
- Osnovni polimer—prirodni poliizopren ili sintetski elastomer, koji daje osnovni karakter proizvoda.
- Sustav stvrdnjavanja—sumpor ili peroksidi, koji stvaraju poprečne veze tijekom vulkanizacije.
- Punila—čađa, silicij, glina ili kreda, koja povećavaju snagu i kontroliraju troškove.
- Procesna ulja i plastifikatori koji omekšavaju temeljac za glatko miješanje i kalandriranje.
- Zaštitna sredstva—antioksidansi, antiozonansi i voskovi koji usporavaju napad topline, ozona i atmosferilija.
~35% sadržaj gume u lateksu svježeg drveta
1-3 phr sumpora u većini sustava stvrdnjavanja
140-180°C tipična temperatura stvrdnjavanja pritiskom
~2/3 svjetske potrošnje gume je sintetička
Prirodna guma: poliizopren iz lateksa drveta
Prirodni kaučuk dolazi od Hevea brasiliensis, stabla kaučukovca. Radnici zarežu tanku spiralu u koru, a drvo ispušta lateks - mliječnu tekućinu u kojoj je otprilike 30-35 posto sadržaja gumeni ugljikovodik suspendiran u vodi, često stabiliziran amonijakom kako se ne bi zgrušao u posudi. Unutrašnji polimer je cis-1,4-poliizopren, a njegova uredna, elastična geometrija objašnjava iznimnu elastičnost prirodne gume: kada se rastegnu, lanci se poravnavaju i kristaliziraju, zbog čega čak i prirodna guma bez punila može doseći vlačnu čvrstoću blizu 25 MPa.
Da bi se obradio, lateks se koagulira mravljom kiselinom, zatim se uvalja i suši u rebrasti dimljeni lim ili komprimira u blokove za otpremu. Jedno stablo daje samo nekoliko kilograma suhe gume godišnje, što prirodnu gumu drži poljoprivrednom robom čija se cijena mijenja s žetvom i teretnim rutama.
List od prirodne gume za brtvljenje i apsorpciju udaraca Nakon objašnjenja kako se lateks prerađuje u listove, ova ploča od prirodne gume relevantan je primjer: nudi visoku elastičnost, otpornost na trganje i stabilnu izvedbu za brtvljenje, protukliznu upotrebu i podstavu između -50 ℃ i 70 ℃. Pogledajte proizvod → Njegova kemijska slabost leži u istoj dvostrukoj vezi koja mu daje oprugu: ozon, UV svjetlo i ugljikovodična ulja napadaju to mjesto spremno, tako da neobrađena prirodna guma puca na otvorenom i bubri u gorivu. To su glavni razlozi zbog kojih proizvođači smjesa dodaju sredstva za zaštitu ili prelaze na sintetičke alternative.
Sintetička guma: polimeri izrađeni od nafte
Sintetička guma se proizvodi polimerizacijom monomera dobivenih iz sirove nafte i prirodnog plina. Oni sada čine otprilike dvije trećine globalne potrošnje gume, jer se svaki recept može prilagoditi protiv određene prijetnje - ulja, topline, ozona, abrazije ili plamena. Monomeri na naljepnici predviđaju učinak:
| Vrsta gume | Izgrađeno od | Snaga potpisa | Tipični proizvodi |
|---|---|---|---|
| SBR | Stiren butadien | Otpornost na habanje po niskoj cijeni | Gume, SBR folije, navlake za pojaseve |
| NBR | Akrilonitril butadien | Otpornost na ulje i gorivo | Brtve, crijeva, lim otporan na ulja |
| EPDM | Etilen, propilen, dien | Otpornost na ozon, UV zračenje i paru | Vanjske brtve, krovište, vremenske trake |
| CR (neopren) | Kloropren | Uravnoteženo ponašanje plamena, vremenskih prilika i ulja | Brtve, kabelski omotači |
| Silikon | Siloksanska okosnica | Elastična od oko -60 do 230°C | Dijelovi za hranu i visoke temperature |
Nitril (NBR) pokazuje kako se monomeri izravno pretvaraju u svojstva: povećanje sadržaja akrilonitrila s oko 18 na 45 posto postojano poboljšava otpornost na ulje dok se smanjuje fleksibilnost pri niskim temperaturama. Kupci koji preskoče taj detalj završe s brtvama koje nabubre u istoj tekućini za koju su kupljeni.
NBR gumena ploča s podesivom otpornošću na ulje Nakon rasprave o sadržaju akrilonitrila i bubrenju ulja, ova ploča od nitrilne gume ilustrira odabir materijala: odgovara primjenama brtvljenja izloženim ulju gdje je otpornost na tekućine važnija od fleksibilnosti pri niskim temperaturama ili otpornosti na ozon. Pogledajte proizvod → EPDM čini suprotnu trgovinu. Njegova zasićena okosnica odbija ozon, sunčevu svjetlost i vodu - otud njegovo prianjanje na vanjske brtve i krovove - ali ista kemija ne daje gotovo nikakvu otpornost na ugljikovodična ulja.
EPDM gumena ploča za vanjsko brtvljenje Odmah nakon napomene o EPDM-ovoj zasićenoj okosnici koja je otporna na ozon, sunčevu svjetlost i vodu, ova ploča odgovara vanjskim brtvama, krovištu i izolaciji, s radnim rasponom od -40 ℃ do 150 ℃ iako je ograničena otpornost na ulje. Pogledajte proizvod → Što još ulazi u smjesu gume
Formule se doziraju u phr—dijelovi na sto gume po težini. Tipični crni spoj glasi otprilike ovako:
- Sumpor, 1-3 phr: sredstvo za umrežavanje; premalo ostavlja slabu gumu, dok je puno više pretvara u tvrdi ebonit.
- Ubrzivači, ispod 2 phr: kemikalije koje ubrzavaju stvrdnjavanje sumpora na nižim temperaturama.
- Cinkov oksid, 3-5 phr, plus stearinska kiselina, 1-2 phr: aktivatori koji omogućuju rad akceleratora.
- Čađa, 20-50 phr: razlog zašto je većina industrijske gume crna, i punilo koje može udvostručiti vlačnu čvrstoću i vijek trajanja.
- Glina ili kreda: jeftina punila koja prilagođavaju tvrdoću i cijenu u nekritičnim dijelovima.
- Procesna ulja, 5-20 phr: omekšavaju smjesu za mljevenje i kalandriranje.
- Antioksidansi, antiozonansi i voskovi, 1-5 phr u kombinaciji: sporo starenje i pucanje ozona.
Pomaknite bilo koju liniju i proizvod se pomiče s njom: dodajte vosak i plahta je otporna na ozon; zamijenite čađu silicijevim dioksidom, a otpornost na trganje raste zajedno s cijenom; povećavaju sumpor i tvrdoća raste na Shore A ljestvici. Zbog toga se dva lista iste debljine ne mogu ponašati jednako.
Vulkanizacija: korak koji povezuje lance
Nevulkanizirana guma je splet neovisnih lanaca koji klize jedan pokraj drugoga - ljepljiv, slab i bezobličan na vrućem danu. Godine 1839. Charles Goodyear otkrio je da zagrijavanje gume sa sumporom trajno mijenja: atomi sumpora premošćuju susjedne lance na njihovim reaktivnim dvostrukim vezama, spajajući tisuće labavih niti u jednu mrežu.
Crvene poveznice na dijagramu su oni sumporni mostovi — ista reakcija koja se odvija u svakoj preši za vulkanizaciju. Brojke su praktične, a ne folklorne: stvrdnjavanje prešanjem obično teče na 140-180°C od nekoliko minuta do sat vremena, ovisno o debljini dijela, a gustoća umreženosti određuje konačnu tvrdoću. Silikon i neke vrste EPDM-a preskaču sumpor i umjesto toga stvrdnjavaju peroksidima ili mikrovalnim linijama vrućeg zraka, zbog čega silikonska ploča ostaje fleksibilna na temperaturama koje bi degradirale gumu osušenu sumporom.
Kako sirovi polimer postaje plahta, prostirka ili remen
Recept postaje proizvod tek putem strojeva, a redoslijed je isti bez obzira na to je li rezultat kravlja prostirka ili pokretna traka:
- Miješanje - unutarnje miješalice (Banbury), gnječilice ili otvoreni mlinovi s dva valjka smiču polimer i raspršuju punila, ulja i kemikalije; temperatura i energija miješanja odlučuju o tome koliko je spoj jednoličan.
- Oblikovanje—kalandriranje pretvara smjesu u kontinuiranu ploču, ekstruderi oblikuju profile i prešaju dijelove kalupa pod toplinom i pritiskom.
- Vulkanizacija—preše, autoklavi, Rotocure bubnjevi ili mikrovalne linije zaključavaju konačna elastična svojstva.
Stupnjevi se međusobno dopunjuju: slabo raspršeno punilo nikada se ne oporavi na kalandru, a neravnomjeran razmak valjaka ponovno se pojavljuje kao varijacija debljine nakon stvrdnjavanja. Zbog toga prerađivači tretiraju miješanje, oblikovanje i stvrdnjavanje kao jedan kontinuirani lanac, a naš vodič za odabir gumenih miješalica, kalandera i preša prolazi kroz tu logiku odabira korak po korak.
Dakle, od čega je napravljena guma? Polimer—prirodni izoprenski lanci od drvenog lateksa ili sintetički lanci od nafte—plus dozirana formula ljekovitih sredstava, punila, ulja i zaštitnih sredstava, zavarena u jednu elastičnu mrežu vulkanizacijom. Uskladite polimer s izloženošću s kojom će se suočiti: NBR za ulje, EPDM za sunce i vremenske uvjete, prirodna guma ili SBR za abraziju i cijenu, silikon za ekstremne temperature.
Ako nabavljate listove, prostirke ili remene, zatražite tablicu s podacima o spoju - vrsta polimera, tvrdoća po Shore A, vlačna čvrstoća, istezanje - jer te brojke, a ne riječ "guma", predviđaju koliko će dio starjeti u vašoj primjeni. Kao proizvođač opreme za obradu gume i gotovih proizvoda od gume, radimo na svakoj točki tog lanca; pogledajte kako se spojevi preslikavaju na stvarne primjene u našim rješenjima za gumene proizvode.
Previous