• селекция на каучук,
  • изборът и количествата на компонентите,
  • как да се смесва,
  • на използваните методи за формоване и
  • на вулканизация

В състава могат да се използват между 20 и 30 компонента, сортът, с който техните свойства могат да се променят, когато се комбинират, е една от най-забележителните характеристики на каучуковата технология. По принцип формулировката се състои от [1,2,3]: (1) еластомерна основа, (2) подсилващи агенти, (3) помощни средства в процеса, (4) антидеграданти и (5) вулканизационна система.

компоненти

(1) Еластомерна основа

Изборът на каучук се основава главно на неговата цена, лекота на смесване и свойства. От друга страна, има различни класове каучуци [4] и при избора им трябва да се вземат предвид условията, на които той ще бъде изложен като завършена част, например ако ще бъде изложен на химически разтворители, изложени на високо температури или лошо време. На фигура 1 са показани някои видове естествени и синтетични гуми, които се използват в каучуковата промишленост.

(2) Укрепващи агенти

При избора на пълнител [9,10] се вземат предвид: размера на частиците, повърхността, структурата и повърхностната активност. Фигура 2 показва класификацията на някои подсилващи агенти по отношение на размера на частиците, а Таблица 1 дава плътността на повечето пълнители.

(3) Помощни средства

Пептизатори - Те се използват [12] главно в естествен каучук, за да помогнат за увеличаване на дъвкателната ефективност на каучука и за увеличаване на скоростта на молекулно разграждане, като се избягва образуването на свободни радикали, те се добавят в началото на смесването, тъй като сярата инхибира тяхното действие, синтетичните каучуци изискват високи концентрации на пептизатори.

Първите използвани пептизатори са ароматни меркаптиди. Хелатните комплекси като желязо, кобалт и манган са много ефективни при намаляване на вискозитета и се използват в концентрации от 0,1-0,5 ppr. Таблица 3 посочва някои търговски пептизатори.

Полупептизатори - Те се наричат ​​така, защото помагат за разграждането на молекулите на естествени и синтетични каучуци, в някои случаи улесняват смесването и обработката. Те обикновено се смесват със сулфурирани органични компоненти и минерални масла с плътност от 0,82 - 1,23 g/cm3. Те обикновено са течни, въпреки че са и под формата на прах. Те се използват в концентрации от 1 - 3 ppr, а понякога и до 5 ppr за парчета гъба.

Омекотители - те се прилагат в малки количества, за да улеснят включването на пълнители, да омекотят гумената паста по време на вулканизацията и по този начин да улеснят обработката. Основните омекотители се получават от:

  1. Нефт (нафтеново, ароматно масло, восък, асфалт)
  2. Бор (боров катран, смола)
  3. Катран от въглища (масло от катранен катран, смола)
  4. Естествени масла и мазнини (растителни или разтопени масла, мастни киселини)
  5. Синтетични органични съединения (пластификатори от естерен тип, течни полимери, сред синтетични компоненти)

Изборът на омекотител може да бъде чрез: а) химическа структура "полярност и ароматност", която определя степента на съвместимост с каучука; (б) молекулното тегло, контролира вискозитета на материала и (в) химическата реактивност, която обхваща каталитичния ефект при окислението.

Те се използват и в системата за пероксидна вулканизация, осигуряват лепкавост по време на обработката и полимеризират по време на втвърдяването, допринасят за висока твърдост и ускорение по време на етапа на втвърдяване, участвайки в реакцията на омрежване.

Мастни киселини и соли - Те се използват в малки количества като част от системата за сярна вулканизация, стебаровата киселина действа и като пластификатор, подпомага диспергирането на сажди и други пълнители, а също така намалява тенденцията на залепване към ролките. При същите обстоятелства, цинков стеарат се използва вместо стебарова киселина и цинков оксид. Като помощни средства за обработка понякога се използват цинков лауреат и високомолекулни цинкови соли.

Масла и удължители - За разлика от пептизаторите, петролните масла действат по-добре физически, отколкото химически, ефектът им не зависи от температурата на смесване, те се използват в концентрации от 5 - 10 ppr. Те също така действат като пластификатор по време на обработката, което води до намаляване на вискозитета и улеснява включването на пълнителя.

Смазочни материали - Петролните масла, освен че се прилагат като смазки, се използват и като удължители, за да се намалят разходите за детайла. Те могат да бъдат включени по време на смесване в каучуци като SBR и EPDM, в които те се добавят в малки количества заедно с пълнителя, постигайки омекотяване по време на вулканизацията. Тези смазки са класифицирани в:

  • Ароматни масла: те са добри, за да подпомогнат дисперсията на саждите по време на смесването, имат ефект на обезцветяване на парчето, имат и неблагоприятен ефект върху устойчивостта на топлина и ултравиолетово лъчение.
  • Парафинови масла: те са по-малко ефективни като помощни средства в процеса, но имат по-добър ефект по време на стареене, обезцветяване или стабилност при топлина. Работата му при ниски температури е по-добра от ароматната.
  • Нафтенови масла: ефектът им е между ароматните и парафиновите масла.

Фактически - по време на смесването те контролират реброто на каучука, постигат по-добра дисперсия и включване на компонентите в прахообразна форма, използват се като помощни средства при екструдирането на естествени и синтетични каучуци, тъй като осигуряват качествена нишка и предотвратяват деформация по време на вулканизация. Обхватът му на приложение е 5 - 30 ppr. При високи концентрации те се използват в много меки части като: ролки за принтер, за да се подпомогне вграждането на течния пластификатор и също така се използват за намаляване на възможността за извличане в гумената паста. Има много видове фактически като тъмния и златния тип, те се класифицират в първа, втора и трета степен.

Кумаронова смола - Използва се като пластификатор в синтетични каучуци за прилепване към ролките. Външният им вид варира от вискозни до твърди течности, в случай на течности те се различават по цвят от тъмнокафяв до кремав, а при твърди вещества се характеризират с точка на топене от 65 до 110 ° С.

Стиролови смоли - съдържат 85 процента стирен, те се използват като помощни средства за процесите на термопласти, поради усилващото им действие, особено в части, които трябва да имат висока твърдост. За да се осигури добро разпръскване на смолата, температурата на смесване трябва да бъде по-висока от 95 ° C. Някои примери са посочени в таблица 5.

(4) Антидеградация

Антиоксидантите се делят на първични и вторични. Функцията на първичните е да улавят свободните радикали, преди да реагират с каучука, те се класифицират във вторични амини и феноли, заместени с високо реактивен водород. Фигура 3 показва различните химични структури на първичните антиоксиданти.

Фенолните антиоксиданти се използват в бели парчета, където амините не са подходящи поради обезцветяването и оцветяването, които причиняват в продукта. Феноли се прилагат и върху цветни парчета, но петното е значително в сравнение с това, получено от амини. Затруднените феноли са по-ефективни, но са и по-скъпи. Сместа от меркаптоимидазоли и дитиопропионати има синергичен ефект.

Антиозонанти - използват се [16] за предотвратяване разграждането на каучуковата повърхност при излагане на озон. За да се избегне това, е необходимо да се оформи бариера на повърхността на парчето. Озонът присъства в атмосферата, образувайки се от действието на слънчевата светлина с частиците замърсяване в околната среда.

Механизмът на разграждане започва чрез реакцията на озона с двойните връзки на каучука, за да образуват озониди, които се разлагат при разкъсване на двойните връзки и при стрес се появява фрактура, която се повтаря. Ако каучукът не е под напрежение, двойните връзки могат да се рекомбинират, те представят сметката под формата на замръзване. Факторите, влияещи върху разграждането, са:

1. Пълна дисперсия на съставките, лошата дисперсия ускорява това явление

2. Наличието на чужд материал, метални примеси или прах ускорява счупването на завършена част.

3. Термичната история на материала преди формоването, суровината, отлежала преди формоването, намалява фрактурата.

Восъци - восъци [17,18] предпазват каучука от влошаване на околната среда, което причинява преждевременно стареене, образувайки филм върху повърхността на каучука, който го предпазва от атака от озон, представяйки бариерен ефект, който зависи от разтворимостта и температурата. Има два вида восък [19]: парафинов и микрокристален восък; последният има по-малка тенденция да се вижда на повърхността. Обикновено се препоръчва да се смесват двете за максимална защита при широк диапазон от температури на излагане. Предимството им е, че са евтини, не цапат и не влияят на вулканизацията.

5. Вулканизационна система

С вулканизацията напрежението на опън, модулът, твърдостта, устойчивостта на абразия се увеличават и следователно удължаването, постоянното компресиране и разтворимостта намаляват. Якостта на опън и скъсване показва оптимална стойност поради промените, произведени от степента на омрежване.

С прекомерно омрежване се получават твърди продукти, с нормално омрежване се подобрява свойството на устойчивост на опън и разкъсване, както и умора. Лошото омрежване осигурява окислително и термично разграждане с ниска постоянна компресия. Таблица 8 описва свойствата на суров и вулканизиран каучук.

Това е вулканизиращият агент [21], най-широко използван в каучуците, чиято структура е изградена от двойни връзки, както в случая на каучуците: естествен, стирен-бутадиен (SBR), полибутадиен, нитрил, полихлоропрен и полиизопрен. Той е неразтворим в каучук, така че мигрира на повърхността преди вулканизация, той е с ниска цена и ниска токсичност, съвместим с други добавки.

Типична вулканизационна система се състои от сяра, метален оксид като цинков оксид, мастна киселина (за разтваряне на металния оксид) и един или повече органични ускорители. Използва се в концентрация от 1 до 3 ppr, методите за вулканизация могат да бъдат:

  • Сяра сама
  • Конвенционална сяра и ускорители
  • Ниско количество сяра и ускорители
  • Донорна система на сяра

Активатори - спомагат за увеличаване на скоростта на вулканизация, като реагират първо с ускорители, след това активират сярата, за да инициират вулканизация, те могат да бъдат органични, неорганични и метални. Най-често срещаните активатори са комбинацията от цинков оксид в концентрации 2-4 ppr и стебарова киселина, които могат да варират от 1 - 3 ppr; Последният действа като смазка за намаляване на вискозитета по време на смесване. За специфични цели са използвани други метални оксиди като олово, кадмий и някои мастни киселини (напр. Лебурова киселина и пропионова киселина). Фигура 5 показва ефекта на активаторите върху скоростта на втвърдяване или омрежване, което се отразява в увеличаването на въртящия момент.

Освен това тези характеристики варират в зависимост от вида на ускорителя или комбинацията между тях, например със сяра, вида на каучука и компонентите, участващи в състава.

Има три класа забавители: първият съответства на органични киселини като салицилова киселина, малеинова киселина и фталов анхидрид; употребата им не е много честа и се прилагат в дози от 2 ppr. Вторият клас е циклохексилтиофталимид (Santogard PVI или CTP), който не засяга свойствата по време на вулканизацията и не причинява оцветяване или порьозност на продукта; едно от предимствата им е, че могат да се използват в голямо разнообразие от каучуци. Фигура 8 показва ефекта от този тип забавител. Третият клас е сулфонамид.

Каучуците, които не съдържат двойни връзки в молекулярната си структура, не могат да бъдат вулканизирани със сяра, те изискват алтернативно омрежващо средство, способно да реагира с връзка, тъй като за този вид каучукови пероксиди могат да се използват. Средства от типа метални оксиди или дифункционални съединения се използват в специални случаи.

Пероксиди - те са агентите [26,27], най-използвани след сярата, заради способността им да:

  • Омрежване с различни ненаситени и наситени каучуци
  • Осигуряват термична стабилност в връзката въглерод-въглерод, образувана по време на омрежване

Когато се използват пероксиди, съединенията имат по-добри свойства на термично стареене, ниска постоянна компресия и добра гъвкавост при ниски температури. По време на работа и съхранение трябва да се вземат предпазни мерки, тъй като те са опасни вещества. В сравнение с други суровини, те произвеждат неприятна миризма по време на вулканизация и реагират с други компоненти, поради което използването на антиоксиданти в тази система е ограничено.

Не се препоръчва използването им в присъствието на кислород, тъй като в случай на непрекъсната вулканизация в горещ въздух, причината е, че предаващият радикал на каучуковата верига се окислява, образувайки хидропероксиди, отговорни за инициирането на разграждането.

Скоростта на втвърдяване на пероксида се контролира от температурата и от вида на пероксидите, в таблици 10 и 11 са посочени каучуците, които могат или не могат да бъдат омрежени с този агент.

Неорганичните соли на медта и магнезия могат да причинят чупливост в каучуковите изделия. Оловото може да реагира с пигмент по време на втвърдяването, което води до бели или цветни продукти; това се елиминира, като се използват само 0,002% олово.

Омрежване с амини - флуороеластомерните каучуци (FKM) и полиакрилатите (ACM) не са вулканизирани със сяра, тъй като съдържат малко количество реактивен мономер, който реагира с амини. Сярата може да се добавя само като забавител на вулканизацията.

Дифункционални съединения - Някои бифункционални компоненти се използват за осъществяване на омрежване чрез образуване на мостове между гумените вериги. Компоненти от този тип са: p-хинон диоксим, който се окислява до p-динитризобензен, за да образува моста с каучуковите двойни връзки, се използва в бутилкаучук; епоксидна смола за нитрилен каучук и фенолна смола също се прилага за бутилкаучук и EPDM.

Препратки

[2] Tecnologнa en Elastumeros, Grupo Hulero Mexicano A. C.

[3] Фредерик Р. Айрих, Наука и технология на каучука, Академик Експрес Ню Йорк Сан Франциско Лондон, 1978

[4] J. R. Beatly и M. L. Studebaker, Rubber Age, 1975, 107, 8, 20-38

[5] Джерард Краус, Укрепване на еластомери, Interscience Publishers, 1965, 491-511

[6] Бернхард Швайгер и Анке Блум, Каучуков свят, 2000, 222, 1, 32-38

[7] Dieter Berkemeier, Walter Haeder и Maik Rinker, Rubber World, 2001, 224, 4, 34-39

[8] Лари Р. Еванс и Дж. М. Хубер, „Каучуков свят“, 2001, 224, 1, 18-21

[9] C. M. Blow, Rubber Technology and Manufacture, Butterworths London, 1971

[10] Гари Р. Хамед, Rubber Chemical and Technology, 2000, 73, 3, 524-533

[11] J. R. Beatty и M. L. Studebaker, Rubber Age, 1975, 107, 9, 39-44

[12] Ларс К. Ларсен, Каучуков свят, 1997, 217, 3, 22-24

[13] Peter A Ciullo и Norman Hewitt, The Rubber Formulary, Noyes Publications Norwich New York, 1999

[14] Robert W. Layer и Robert P. Lattimer, Rubber Chemical and Technology, 1990, 63, 3, 425-450

[15] S. A. Pushpa, P. Goonetilleke и N. C. Billingham, Rubber Chemistry and Technology, 1996, 69, 5, 885-896

[16] Робърт Ф. Ом и Р. Т. Вандербилт Co, Rubber World, 1993, 208, 5, 18-22

[17] Х. Михалак, гумена епоха, 1974, 106, 6, 40-41

[18] Sung Seen Cahi, J. Appl. Полим. Scie., 1999, 73, 13, 2587-2593

[19] P. I. Dimauro, H. L. Paris и M. A. Fath, Rubber Chemistry and Technology, 1979, 52, 2, 973-985

[20] Michael A. Fath, Rubber World, 1993, 209, 1, 22-25

[21] Е. Кочоравска, Б. Юрковско и Б. Юрковски, J. Appl. Полим. Sci., 1998, 69, 8, 1531-1536

[22] Barlow Fred W., Съединение на каучук: Принципи, материали и техники, Marcel Dekker Inc., 1988

[23] Херберт Моравец и Херман Ф. Марк, Каучукова химия и технологии, 2000, 73, 3, 405-426

[24] J. R. Beattly и M. L. Studebaker, Rubber Age, 1976, 108, 12, 37-36

[25] Michael A. Fath, Rubber World, 1993, 209, 3, 17-20

[26] Arthur L. Barbour, Elastomerics, 1978, 110, 6, 23-27

[27] Питър Р. Длузнески, Каучукова химия и технологии, 2001, 74, 3, 451-492