Hvad er gummiet lavet af? Naturlatex, syntetiske polymerer og tilsætningsstoffer

To gummiplader kan sidde på den samme palle og se identiske ud - samme tykkelse, samme sorte overflade - men den ene overlever fem somre udendørs, mens den anden revner inden for en enkelt sæson. Forskellen er aldrig ordet "gummi" på etiketten; det er hvad gummiet faktisk er lavet af.

Kort sagt, hver gummi starter som lange polymerkæder. Naturgummi bruger polyisopren tappet fra gummitræer som flydende latex; syntetisk gummi bruger kæder bygget af petroleumsbaserede monomerer som butadien og styren. Ingen af ​​dem virker alene: begge er blandet med hærdemidler, fyldstoffer, olier og beskyttelsesmidler og vulkaniseres derefter med varme for at låse kæderne i ét elastisk netværk.

Det korte svar: Polymerkæder plus en sammensat formel

Ingeniører kalder gummi en elastomer: en polymer, der strækker sig under belastning og springer tilbage, når den slippes. En polymer er et kæmpe molekyle bygget af tusindvis af gentagne enheder, der er forbundet ende mod ende til en kæde - naturgummi's byggesten er isopren (C5H8). Rå polymer alene er dog klæbrig om sommeren, stiv om vinteren og svag under belastning. Derfor er ægte gummi altid en sammensætning, en opskrift, hvor polymeren kun udgør omkring halvdelen til to tredjedele af vægten. De resterende ingredienser falder i fem familier:

1. Basispolymer – naturlig polyisopren eller en syntetisk elastomer, som sætter produktets kernekarakter.
2. Hærdningssystem - svovl eller peroxider, som skaber tværbindingerne under vulkanisering.
3. Fyldstoffer - kønrøg, silica, ler eller kridt, som tilføjer styrke og kontrolomkostninger.
4. Procesolier og blødgørere, som blødgør fonden for jævn blanding og kalandrering.
5. Beskyttelsesmidler - antioxidanter, antiozonanter og voks, der bremser varme-, ozon- og vejrangreb.

Naturgummi: Polyisopren fra Tree Latex

Naturgummi kommer fra Hevea brasiliensis, gummitræet. Arbejdere skærer en tynd spiral ind i barken, og træet bløder latex - en mælkeagtig væske, hvori omkring 30-35 procent af indholdet er gummikulbrinte suspenderet i vand, ofte stabiliseret med ammoniak, så det ikke koagulerer i koppen. Polymeren indeni er cis-1,4-polyisopren, og dens velordnede, fjedrende geometri forklarer naturgummi's exceptionelle elasticitet: Når kæderne strækkes, justeres og krystalliseres, hvilket er grunden til, at selv ufyldt naturgummi kan nå en trækstyrke nær 25 MPa.

For at behandle det koaguleres latex med myresyre, rulles derefter og tørres til ribbet røget ark eller komprimeres til blokkvaliteter til forsendelse. Et enkelt træ giver kun få kilo tør gummi om året, hvilket holder naturgummi en landbrugsvare, hvis pris svinger med høst og fragtruter.

Naturgummiplade til tætning og stødabsorbering Efter at have forklaret, hvordan latex forarbejdes til plader, er denne naturgummiplade et relevant eksempel: den tilbyder høj elasticitet, rivebestandighed og stabil ydeevne til forsegling, anti-skrid og foring mellem -50 ℃ og 70 ℃. Se produkt →

Dens kemiske svaghed sidder i den samme dobbeltbinding, som giver den fjeder: ozon, UV-lys og kulbrinteolier angriber let stedet, så ubehandlet naturgummi revner udendørs og svulmer i brændstof. Det er hovedårsagerne til, at sammensatte tilføjer beskyttelsesmidler eller skifter til syntetiske alternativer.

Syntetisk gummi: Polymerer bygget af petroleum

Syntetiske gummier fremstilles ved at polymerisere monomerer afledt af råolie og naturgas. De tegner sig nu for omkring to tredjedele af det globale gummiforbrug, fordi hver opskrift kan indstilles mod en bestemt trussel - olie, varme, ozon, slid eller flamme. Monomererne på etiketten forudsiger ydeevnen:

Nitril (NBR) viser, hvordan monomerer direkte omsættes til egenskaber: at hæve indholdet af acrylonitril fra omkring 18 til 45 procent forbedrer støt olieresistensen, mens lavtemperaturfleksibilitet udveksles. Købere, der springer den detalje over, ender med sæler, der svulmer op i netop den væske, de blev købt for at indeholde.

NBR-gummiplade med tunbar oliemodstand Efter diskussionen om indhold af acrylonitril og oliekvældning, illustrerer denne nitrilgummiplade materialevalget: den passer til olieudsatte tætningsapplikationer, hvor væskemodstand betyder mere end lavtemperaturfleksibilitet eller ozonudholdenhed. Se produkt →

EPDM gør den modsatte handel. Dens mættede rygrad trækker på skuldrene af ozon, sollys og vand - deraf dens greb om udendørs pakninger og tagdækning - men den samme kemi giver den næsten ingen modstand mod kulbrinteolier.

EPDM gummiplade til udendørs tætning Lige efter bemærkningen om EPDMs mættede rygrad, der modstår ozon, sollys og vand, passer dette ark til udendørs pakninger, tagdækning og isolering med et arbejdsområde på -40 ℃ til 150 ℃ dog begrænset oliemodstand. Se produkt →

Hvad der ellers går ind i en gummiblanding

Formler doseres i phr-dele per hundrede gummi efter vægt. En typisk sort forbindelse lyder nogenlunde sådan her:

• Svovl, 1-3 phr: tværbinderen; for lidt efterlader svagt gummi, mens langt mere gør det til hård ebonit.
• Acceleratorer, under 2 ph: kemikalier, der får svovl til at hærde hurtigt ved lavere temperatur.
• Zinkoxid, 3-5 phr, plus stearinsyre, 1-2 phr: aktivatorer, der lader acceleratorerne arbejde.
• Kulsort, 20-50 phr: grunden til, at det meste industrigummi er sort, og et fyldstof, der kan fordoble trækstyrken og slidstyrken.
• Ler eller kridt: billige fyldstoffer, der justerer hårdhed og pris i ikke-kritiske dele.
• Procesolier, 5-20 ph: blødgør blandingen til formaling og kalandrering.
• Antioxidanter, antiozonanter og voks, 1-5 phr kombineret: langsom aldring og ozonbrud.

Flyt en hvilken som helst linje, og produktet bevæger sig med det: tilsæt voks, og arket modstår ozon; skift carbon black til silica og rivestyrkestigninger sammen med prisen; hæve svovl og hårdhed stiger på Shore A-skalaen. Dette er grunden til, at to ark med samme tykkelsesspecifikation ikke kan opføre sig ens.

Vulkanisering: Trinet, der låser kæderne sammen

Uvulkaniseret gummi er et virvar af uafhængige kæder, der glider forbi hinanden - klæbrig, svag og uformelig på en varm dag. I 1839 fandt Charles Goodyear ud af, at opvarmning af gummi med svovl ændrer det permanent: svovlatomer slår bro mellem nabokæder ved deres reaktive dobbeltbindinger og svejser tusindvis af løse tråde ind i et enkelt netværk.

De røde led i diagrammet er disse svovlbroer - den samme reaktion udføres inde i hver vulkaniseringspresse. Tallene er praktiske, ikke folklore: pressehærdning kører typisk ved 140-180°C i et par minutter op til en time afhængigt af delens tykkelse, og tværbindingsdensiteten bestemmer den endelige hårdhed. Silikone og nogle EPDM-kvaliteter springer svovl over og hærder med peroxider eller mikrobølge-varmluftledninger i stedet, hvilket er grunden til, at silikoneplade forbliver fleksibel ved temperaturer, der ville nedbryde svovlhærdet gummi.

Hvordan rå polymer bliver til et lag, en måtte eller et bælte

Opskriften bliver kun til et produkt gennem maskineri, og rækkefølgen er den samme, uanset om outputtet er en komåtte eller et transportbånd:

1. Blanding – interne blandere (Banbury), æltemaskiner eller åbne to-valsemøller skærer polymeren og spreder fyldstofferne, olierne og kemikalierne; blandingstemperatur og energi bestemmer, hvor ensartet forbindelsen er.
2. Formning - kalandrering forvandler masse til kontinuerlige plader, ekstrudere danner profiler og presser formdele under varme og tryk.
3. Vulkanisering – presser, autoklaver, Rotocure-tromler eller mikrobølgelinjer låser de endelige elastiske egenskaber.

Stadierne nærer hinanden: et dårligt dispergeret fyldstof genvinder sig aldrig ved kalanderen, og et ujævnt rullespalt opstår igen som tykkelsesvariation efter hærdning. Derfor behandler processorer blanding, formning og hærdning som én kontinuerlig kæde, og vores guide til valg af gummiblandere, kalendre og presser gennemgår denne valglogik trin for trin.

Så hvad er gummiet lavet af? En polymer - naturlige isoprenkæder fra trælatex eller syntetiske kæder fra petroleum - plus en doseret formel af kurativer, fyldstoffer, olier og beskyttelsesmidler, svejset ind i ét elastisk netværk ved vulkanisering. Tilpas polymeren til den eksponering, den vil møde: NBR til olie, EPDM til sol og vejr, naturgummi eller SBR til slid og omkostninger, silikone til ekstreme temperaturer.

Hvis du køber plader, måtter eller bælter, så spørg efter det sammensatte datablad - polymertype, Shore A-hårdhed, trækstyrke, forlængelse - fordi disse tal, ikke ordet "gummi", forudsiger, hvordan en del vil ældes i din ansøgning. Som producent af både gummibearbejdningsudstyr og færdige gummiprodukter arbejder vi på ethvert punkt i den kæde; se, hvordan forbindelserne passer til rigtige anvendelser i vores gummiprodukter.