Из чего сделана резина: натуральный латекс, синтетические полимеры и компаунды

В типичном составе протектора шин резиновый полимер составляет лишь около 47 процентов от общего веса. Остальное поступает в смеситель в виде технического углерода, технологического масла, оксида цинка, серы, ускорителей и антидеградантов. Эта единственная пропорция — самый быстрый способ ответить на вопрос, из чего сделана резина, потому что материал, который люди на самом деле разрезают, формуют и продают, — это не одно вещество. Это полимер плюс тщательно взвешенный пакет химии.

Короткий ответ: полимерная основа плюс пакет компаундов.

Каучук состоит из длинноцепочечного полимера в сочетании с наполнителями, маслами, вулканизирующими и защитными химикатами. Сам полимер представляет собой либо цис-1,4-полиизопрен, полученный из дерева гевеи бразильской, либо синтетическую цепь, построенную в реакторе из мономеров, извлеченных из нефти и природного газа. Все остальное в рецепте предназначено для того, чтобы сделать эту цепочку технологичной, долговечной и предсказуемой в эксплуатации.

Изопрен, пятиуглеродный мономер натурального каучука, представляет собой небольшую молекулу. Полимеризация связывает тысячи этих единиц в цепочку, молекулярная масса которой может достигать нескольких сотен тысяч граммов на моль. Именно эта длина позволяет материалу растягиваться в несколько раз по сравнению с первоначальной длиной и восстанавливаться при условии, что цепи прикреплены друг к другу.

Сырой полимер сам по себе практически бесполезен на производственной линии. Невулканизированный натуральный каучук липкий в теплую погоду и хрупкий в холодную и быстро теряет прочность при температуре выше 60 градусов по Цельсию. Пакет компаундирования устраняет эти недостатки, поэтому почти каждая спецификация, которую вы когда-либо читали, описывает соединение, а не полимер.

Натуральный каучук: что получается из дерева

Натуральный каучук изготавливается из полевого латекса, молочной суспензии, которая примерно на 30–40 процентов состоит из полиизопрена, на 55–65 процентов из воды и небольшой, но важной фракции белков, липидов, сахаров и минеральных солей. Некаучуковая фракция имеет небольшой вес, но она влияет на поведение, запах, старение и риск аллергии.

Сбор урожая начинают, когда дереву исполняется около пяти-семи лет. Точечник срезает тонкую спираль коры, латекс стекает в чашку, а жидкость консервируется аммиаком для транспортировки. На заводе латекс коагулируется муравьиной кислотой, а затем перерабатывается в одну из трех товарных форм: некопченые листы, ребристые копченые листы или резиновую крошку, продаваемую под технически заданными марками.

Для более глубокого сравнения двух полимерных маршрутов, разбивка натуральный латекс и синтетические полимеры Стоит прочитать вместе со спецификациями сырья, которые вы получаете от своего поставщика.

Синтетический каучук: что выходит из нефтеперерабатывающего завода

Синтетический каучук изготавливается из мономеров, извлеченных из нефти и природного газа, которые затем полимеризуются в реакторе при контролируемой температуре, давлении и условиях катализатора. Поскольку соотношение мономеров можно регулировать в пределах узких границ, получаемый полимер гораздо более однороден от партии к партии, чем плантационный каучук.

Система наименований ISO 1629 группирует эти материалы по структуре их основной цепи. Марки с суффиксом R, такие как NR, SBR, BR, NBR и CR, имеют ненасыщенные углеродные цепи и легко отверждаются серой. Марки с суффиксом M, включая EPDM и силикон, имеют насыщенные цепи и вместо них обычно требуют перекиси, смолы или аналогичной системы отверждения.

Что еще входит: рецепт приготовления смеси

На 100 частей каучука состав универсального назначения обычно содержит от 40 до 60 частей технического углерода, от 5 до 30 частей технологического масла, от 3 до 5 частей оксида цинка, от 1 до 2 частей стеариновой кислоты, от 1,5 до 2,5 частей серы, от 0,8 до 2 частей ускорителя и от 1 до 3 частей антидеграданта. Эти цифры представляют собой рабочий диапазон для обычного соединения, отверждаемого серой, и они значительно изменяются, когда в спецификацию входит термостойкость, маслостойкость или низкая остаточная деформация при сжатии.

Резиновая машина Банбери для смешивания резины и пластика Высокопроизводительный смеситель с гидравлическим управлением и оптимизированным ротором для диспергирования технического углерода, технологического масла и присадок в резиновых смесях. Посмотреть продукт →

Каждое число в этом предложении измеряется в phr, что означает количество частей на сто резины. Эталонный вес всегда равен 100 частям полимера, а не весу готового соединения, поэтому рецепт можно увеличивать или уменьшать без перерасчета соотношений.

Семейства ингредиентов делятся на пять функциональных групп:

• Наполнители, в основном углеродная сажа и осажденный диоксид кремния, повышают прочность, твердость и стойкость к истиранию.
• Пластификаторы и технологические масла смягчают смесь, улучшают текучесть и снижают температуру смешивания.
• Активаторы, такие как оксид цинка и стеариновая кислота, преобразуют ускоритель в его активную форму.
• Вяжущие вещества, сера или перекись, создают поперечные связи, которые делают резину эластичной.
• Антидеграданты, в том числе амины, фенолы и воски, замедляют кислородное, озоновое и тепловое старение.

От полимера к продукту: четыре этапа обработки

Превращение этих ингредиентов в пригодную для использования часть происходит в четыре этапа, и на каждом из них состав меняется. Погрешностей взвешивания в несколько грамм в партии весом 50 килограмм достаточно, чтобы сместить твердость на несколько пунктов по шкале IRHD.

3-х валковый резиновый каландр для нанесения покрытий и каландрирования Трехвалковый каландр с управлением ПЛК и регулируемым расстоянием между валками для нанесения покрытия на корд, холст или каландрирование внутренних листов футеровки технических шин. Посмотреть продукт →

Как состав отображается в таблице данных

В паспорте каучука указаны идентичность полимера, соотношение мономеров, пределы загрязнения и поведение при обработке, что превращает невидимый химический состав в цифры, которые вы можете сравнить. Считывание этих цифр в приложении — самый быстрый способ обнаружить несоответствие до того, как материал достигнет линии.

• Содержание акрилонитрила в NBR варьируется от примерно 18 процентов при низкой маслостойкости до 42 процентов при сильном контакте с топливом.
• Содержание связанного стирола в SBR обычно составляет около 23,5 процентов в стандартной эмульсионной марке, а более высокий уровень стирола увеличивает сцепление с мокрой дорогой и нагревание.
• Соотношение этилена и пропилена плюс содержание ENB определяют, как EPDM отверждается и насколько хорошо он переносит озон.
• Вязкость по Муни ML(1,4) при 100 градусах Цельсия обычно находится в пределах от 40 до 80 для смешанного состава.
• Содержание золы, летучих веществ и грязи ограничивает выбор марок натурального каучука.

Там, где спецификация имеет наибольшее значение, данные о составе следует сверять с готовой деталью, а не только с полимером. Те же рассуждения применимы ко всем резинотехнические изделия , от листов и матов до чехлов для шлангов и ремней.

Регенерированная резина: состав после второй жизни

Регенерированная резина изготавливается из измельченных отходов, в основном из отработанных шин, которые девулканизируются и перерабатываются обратно в перерабатываемый лист. Материал по-прежнему содержит каучуковый углеводород, но также содержит углеродную сажу, масло, золу и остатки отверждения, которые были в исходном составе.

Машина для переработки отработанных шин для производства резинового порошка Система дробления, сортировки и магнитной сепарации, которая подготавливает резиновый порошок размером 10 меш и -40 меш из отработанных шин. Посмотреть продукт →

Процесс начинается с измельчения, затем магнитной сепарации стали и удаления текстильного волокна. Далее следует девулканизация, термомеханическая, химическая или микроволновая, и в результате рафинирования получается гладкий лист. Типичный регенерат содержит примерно от 40 до 50 процентов каучукового углеводорода, а остальная часть состоит из технического углерода и минеральных наполнителей.

Добавление рециркуляции снижает стоимость сырья и отвлекает лом от свалки, поэтому он регулярно появляется в ковриках, противооткатных упорах и других некритических товарах. Он плохо подходит для динамических уплотнений или высокотемпературных применений, где постоянная остаточная компрессия имеет большее значение, чем цена.

Часто задаваемые вопросы

Резина делается из нефти?

Частично. Синтетический каучук производится из мономеров, таких как бутадиен, стирол и изопрен, которые получают из нефти и природного газа. Натуральный каучук не является таковым, поскольку он производится из латекса дерева гевеи бразильской. В большинстве резиново-технических изделий используется тот или иной материал, а во многих — оба в одном составе.

В чем разница между натуральным и синтетическим каучуком на молекулярном уровне?

Натуральный каучук представляет собой практически чистый цис-1,4-полиизопрен с регулярной цепью, которая кристаллизуется под напряжением и придает очень высокую прочность. Синтетические сорта состоят из двух или более мономеров, поэтому цепь имеет разные боковые группы по своей длине. Именно эти боковые группы создают маслостойкость в NBR или устойчивость к атмосферным воздействиям в EPDM.

Что означает phr в рецепте каучука?

Phr означает «частей на сто резины». Каждый ингредиент выражен по отношению к 100 частям каучукового полимера по весу, поэтому смесь с 50 частями технического углерода содержит вдвое меньше сажи, чем полимер. Это система соотношений, а не процент от готовой смеси.

Можно ли сделать резину без серы?

Да. EPDM, силикон и многие специальные марки отверждаются пероксидами, фенольными смолами или оксидами металлов вместо серы. Сера остается наиболее распространенным отвердителем, поскольку она недорогая и хорошо работает с ненасыщенными цепями, такими как NR, SBR и NBR.