Sisu
- Loodusliku kautšuki taust
- Loodusliku kautšuki tootmisprotsess
- Sünteetilise kautšuki loomine
- Kummi töötlemine
1930. aastate lõpus kasutasid Ameerika Ühendriigid üle poole maailma loodusliku kautšuki varudest. Tänapäeval võib looduslikku kautšukit leida enam kui 50 000 toodetud USA-s ja USA impordib aastas üle 3 miljardi naela looduslikku kautšukit. Üle 70 protsendi moodsates tootmisprotsessides kasutatavast kummist on aga sünteetiline kautšuk.
Loodusliku kautšuki taust
Looduslik kautšuk algab lateksina. Lateks koosneb vees suspendeeritud polümeerist polüisopreen. Pika ahelaga molekulid, mis koosnevad paljudest (polü) individuaalsetest ühikutest (meeridest), mis on omavahel ühendatud, moodustavad polümeerid. Kumm on polümeeri erivorm, mida nimetatakse elastomeeriks, mis tähendab, et polümeeri molekulid venivad ja painduvad.
Enam kui 2500 taime toodavad lateksi, piimasarnast mahla tüüpi materjali. Piimavetikad võivad olla paljudele inimestele kõige tuttavamad lateksit tootvad taimed, kuid kommertslik lateks on pärit ühest troopilisest puust, Hevea brasiliensis. Nagu nimigi ütleb, pärines kummipuu troopilisest Lõuna-Ameerikast. Üle 3000 aasta tagasi segasid Mesoamerika tsivilisatsioonid lateksi hommikusöögimahlaga, et luua kummi. Lateksi ja hommikusöögimahla suhte muutmine muutis kummi omadusi. Alates kopsakatest pallidest kuni kummist sandaalideni oskasid mesoameriklased kummi kasutada ja seda kasutada.
Enne 1900. aastat tuli enamik looduslikku kautšukit Brasiilia metsapuudelt. 20. sajandi alguses ületas pakkumine ja nõudlus tootmist ning jalgrataste ja autode populaarsuse kasv. Brasiiliast smugeldatud seemned viisid Kagu-Aasiasse kummipuuistandustesse. 1930. aastateks ulatus loodusliku kautšuki kasutus alates sõidukite ja lennukite rehvidest kuni 32 naelani, mis leiti sõduritelt jalatsitest, rõivastest ja varustusest. Selleks ajaks oli enamik USA kummitarbeid pärit Kagu-Aasiast, kuid II maailmasõda katkestas USA suurema osa tarnest.
Loodusliku kautšuki tootmisprotsess
Naturaalse kautšuki valmistamise protsess algab lateksi koristamisega kummipuudelt. Lateksi koristamine kummipuudelt algab puu koore lõikamisest või selle lõikamisest. Lateks voolab tassi, mis on kinnitatud puu sisselõike põhjale. Paljude puude lateksmaterjal on kogunenud suurtesse mahutitesse.
Kummi lateksist ekstraheerimise kõige tavalisemaks meetodiks on koagulatsioon - protsess, mis polüisopreeni masseerib või pakseneb massiks. See protsess viiakse läbi happe, näiteks sipelghappe lisamisega lateksile. Hüübimisprotsess võtab umbes 12 tundi.
Vesi pigistatakse rullide seeria abil kummist koagulist välja. Saadud õhukesed, umbes 1/8 tolli paksused lehed kuivatatakse suitsutusaedades puidust nagid. Kuivatamine nõuab tavaliselt mitu päeva. Saadud tumepruun kumm, mida nüüd nimetatakse ribilisteks suitsulehtedeks, volditakse töötlejasse saatmiseks pallideks.
Kuid mitte kõik kummid pole suitsetatud. Kummi, mis kuivatatakse suitsetamise asemel kuuma õhu abil, nimetatakse õhkkuivatatud leheks. Selle protsessi tulemuseks on parema kvaliteediga kumm. Veelgi kvaliteetsem kumm, mida nimetatakse kahvatu kreppkummiks, nõuab kahte hüübimisetappi, millele järgneb õhu käes kuivatamine.
Sünteetilise kautšuki loomine
Aastate jooksul on välja töötatud mitu erinevat tüüpi sünteetilist kautšukit. Kõik tuleneb molekulide polümerisatsioonist (sidumisest). Protsess, mida nimetatakse liitumispolümerisatsiooniks, ühendab molekulid pikkadeks ahelateks. Teine protsess, mida nimetatakse kondensatsioonipolümerisatsiooniks, elimineerib osa molekulist, kui molekulid on omavahel seotud. Lisandpolümeeride näideteks on sünteetilised kummid, mis on valmistatud polükloropreenist (neopreenkummist), õli- ja bensiinikindlast kummist ning stüreenbutadieenkummist (SBR), mida kasutatakse rehvide mittepommitavaks kummiks.
Esimene tõsine sünteetilise kautšuki otsimine algas Saksamaal Esimese maailmasõja ajal. Briti blokaadid takistasid Saksamaal loodusliku kautšuki saamist. Saksa keemikud töötasid polümeeri välja 3-metüülisopreenist (2,3-dimetüül-1,3-butadieenist), atsetoonist. Ehkki see metüülkummi asendaja oli halvem kui looduslik kautšuk, tootis Saksamaa I maailmasõja lõpuks 15 tonni kuus.
Jätkuvate uuringute tulemusel saadi kvaliteetsemaid sünteetilisi kumme. Kõige tavalisem sünteetilise kautšuki tüüp, mida praegu kasutatakse, Buna S (stüreenbutadieenkummi või SBR), töötas 1929. aastal välja Saksa ettevõte I.G. Farben. Aastal 1955 töötas Ameerika keemik Samuel Emmett Horne, Jr. 98-protsendilise cis-1,4-polüisopreeni polümeer, mis käitub loodusliku kautšuki moodi. Seda ainet koos SBR-ga on rehvides kasutatud alates 1961. aastast.
Kummi töötlemine
Looduslik või sünteetiline kautšuk saabub töötleja (töötleja) taimedesse suurtes pallides. Kui kautšuk saabub tehasesse, toimub töötlemine neljas etapis: segamine, segamine, vormimine ja vulkaniseerimine. Kummi segu valmistamine ja meetod sõltub kummi valmistamise kavandatavast tulemusest.
Liitmine
Segu lisab kemikaale ja muid lisandeid, et kohandada kummi ettenähtud otstarbeks. Looduslik kautšuk muutub temperatuuri muutumisega, muutudes külmaga hapraks ja kuumusest kleepuvaks, nigelaks. Segamise ajal lisatud kemikaalid reageerivad kummiga polümeeride stabiliseerimiseks vulkaniseerimise käigus kummiga. Täiendavad lisandid võivad sisaldada tugevdavaid täiteaineid kummi omaduste parandamiseks või tugevdamata täiteaineid kummi pikendamiseks, mis vähendab kulusid. Kasutatava täiteaine liik sõltub lõpptootest.
Kõige sagedamini kasutatav tugevdav täiteaine on tahm tuletatud tahma. Tahm suurendab kummi tõmbetugevust ning kulumiskindlust ja rebenemist. Tahm parandab ka kummide vastupidavust ultraviolettkiirguse lagunemisele. Enamik kummitooteid on mustad, kuna tegemist on tahma täiteainega.
Sõltuvalt kummi kavandatavast kasutamisest võivad muud kasutatavad lisandid sisaldada veevabasid alumiiniumsilikaate tugevdusainena, muid polümeere, ringlussevõetud kummi (tavaliselt vähem kui 10 protsenti), väsimust vähendavaid ühendeid, antioksüdante, osoonikindlaid kemikaale, värvipigmente, plastifikaatoreid , pehmendavad õlid ja hallitust vabastavad ühendid.
Segamine
Lisandid tuleb hoolikalt kummisse segada. Kummi kõrge viskoossus (voolavuskindlus) muudab segamise keerukaks, ilma et kummi temperatuur oleks piisavalt kõrge (kuni 300 kraadi Fahrenheiti), et põhjustada vulkaniseerimist. Enneaegse vulkaniseerimise vältimiseks toimub segamine tavaliselt kahes etapis. Esimese etapi käigus segatakse kummi lisandid nagu tahma. Seda segu nimetatakse põhiseguks. Kui kumm on jahtunud, lisatakse vulkaniseerimiseks mõeldud kemikaalid ja segatakse kummi.
Kujundamine
Kummitoodete vormimisel kasutatakse nelja üldist tehnikat: ekstrusioon, kalandreerimine, katmine või vormimine ja valamine. Sõltuvalt lõpptootest võib kasutada rohkem kui ühte vormimismeetodit.
Ekstrusioon seisneb väga plastikkummi sundimises läbi kruvide ekstruuderite. Kalandreerimine läbib kummi läbi järjest väiksemate rullide vahede. Rullvormi protsess ühendab ekstrudeerimise ja kalandreerimise, saades parema toote kui mõlemad protsessid.
Pinnakattes kasutatakse kalandrimisprotsessi, et katta kummikiht või sundida kummi kangasse või muusse materjali. Rehvid, veekindlad riidest telgid ja vihmamantlid, konveierilindid, samuti täispuhutavad sarikad on valmistatud kummikattega materjalidega.
Kummitooted, näiteks kingatallad ja kontsad, tihendid, tihendid, iminapid ja pudelikorgid valatakse vormide abil. Ka vormimine on samm rehvide valmistamisel. Kolm peamist kummi vormimise meetodit on survevalu (mida kasutatakse muude toodete hulgas rehvide valmistamisel), ülekande vormimine ja survevalu. Kummi vulkaniseerimine toimub vormimise käigus, mitte eraldi etapina.
Vulkaniseerimine
Vulkaniseerimine viib kummi tootmise protsessi lõpule. Vulkaniseerimine loob ristsidemed kummi polümeeride vahel ja protsess varieerub sõltuvalt kummist lõpptoote nõudmistest. Vähem ristsidemeid kummipolümeeride vahel loob pehmema, elastsema kummi. Ristühenduste arvu suurendamine vähendab kummi elastsust, mille tulemuseks on kumm kõvem. Ilma vulkaniseerimiseta jääks kumm kuumana kleepuvaks ja külmana rabedaks ning mädaneks palju kiiremini.
Vulkaniseerimine, mille algselt avastas 1839. aastal Charles Goodyear, nõudis väävli lisamist kummile ja segu kuumutamist temperatuuril 280 ° F umbes viis tundi. Kaasaegne vulkaniseerimine kasutab üldiselt väiksemat väävli kogust koos teiste kemikaalidega, et vähendada kuumutamisaega 15 kuni 20 minutini. On välja töötatud alternatiivsed vulkaniseerimistehnikad, milles väävlit ei kasutata.