PODZIAŁ KAUCZUKÓW (CIIR, IIR, Kauczuk butylowy

Transkrypt

1 GUMA Guma elastyczny produkt wulkanizacji (usieciowania makrocząsteczek) kauczuku naturalnego lub syntetycznego. Otrzymuje się ją przez przeróbkę mieszanek zawierających oprócz kauczuku inne substancje ułatwiające procesy przetwórcze oraz nadające gumie odpowiednie właściwości. NajwaŜniejsze składniki mieszanek kauczukowych: 1) Kauczuk naturalny lub syntetyczny 2) Środki wulkanizujące najczęściej siarka lub związki wydzielające siarkę oraz przyśpieszacze, tj. substancje przyśpieszające reakcję wulkanizacji, np. tiazole, sulfenamidy itd. 3) Zmiękczacze składniki ułatwiające przetwórstwo oraz obniŝające twardość gumy w stanie zwulkanizowanym, np. Ŝywica kumarenowoindenowa, smoła z węgla kamiennego, parafina, cerezyna, oleje mineralne, faktysa, zmiękczacze estrowe 4) Napełniacze organiczne lub nieorganiczne ciała stałe o róŝnym stopniu dyspersji, wprowadzane w celu polepszenia właściwości przetwórczych mieszanki kauczukowej oraz nadania zwulkanizowanej gumie wymaganych właściwości fizycznych, np. róŝne typy sadzy, syntetyczne krzemionki i krzemiany, kaolin, kreda itd., 5) Pigmenty i barwniki 6) Środki ochronne substancje zabezpieczające gumę przed niszczącym działaniem światła, ciepła, tlenu, ozonu, promieniowania, agresywnych środowisk chemicznych i innych czynników obniŝających właściwości uŝytkowe wyrobów gumowych 7) Środki porotwórcze składniki mieszanek kauczukowych, wydzielające podczas ogrzewania gaz, np. azot, dwutlenek węgla lub parę wodną, a stosowane przy produkcji gumy porowatej Kauczuk naturalny jest produktem roślinnym, otrzymywanym głównie z lateksu drzew kauczukowych (hevea brasiliensis), rosnących w klimacie tropikalnym. Lateks sok drzew kauczukowych. Wyglądem przypomina mleko. Jest wodną emulsją cząsteczek kauczuku. Zawiera % substancji stałej, składającej się z ok. 96% węglowodoru kauczukowego (cis-izoprenu -1,4); reszta to białka, cukry, kwasy tłuszczowe, Ŝywice i in. 1

2 Wytwarza się dwa rodzaje kauczuku naturalnego: - smoked sheet (kauczuk wędzony) - pale crepe (krepa jasna). Z odpadów produkcyjnych krepy jasnej produkuje się róŝne odmiany krepy brunatnej. Kauczuk naturalny otrzymuje się w wyniku koagulacji lateksu za pomocą kwasu mrówkowego lub octowego. Przed koagulacją lateks poddaje się filtracji i rozcieńczeniu wodą. Koagulat po przemyciu wodą poddaje się suszeniu. Odmianę smoked sheet poddaje się równieŝ wędzeniu do uzyskania złotawobursztynowego koloru. Kauczuk dostarczany jest w postaci prasowanych płyt lub pakowanych w bele o masie ok. 100 kg. Kauczuki syntetyczne materiały otrzymywane przez polimeryzację związków organicznych, wykazujące cechy fizyczne kauczuku, mogące natomiast róŝnić się od niego pod względem chemicznym PODZIAŁ KAUCZUKÓW Kauczuki R- łańcuchy nienasycone, zbudowane całkowicie lub częściowo z diolefin NR Kauczuk naturalny IR Kauczuk izoprenowy BR Kauczuk butadienowy CR Kauczuk chloroprenowy SBR Kauczuk butadienowo-styrenowy NBR Kauczuk butadienowo-akrylonitrylowy NCR Kauczuk chloroprenowo-akrylonitrylowy IIR, Kauczuk butylowy (CIIR, BIIR) SIR PNR TOR HNBR Kauczuk izoprenowo-styrenowy Kauczuk polinorbornenowy Kauczuk trans-polioktenamerowy Kauczuk NBR uwodorniony 2

3 EPM, EPDM AECM EAM CSM CM ACM, (ABR, ANM, EAM) FKM FPM FFKM Kauczuki -M, łańcuchy nasycone typu polimetylenowego Kauczuki etylenowo-propylenowo-(dienowe) Kauczuk etylenowo-akryloestrowy Kauczuk etylenowo-octanowinylowy Kauczuk chlorosulfonowany PE Kauczuk chlorowany PE Kauczuk akrylowy Kauczuk fluorowy Kauczuk propylenowo-tetrafluoroetylenowy Kauczuk perfluorowy CO, ECO, ETER GPO MQ MPQ MVQ MFQ MVFQ TM, TE nowy typ Kauczuki -O łańcuchy z atomami tlenu Kauczuki epichlorohydrynowe, homopolimery, kopolimery i terpolimery Kauczuk propylenotlenkowy Kauczuki silikonowe -Q łańcuchy z grupami siloksanowymi Kauczuk metylosilikonowy Kauczuk metylofenylosilikonowy Kauczuk metylowinylosilikonowy Kauczuk metylofluorosilikonowy Kauczuk fluorosilikonowy Kauczuki T łańcuchy z siarką Kauczuki polisiarczkowe Kauczuk kopolimerowy tiokarbonylodifluorowy 3

4 Kauczuki U łańcuchy z atomami tlenu, azotu i węgla AFMU Kauczuk nitrozowy EU / AU Kauczuk uretanowy, poliestrowy / polieterowy PNF Polifosfazeny łańcuchy zawierające przemiennie fosfor i azot Kauczuk fluorowo-fosfazenowy Kauczuk poliperfluorotrimetylotriazynowy (nowy typ kauczuku) TPE Elastomery termoplastyczne Proces wulkanizacji Proces wulkanizacji prowadzi się w celu nadania mieszankom gumowym właściwości elastyczno-plastycznych i utrwalenia poŝądanego kształtu. Mieszanka gumowa materiał plastyczny zawierający kauczuk i inne składniki niezbędne do otrzymania wyrobu gumowego o określonych właściwościach. Mieszanka gumowa zawiera przede wszystkim kauczuk i środki wulkanizujące. Warunki prowadzenia procesu wulkanizacji wpływają istotnie na właściwości gumy oraz na jakość otrzymanych wyrobów., decydującymi czynnikami przy tym są: Temperatura wulkanizacji Czas wulkanizacji Ciśnienie Sposób prowadzenia procesu Temperatura wulkanizacji Decyduje o czasie trwania procesu dla danej mieszanki gumowej. PodwyŜszając temperaturę wulkanizacji o 10 C moŝna skrócić czas procesu 1,3-2,8-krotnie. Podany wskaźnik nosi nazwę temperaturowego współczynnika wulkanizacji, którego wartość zaleŝy od rodzaju mieszanki gumowej. W praktyce stosuje się temperatury wulkanizacji od temperatury zwykłej do 300 C. Temperaturę C stosuje się w produkcji większości artykułów technicznych 4

5 z gumy, a temperaturę zwykłą tylko w specjalnych przypadkach (kleje, masy uszczelniające itp.). Czas wulkanizacji Czas wulkanizacji, w którym osiąga się optymalne właściwości wulkanizatu, zaleŝy od temperatury wulkanizacji, kształtu i wymiarów wyrobu oraz od rodzaju mieszanki gumowej. Skrócenie czasu wulkanizacji jest moŝliwe przez podwyŝszenie temperatury bądź uŝycie szybciej działającego zespołu wulkanizującego, ale powoduje to pogorszenie właściwości wyrobów (rys.2) W praktyce stosuje się bardzo róŝne czasy wulkanizacji od kilkunastu sekund dla niektórych wyrobów wytłaczanych wulkanizowanych metodą ciągłą i wyrobów wtryskowych do kilkudziesięciu godzin dla bardzo duŝych opon. Rys. 1. zmiana właściwości mechanicznych wulkanizatu z kauczuku naturalnego w zaleŝności od czasu wulkanizacji w temp. 135 C 1- wytrzymałość na rozciąganie, 2 wydłuŝenie względne, 3 pęcznienie w oleju, 4 elastyczność, 5 - twardość Ciśnienie wulkanizacji Jest ono bardzo waŝnym parametrem, gdyŝ nieodpowiednia jego wartość moŝe doprowadzić do sporowacenia mieszanek. Przyczyną porowacenia mieszanek jest przede wszystkim wilgoć zawarta w mieszance oraz woda wydzielająca się jako produkt reakcji składników mieszanki gumowej. Minimalne ciśnienie potrzebne do zabezpieczenia wulkanizatu przed sporowaceniem spowodowanym obecnością wilgoci zaleŝy od zawartości wilgoci w mieszance. W praktyce stosuje się zawsze ciśnienie znacznie przekraczające owo minimalne. Przy wulkanizacji na prasach ciśnienie wynosi zazwyczaj kg/cm 2. 5

6 RóŜny sposób prowadzenia wulkanizacji mieszanek gumowych Wulkanizacja przebiega albo pod wpływem ciepła doprowadzonego z zewnątrz, albo pod wpływem promieniowania jonizującego. Następujące czynniki dostarczają ciepło potrzebne do wulkanizacji: Para wodna Woda Powietrze Promienie podczerwone Zmienne pole elektromagnetyczne W przypadku wulkanizacji wyrobów w sposób ciągły stosuje się takŝe: Ciecze organiczne Stopy metali Stopione sole Ciała stałe w postaci sfluidyzowanej (piasek, kuleczki szklane) Kauczuk naturalny i większość kauczuków syntetycznych w stanie surowym są twarde i mało elastyczne, dlatego teŝ w celu umoŝliwienia wprowadzenia do nich róŝnych dodatków i dalszego przerobu prowadzi się ich zmiękczanie zwane plastyfikacją. Proces uplastyczniania prowadzi się na walcarkach, w mieszarkach zamkniętych, w plastykatorach oraz w wytłaczarko-mieszarkach. Wulkanizacja pod wpływem ciepła Wulkanizacja w parze nasyconej Proces wulkanizacji w parze prowadzi się w kotłach wulkanizacyjnych, a w przypadku opon gumowych i kabli w specjalnych agregatach umoŝliwiających prowadzenie wulkanizacji w sposób ciągły. Przy wulkanizacji w kotłach wyroby gumowe umieszcza się na tacach i rdzeniach. Wulkanizacja w parze przegrzanej Zaletą tej metody jest znaczne ograniczenie tworzenia się skroplin na wyrobie. Pomimo to para przegrzana znajduje małe zastosowanie do wulkanizacji wyrobów gumowych ze względu na właściwości wybitnie korozyjne oraz trudności regulacji temperatury z dostateczną precyzją. Wulkanizacja w prasach W prasach wulkanizuje się wyroby, którym nadaje się kształt przez zaprasowanie w formach wulkanizacyjnych. Ze względu na sposób ogrzewania rozróŝnia się prasy parowe i elektryczne Proces wulkanizacji w prasie polega na załadowaniu mieszanki gumowej z pewnym nadmiarem do gniazda formy wulkanizacyjnej, umieszczeniu formy między półkami prasy, zamknięciu jej przez docisk prasy i ogrzewaniu między gorącymi półkami prasy. Temperatura procesu C. Czas wulkanizacji pod od kilkudziesięciu sekund do kilkudziesięciu minut pod ciśnieniem kg/cm 2. Wulkanizacja w prasach bębnowych 6

7 Prasy bębnowe stosuje się do wulkanizacji wyrobów gumowych takich, jak płyty, chodniki i taśmy. UmoŜliwiają one prowadzenie procesu wulkanizacji w sposób ciągły. Rys. 2. Schemat wulkanizacji w prasie bębnowej: 1 bęben grzejny, 2 walec napinający, 3 taśma dociskająca. 4 płyta mieszanki gumowej, 5 płyta zwulkanizowana Bęben grzejny jest ogrzewany parą od wewnątrz. Wulkanizacja odbywa się na skutek zetknięcia mieszanki z powierzchnią bębna. Docisk mieszanki do powierzchni bębna odbywa się za pomocą taśmy dociskowej. Czas wulkanizacji wynosi od kilku do kilkunastu minut. Wtryskiwanie Proces ten przeprowadza się na wtryskarkach. Wulkanizacja zachodzi w formie wtryskowej, która jest ogrzewana. Wulkanizacja w cieczach organicznych i stopach Metoda ta znajduje zastosowanie do wulkanizacji węŝy i sznurów o róŝnych profilach otrzymywanych przez wytłaczanie. Czynnikami grzejnymi w tym przypadku są: gliceryna, poliglikole, oleje mineralne i silikonowe, a takŝe niektóre związki organiczne. Proces wulkanizacji prowadzi się w wannach ogrzewanych elektrycznie. Wulkanizowany profil wprowadza się do wanny bezpośrednio po wyjściu z wytłaczarki. Wulkanizacja w fazie fluidalnej Zasada prowadzenia procesu jest taka sama, jak w przypadku wulkanizacji w cieczach, ale czynnik ciekły zastępuje się kuleczkami szklanymi lub piaskiem znajdującym się w stanie sfluidyzowanym. Czynnikiem fluidyzującym jest powietrze gorące lub para wodna wdmuchiwana od spodu wanny pod odpowiednim ciśnieniem. Wulkanizacja w polu elektromagnetycznym Stosując mieszanki z odpowiednio dobranych kauczuków i napełniaczy moŝna wywołać szybkie ogrzewanie się ich w polu elektromagnetycznym. Odpowiednim źródłem takiego pola moŝe być magnetron (generator fal) o mocy 2,5 kw i częstotliwości 2450 MHz. Ciąg do wulkanizacji przy udziale mikrofal składa się najczęściej z wytłaczarki, falowodu i tunelu ogrzewanego powietrzem. Wytłoczony profil jest wprowadzany do falowodu naprzenośniku taśmowym, gdzie zostaje bardzo szybko podgrzany do temperatury wulkanizacji wskutek istniejącego tam pola mikrofalowego. W tunelu z gorącym powietrzem następuje dowulkanizowanie wyrobu. Wulkanizacja pod wpływem promieniowania 7

8 Promieniowanie o dostatecznie wysokiej energii (β, γ, rentgenowskie) powoduje tworzenie się rodników w polimerach, które, rekombinując, tworzą sieć przestrzenną w polimerze. Wulkanizację za pomocą promieniowania prowadzi się w formach o moŝliwie cienkich ściankach, wykonanych z metali lekkich. MoŜna wulkanizować w ten sposób elementy o grubości do 60 mm. Metoda ta jest stosowana tylko w przypadkach szczególnych ze względu na jej duŝy koszt. 8