Vulkanizált gumi jelentése: Hogyan változtatja meg a kén térhálósodása a nyers gumit

A vulkanizált gumi olyan nyers gumi, amelyet kémiailag térhálósítottak, általában kénnel és hővel, így hosszú polimerláncai háromdimenziós hálózatba kötődnek. Ez az egész jelentése egy mondatban. Minden más, ami ehhez a kifejezéshez kapcsolódik – a kén, a hő, a kikeményítő prések, a gyári padló szaga – azért létezik, hogy ezt az egyetlen szerkezeti változást előidézze.

A gyakorlati következmény könnyen belátható. A gumiszalag a megereszkedés helyett visszanyeri eredeti alakját. A gumiabroncs futófelülete több ezer kilométeres kopást is kibír. Az O-gyűrű évek után is tömít egy forró motortérben. Ezen viselkedések egyike sem létezik a nyersanyagban. Csak térhálósodás után jelennek meg.

Ha összetett összetevőket szerez be, meghatároz egy keményítőprést, vagy megpróbálja kideríteni, hogy miért törékennyé vált egy köteg tömítés, akkor a meghatározás kevésbé számít, mint az, amit a folyamatlapon szereplő számok esetében jelent. Ide kerül a cikk többi része.

Mit jelent valójában a vulkanizált szó

A kifejezés Vulkántól, a római tűzistentől származik, és az 1840-es években alkalmazták a gumira, amikor Charles Goodyear felfedezte, hogy a nyers gumi kénnel való hevítése ragacsos, hőmérsékletre érzékeny gumiból stabil, rugalmas szilárd anyaggá alakítja. A név annak ellenére ragadt meg, hogy nem szerepel benne tűzistenség, és a modern gyártás számos térhálósító kémiát használ, amelyek egyáltalán nem tartalmaznak ként.

Kémiailag a vulkanizálás térhálósodási reakció. A nyers természetes gumi izoprén egységek lánca, jellemzően több tízezer darab, és nagyjából minden ötödik szénatomon kettős kötés áll rendelkezésre. A térhálósodás során a kén néhány kettős kötésnél reagál, és rövid hidakat képez a szomszédos láncok között. Egy tipikus kénhíd csak egy-nyolc kénatom hosszú, míg maguk a láncok rendkívül hosszúak. Néhány száz szénatomonként egy keresztkötés elegendő az anyag teljes megváltoztatásához.

Két dolgot érdemes itt szétválasztani. A vulkanizálás nem bevonat, és nem egyszerű keverés. Ha ként adagolunk egy malomhoz, és a keverékhez keverjük, vulkanizálatlan gumit kapunk, amely szinte pontosan úgy viselkedik, mint a nyersanyag. A változás csak akkor következik be, amikor a hő beindítja a reakciót, és ténylegesen kialakul a hálózat. Ez előtt a pillanat előtt van egy műanyag massza. Utána rugalmas szilárd anyag van. Nincs az a középső állapot, amely tartós lenne.

Azt is érdemes tudni, hogy ugyanez a szó a peroxidos kikeményítést, a fémoxidos kikeményítést, a gyantás keményedést és a sugárkezelést is magában foglalja. A szilikongumi, az EPDM és a fluorgumi gyakran térhálósodik kén nélkül. Amikor egy szállító azt mondja, hogy egy alkatrész vulkanizált, akkor ez azt jelenti, hogy a hálózat létezik, nem pedig azt, hogy ként használtak.

Miért nem képes a nyers gumi önmagában elvégezni a munkát?

A nyers guminak szinte nincsenek hasznos műszaki tulajdonságai. Szakítószilárdsága általában 0,5 és 2 MPa között van, ami nagyjából egy merev gélhez hasonlítható. Melegítse körülbelül 50-60 Celsius-fok fölé, és drámaian megpuhul; hűtse fagypont alá, és megmerevedik és törékennyé válhat. Hagyjon belőle egy csíkot terhelés alatt szobahőmérsékleten, és tartósan folyni fog - a szakkifejezés a hideg folyás, és ez az oka annak, hogy a vulkanizálatlan gumit lapos lemezként vagy tekercsbe csomagolva tárolják, nem pedig felakasztják.

Csepegtesse toluolba vagy benzinbe, és feloldódik. Napfénynek és oxigénnek kitéve gyorsan lebomlik. E viselkedések egyike sem hiba; egyszerűen olyan, mint amit egy térhálósítás nélküli polimer csinál. A láncok elcsúsznak egymás mellett, mert semmi sem tartja őket a helyükön.

Ez az oka annak, hogy elsősorban az összeállítási szakasz létezik. A kikeményedés előtt a keverék gumit, töltőanyagokat, például kormot, lágyítókat, antioxidánsokat és magát a térhálósító rendszert tartalmazza. A töltőanyag javítja a szilárdságot és a keménységet, de a háló az, ami mindent a helyére rögzít. Saját műszaki megjegyzéseink a gumi anyagok jellemzői és tulajdonságai Ismertesse meg, miben különböznek ezek az alappolimerek, mielőtt bármilyen térhálósító rendszert adnának hozzá.

Ha teljesen kihagyja a térhálósítást, nem kap gyengébb gumi részt. Olyan alkatrészt kap, amely egy hétig nem tartja meg a méreteit.

Mi változik fizikailag a vulkanizálás után

Amint a hálózat létezik, az anyag memóriát kap. Nyújtsa ki és visszatér. Tömörítsd és helyreáll. Ez a helyreállítás nem felszíni hatás; a keresztkötésekből származik, amelyek megakadályozzák a lánc tartós elcsúszását, miközben a keresztkötések közötti szegmensek szabadon mozoghatnak és feltekercselődnek.

Számos változás együtt jár:

• Az erő egy nagyságrenddel nő. Egy jól összeállított természetes gumikeverék általában eléri a 20-30 MPa szakítószilárdságot és a 400-700 százalékos szakadási nyúlást.
• A hasznos hőmérsékleti ablak kiszélesedik. A közönséges kénkeményített természetes gumi nagyjából 70 Celsius-fokig kényelmesen működik, az EPDM és a szilikonvegyületek pedig jóval túlmutatnak ezen.
• Oldószerállóság jelenik meg. Az anyag már nem oldódik; megduzzad, és a duzzanat mértéke praktikus mércévé válik, hogy az alkatrész milyen sűrűn térhálósodik.
• Javul a tömörítési készlet. A vulkanizált tömítés terhelés alatt is megtartja alakját, ahelyett, hogy elfolyna a tömítőfelületről.
• A felületi tapadás eltűnik. A kikeményedett gumi száraznak érzi magát, és tisztán kezelhető automata berendezéseken.

Figyelje meg, hogy a keménység alig mozdul. A térhálósítás elsősorban nem a merevségről szól; gyógyulásról van szó. A keménységet főként a töltőanyag betöltésével szabályozza, a rugalmasságot és a beállítást pedig a keresztkötési sűrűséggel. E két kar összekeverése az egyik leggyakoribb megfogalmazási hiba.

Kikeményítetlen versus vulkanizált gumi egymás mellett

Az alábbi táblázat összefoglalja azokat a különbségeket, amelyek a legfontosabbak az értékelés és a gyártás során. Az értékek tipikus tartományok, amelyek a szabványos gumitechnológiai referenciákból származnak, mint például Maurice Morton Gumi technológia és általános keverési gyakorlat; A pontos adatok a polimer típusától, a töltőanyag-töltéstől és a térhálósodási rendszertől függenek.

Olvassa el figyelmesen az első sort. Az 1 MPa körüli értékről 20 MPa fölé történő ugrás nem szerény előrelépés; ez egy másik osztályú anyag, amelyet egy tömegszázaléknyi kén hozzáadásával érnek el.

Kén, gyorsítók és az egyes adalékok hatásai

A csak kénnel történő kikeményítés technikailag lehetséges, de órákig tart, és rossz tulajdonságokat eredményez. A valódi vegyületek három vagy négy komponensből álló térhálósító rendszert használnak, amelyek együtt működnek.

A kén adagolása határozza meg a hálózat típusát

A hagyományos rendszerek nagyjából 1,5-3,0 rész gumit használnak fel. A félig hatékony rendszerek 1,0-1,5 phr-ra csökkennek több gyorsítóval, a hatékony rendszerek pedig 0,3-0,8 phr-ra. Az alacsonyabb kéntartalom rövidebb, termikusan stabilabb keresztkötéseket jelent, ami javítja a hőöregedést, de csökkentheti a fáradási élettartamot dinamikus alkalmazásokban, például motortartókban.

A gyorsítók beállítják az órát

A gyorsítók nem változtatják az úti célt, csak a sebességet. Egy tiazol, mint például az MBT, közepesen gyorsan, rövid leégési késleltetéssel gyógyul. A szulfenamid, például a CBS, hosszabb beégési időt biztosít, és a vastag öntött részek igáslója, ahol az áramlásnak be kell fejeződnie a reakció megkezdése előtt. A tiurámok és a ditiokarbamátok rendkívül gyorsak, és általában vékony profilokhoz vagy latexekhez vannak fenntartva. A gázpedál hibás beütése a leggyakoribb oka a befecskendező hordók idő előtti megégésének.

Kéngyorsítók a gumi vulkanizálásához A kéngyorsítók felgyorsítják a gumi vulkanizálását, ahol a kén önmagában lassan reagál. Ezek fontosak a gyorsítócsaládok kiválasztásakor, hogy egyensúlyba hozzák a keményedési sebességet a gumifeldolgozás során a beégés elleni biztonsággal. Termék megtekintése →

Ha egyensúlyba hozza a kikeményedési sebességet a perzselés elleni biztonsággal, a gyakorlati kiindulópont a gyorsítócsaládok diagramja a tipikus beégési idejükkel az Ön hordóhőmérsékletén, nem pedig a gyártósoron történő próba- és hibaüzem.

Aktivátorok és folyamatsegédek, amelyeket nem lehet kihagyni

A gyorsítók önmagukban meglepően hatástalanok. Fém-oxidra és zsírsavra van szükségük ahhoz, hogy létrehozzák azt az oldható komplexet, amely ténylegesen a ként szállítja a gumiba. Ezt a párt hívják aktivátorrendszernek, és ennek elhagyása csendes mód a gyógyulási arány felére csökkentésére.

A cink-oxid a standard választás, általában 3-5 phr-ban használják. Körülbelül 2 óra alatt a gyógyulás észrevehetően lassúvá válik, és a hálózat minősége romlik. 5 phr felett nincs további előny, és a felesleges cink-oxid hozzájárul a kész felület virágzásához. A részecskeméret is számít; a felületkezelt és a nanominőségű anyagok gyorsabban diszpergálódnak egy rövid keverési ciklus alatt, ami gyakran az igazi oka annak, hogy a vegyület egy tételben egyenetlenül keményedik.

Aktív cink-oxid a gumi vulkanizálásához Az aktív cink-oxid kis részecskeméretet és magas vulkanizációs aktivitást kínál. A gumikeverékekben támogatja a térhálósodást, és a finomabb vagy felületkezelt minőségek gyorsabban oszlanak szét rövid keverési ciklusok alatt. Termék megtekintése →

A sztearinsav a pár második fele, jellemzően 1-3 phr. Oldja a cinket, hogy részt vehessen a reakcióban, valamint kenőanyagként is funkcionál, amely elősegíti a részek eltávolítását a formából. Túl kevés és korai a gyógyulási fennsík; túl sok, és a felületre vándorolhat, ami rossz tapadást okoz az öntött vagy ragasztott szerelvényeknél.

Sztearinsav gumikeveréshez A sztearinsav a cink-oxiddal együtt hat a gumi vulkanizálásában, jellemzően 1-3 phr-val, szolubilizálja a cinket és elősegíti a penész kioldódását. A felesleg elvándorolhat, és károsíthatja a ragasztott szerelvények tapadását. Termék megtekintése →

A cink-oxid és a sztearinsav együtt kilogrammonként nagyon kevés költséget jelent, de befolyásolják a kikeményedési sebességet, a térhálósodási sűrűséget, a felület megjelenését és a tapadást. Ha egy tétel nem konzisztens módon viselkedik, e két összetevő súlypontosságának ellenőrzése általában gyorsabb, mint a polimer újbóli vizsgálata.

Vulkanizálási görbe olvasása, mint egy termelési vezető

A mozgó-szerszámos reométeres teszt elkészíti azt a görbét, amely megmondja, hogy egy vegyület készen áll-e a gyártásra. A négy szám a legfontosabb.

• A minimális nyomaték vagy ML a nem vulkanizált vegyület viszkozitását jelzi. Az egymást követő tételekhez képest növekvő ML perzselésre vagy a töltőanyag diszperziós problémájára utal.
• A maximális nyomaték vagy MH a keresztkötési sűrűséget tükrözi. Hasonlítsa össze az MH-t a tételek között, hogy észlelje az adagolási hibákat a térhálósító rendszerben.
• A perzselési idő, amelyet ts2-vel írunk, azt jelenti, hogy a vegyület mennyi ideig marad életben a teszthőmérsékleten, mielőtt a nyomaték emelkedni kezd. Ez a gyakorlati határ a hordó tartózkodási idejére.
• Az optimális kikeményedési idő t90, amikor a nyomatéknövekedés 90 százaléka bekövetkezik. A gyártás kikeményedési ideje általában valamivel t90 fölé van beállítva, nem pedig annál.

A hőmérséklet-függés meredek. Alapszabály, hogy a kikeményedési hőmérséklet 10 Celsius-fokkal emelése nagyjából megduplázza a reakciósebességet, ezért a 150 Celsius-fokon, nyolc perc alatt kikeményedő öntőforma 4 perc alatt 160 fokon érhet el. Ugyanez a szabály megmagyarázza, hogy egy enyhén forró hordó miért perzselheti meg az anyagot jóval a ciklus vége előtt.

Tartsa meg minden vegyület görbéjét egy visszakereshető fájlban. Amikor tizennyolc hónappal később érkezik panasz, az eredeti MH- és t90-értékek a leggyorsabb módja annak bizonyítására, hogy a vegyület megváltozott, vagy a folyamat.

Vulkanizált, gyógyított, térhálósított: a szókincs válogatása

A mindennapi beszélgetésben a három szó felcserélhető, de a műszaki dokumentumokban kissé eltérő súllyal bírnak.

• Térhálósítás a polimerláncok összekapcsolásának általános kémiai kifejezése. Gumira, műanyagokra, ragasztókra és gélekre vonatkozik.
• Gyógyítás a folyamat lépése. Egy gyárban a kikeményedés azt jelenti, hogy az alkatrész a szükséges időt a présben vagy a folyamatos vonalon töltötte.
• Vulkanizálás a kaucsuk térhálósításának történelmi és kereskedelmi neve, és még a ként nem tartalmazó peroxid- és sugárzórendszereknél is használják.

Figyelmeztetés a megfogalmazással kapcsolatban: a kikeményedett rész nem automatikusan megfelelően megkötött alkatrész. Az alulkötött gumi puhának érzi magát, és erős kompressziót mutat, míg a túl keményített természetes gumi visszahúzódhat, ragadóssá és gyengévé válhat. Mindkét meghibásodás anyagi hibának tűnik az ügyfél számára, és mindkettő a valóságban folyamathiba.

Hibák, amelyek az üzletben előfordulnak

A legtöbb vulkanizálási probléma nem kémiai probléma. Ezek ellenőrzési problémák, és gyárakban ismétlődnek.

1. Feltéve, hogy a prés a beállított hőmérsékleten van. A vezérlőn 155 fokot mutató nyomólap hosszú üresjárat után 140 fokban ülhet a felületen. Mérje meg a formaüreget, ne a panelt.
2. Vastag részeken a termikus késés figyelmen kívül hagyása. Egy 20 mm-es szakasznak sokkal hosszabbra van szüksége, mint egy 2 mm-es szakasznak, ugyanazon a lemezhőmérsékleten. A kötési időt a vastagság négyzetével kell skálázni, nem lineárisan.
3. Aktivátorok súlymérés térfogat szerint. A cink-oxidot és a sztearinsavat kis mennyiségben adagolják, és a kanál alapú adagolás 20%-kal vagy még ennél is nagyobb eltéréseket mutat a kezelők között.
4. Vágott vaku újrafelhasználása. A kikeményedett flash nem keverhető újra egy friss tételbe; soha többé nem térhálósodik, és maradandó felületi hibaként jelenik meg.
5. Túl hosszú ideig tárolja az összetett lapot a kikeményedés előtt. Még szobahőmérsékleten is sodródik a perzselésre hajlamos vegyület, és előfordulhat, hogy a hétvégén megmaradt adag hétfőn nem ugyanúgy folyik.

Ezek mindegyike olcsón javítható, és drága figyelmen kívül hagyni. A heti hőmérsékletmérés és a kalibrált kis vegyszeres mérési rutin ezek többségét kiküszöböli.

Mit jelent ez a berendezések és a vásárlási döntések szempontjából

Ha elfogadja, hogy a vulkanizálás egy idő-hőmérséklet-nyomás reakció, a berendezés választása könnyebben indokolható. Az egyenetlen nyomólaphőmérsékletű prés különböző térhálósodási állapotú alkatrészeket hoz létre ugyanabban az öntőformában. Egy adagolórendszer, amely nem képes kis kémiai pontosságot tartani, olyan tételeket állít elő, amelyek MH-ban változnak. A túl rövid futású hűtőszállítószalag lehetővé teszi a vastag részek off-line kikeményítését, ami ugyanolyan káros, mint az alulszárítás.

Folyamatos profiloknál a számítás ismét megváltozik. A mikrohullámú és forrólevegős vezetékek úgy térnek ki, hogy az extrudátumot fűtőalagúton vezetik át, ezért a vezeték sebességét, profilvastagságát és a vegyület reakcióképességét össze kell hangolni. A sós fürdővonalak vastag szakaszokat és összetett geometriákat kezelnek, amelyek megereszkednének egy forró levegős alagútban. A választás a szelvény vastagságán és a forma stabilitásán múlik, nem pedig a szállító preferenciáin.

Ugyanez a logika érvényes felfelé is. Az előformázó pontossága határozza meg, hogy mennyire konzisztens a nyersanyag súlya, és az üres súly határozza meg, hogy az üreg milyen konzisztensen töltődik ki. A szűrő teljesítménye határozza meg, hogy az idegen részecskék megmaradnak-e a kész alkatrészben. Ezek nem külön témák a vulkanizálástól; ezek azok a feltételek, amelyek működőképessé teszik a gyógyulási ütemtervet.

Ha kiindulási pontot szeretne a kikeményedési folyamat hardverre való leképezéséhez, böngésszen a teljes gumifeldolgozó berendezések kínálata és illessze a gépkategóriát a küzdő szakaszhoz.

Gyakran ismételt kérdések a vulkanizált gumival kapcsolatban

A vulkanizált gumi mindig tartalmaz ként?

Nem. A természetes gumi, az SBR és a nitrilkaucsuk esetében a kénes térhálósodás dominál, de az EPDM és a szilikon esetében gyakoriak a peroxid rendszerek, valamint a fém-oxidok, például a cink-oxid és a magnézium-oxid térhálósító kloroprén gumi esetében. A sugárkezeléssel egyáltalán nem használnak vegyszert. A meghatározó jellemző a térhálósított hálózat, nem a kén jelenléte.

Vissza lehet vonni a vulkanizálást?

Semmilyen módon nem állítja vissza az eredeti nyers gumit. A kikeményedett természetes gumi elég hosszú hevítése visszafordulást idéz elő - a hálózat tönkremegy, az anyag ragadóssá, gyengévé válik -, de az eredmény degradált gumi, nem használható alapanyag. Ez az oka annak, hogy a kikeményített törmeléket megőrlik és töltőanyagként értékesítik, nem pedig keverékként.

Mennyi ideig tart a vulkanizálás?

Egy perctől néhány óráig terjed. A hatékony rendszerekben a vékony fröccsöntött alkatrészek 30-60 másodperc alatt 170-180 Celsius-fokon megkötődnek. A vastag préselt tömbök 30 percet vagy többet igényelhetnek. A folyamatos extrudáló vonalak kiegyensúlyozzák az alagút hosszát a vonal sebességével, ahelyett, hogy rögzített időciklust futnának.

Miért más a kikeményítetlen gumi szaga, mint a kikeményedett guminak?

A szag nagyrészt az illékony kompaund összetevőkből és a kikeményedés során felszabaduló reakció melléktermékeiből származik. Sok gyorsító a reakció során lebomlik, és kis mennyiségű aminot vagy más illékony anyagot termel, ezért a frissen kikeményedett részeket általában szellőztetik vagy utókeményítik a csomagolás előtt.

Honnan tudhatom meg, hogy egy rész teljesen megkötött?

A megbízható módszer a reométer görbe a vegyületen, valamint az oldószeres duzzadási teszt a kész alkatrészen. A terepi mutatók közé tartozik a kompressziós készlet, az öregedés utáni keménységsodródás és a felületi tapadás. Az a rész, amely enyhén puhának érződik, és 24 óra kompresszió után tartós kötést vesz fel, általában alulszáradt, nem alultöltött.

A magasabb kéntartalom erősebb gumit jelent?

Csak egy bizonyos pontig, és nem úgy, ahogy a legtöbben várják. A kén növelése növeli a keresztkötési sűrűséget, ami növeli a modulust és csökkenti a nyúlást. Nyomja eléggé, és az anyag törékennyé válik, és gyenge a fáradtságállósága. A dinamikus alkatrészek esetében az alacsonyabb kéntartalmú és nagyobb gyorsítójú félhatékony rendszer gyakran túléli a hagyományos magas kéntartalmú vegyületeket.

A vulkanizált gumi ugyanaz, mint a szilikongumi?

Nem. A szilikongumi egy másik polimercsalád, amely szénlánc helyett szilícium-oxigén vázra épül, és általában peroxiddal vagy platina-katalizált addícióval térhálósodik, nem pedig kénnel. A szilikon tágabb értelemben is vulkanizált, de hőmérsékleti tartománya és kémiai viselkedése teljesen eltérő.

Mi okozza a kikeményedett rész visszaállását?

A reverzió főként a természetes gumiban történik, ha túl hosszú ideig tartják a keményedési hőmérsékleten, vagy ha túl magas hőmérsékleten érlelik. A poliszulfid keresztkötések megszakadnak és ciklikus struktúrákká rendeződnek át, amelyek nem járulnak hozzá a hálózathoz, így az anyag meglágyul. A szokásos megoldás a félig hatékony vagy hatékony rendszerre váltás, vagy a kikeményedési hőmérséklet csökkentése egy hosszabb ciklussal.

Összefoglalva: a vulkanizált gumi olyan gumit jelent, amelynek polimer láncait kémiailag összekapcsolták egy hálózatba. Ez a hálózat alakítja át a puha, ragadós, hőmérséklet-érzékeny gumit olyan anyaggá, amely hordozza a terhelést, lezárja a nyomást és visszanyeri alakját.

Ebből minden praktikus következik. A kén adagolása határozza meg a hálózat típusát. A gázpedál beállítja a sebességet. A cink-oxid és a sztearinsav dönti el, hogy a reakció egyáltalán hatékonyan lezajlik-e. A prés, az alagút, a hűtővezeték és az előformázó dönti el, hogy a tétel minden alkatrésze ugyanazt a kezelést kapja-e. Állítsd össze ezt a négy dolgot, és az anyag pontosan azt teszi, amit a meghatározás ígér.