Jak probíhá vulkanizace?

Vytvrzování — technologický proces interakce kaučuků s vulkanizačním činidlem, při kterém se molekuly kaučuku zesíťují do jediné prostorové sítě. Současně se zvyšují pevnostní charakteristiky pryže, její tvrdost a elasticita a snižují se plastické vlastnosti, stupeň bobtnání a rozpustnost v organických rozpouštědlech. Vulkanizačními činidly mohou být: síra, peroxidy, oxidy kovů, sloučeniny aminového typu atd. Pro zvýšení rychlosti vulkanizace se používají různé urychlovací katalyzátory.

Proces vulkanizace objevil Charles Goodyear, který jej patentoval v roce 1844. Proces je pojmenován po Vulcanovi, starořímském bohu ohně.

Během procesu vulkanizace se z pryže stává pryž.

Vulkanizace se obvykle provádí na směsi kaučuku s různými složkami, které zajišťují potřebné provozní vlastnosti kaučuku: plniva (saze, křída, kaolin, polydisperzní kyselina křemičitá atd.), změkčovadla (ropné a talové oleje, faktis, dibutylftalát , atd.), antioxidanty (bisfenoly, diaminy atd.), urychlovače vulkanizace (xantáty, thiazoly, sulfenamidy atd.), aktivátory vulkanizace (oxid zinečnatý, oxid hořečnatý atd.), zpomalovače hoření (anhydrid kyseliny ftalové, N-nitrosodifenylamin atd.).

Oprava autokamery [editovat | upravit kód]

Vulkanizér napájený autobaterií (12 voltů). Vpravo je list surové pryže, pokrytý z obou stran plastovou fólií. Uprostřed je topné těleso pro opravu vsuvky fotoaparátu.

Vulkanizace duše automobilu.

Pyrotechnické jednorázové vulkanizéry

Stacionární vulkanizátor na nákladní pneumatiky

Když se duše pneumatiky propíchne a začne unikat vzduch, opraví se záplatou surové (nevulkanizované) pryže a vulkanizuje se.

Surová (nevulkanizovaná) guma má plastickou konzistenci, lze ji rozdrtit na hrudku a lepí se na předměty. Surová pryž se vyrábí v listech. Z obou stran je pokryta polyetylenovou ochrannou fólií.

Duše auta v místě vpichu je očištěna od nečistot, její povrch je také zdrsněn pro lepší přilnavost (jemným brusným papírem) a odmaštěn benzínem. Na místo vpichu se nanese náplast ze surové pryže a upne se do vulkanizéru.

Elektrický vulkanizér je svorka, jejíž jedna z čelistí je topným článkem. Surová pryžová záplata je těsně přitlačena ke komoře topným článkem. Aby se topné těleso při vulkanizaci nepřilepilo k náplasti, dávají pod něj automobiloví nadšenci obvykle kus papíru.

Při zahřátí surový kaučuk vulkanizuje a stává se pevným a elastickým. Povrchová teplota ohřívače (dle návodu) je cca +140–160 °C. Po dosažení zadané teploty (papír začne měnit barvu) se ohřev po úplném ochlazení zastaví, vulkanizátor se odstraní;

Elektrické vulkanizéry se vyrábí jako stacionární (velké rozměry, pro automobilové firmy), přenosné (napájené ze sítě 220 V), přenosné (pro opravy na cestách, z 12 V autobaterie).

V raných fázích éry motorizace byly požární vulkanizéry používány k opravám automobilových duší. Topným prvkem je zde „talíř“, do kterého se nalije přesně definovaná část benzínu a zapálí se. Úplné spálení benzínu zajišťuje požadovanou teplotu a požadovanou dobu trvání vulkanizačního procesu.

V SSSR se vyráběly i pyrotechnické ohřívače (jednorázové náhražkové vulkanizéry): kovová deska o průměru asi 5 cm (odpovídající průměrné velikosti záplaty) obsahovala hořlavou látku, „deska“ se záplatou ze surové pryže byla lisována s nějakým improvizovaným předmětem do komory a chemické složení bylo zapáleno . Po vychladnutí jste mohli vložit duši do pneumatiky a pokračovat v jízdě.

Dokování dopravních pásů [upravit | upravit kód]

Dopravní pásy se používají v různých průmyslových odvětvích. Často se musíte vypořádat s nutností jejich propojení (dokování) mezi sebou. V takových případech se používá metoda horké, studené nebo mechanické vulkanizace. Stejný problém nastává při spojování konců (slepování do prstence) zábradlí eskalátorů.

Literatura [upravit | upravit kód]

• Sheypak A.A.Historie vědy a techniky. Část 1. – MGIU, 2007. – s. 55-57. — 274 s. — ISBN 9785276016641.

• Kalissky V. S., Manzon A. I., Nagula G. E. Učebnice pro řidiče vozu kategorie C – Moskva, nakladatelství Transport, 1983. – 352 s.

• Chemická technologie
• Teorie auta

K získání pryžových výrobků z pryží s nezbytnými fyzikálními a mechanickými vlastnostmi nestačí pouze formovat výrobek ze surovin, protože spojení mezi molekulami materiálu bude příliš slabé, aby se vytvořily výrobky s vysokou úrovní pevnosti, tvrdost a pružnost, proto kaučukové směsi, ze kterých se drtivá většina kaučuků získává produkty) jsou komplexní vícesložkové systémy na bázi kaučuku nebo kombinace kaučuků a také různých přísad.

Kromě kaučuku (kaučuků) obsahují kaučukové směsi další složky, které se ve vztahu ke kaučukovým směsím obvykle nazývají přísady. Každá ze složek hraje specifickou roli v procesu výroby pryžových směsí, jejich zpracování, vulkanizaci a provozu pryžových výrobků.

Například látky, které tvoří vulkanizační systém, zajišťují vulkanizaci, tzn. přeměna směsi plastu a viskoelastické pryže na vysoce elastickou pryž v důsledku vytvoření jediné prostorové sítě při vulkanizační teplotě. Plniva zlepšují technologické vlastnosti kaučukových směsí, ve všech případech snižují cenu výrobků a v některých případech (při použití aktivních plniv) zvyšují pevnostní vlastnosti pryže a jejich odolnost proti opotřebení. Složení kaučukových směsí s uvedením obsahu každé složky se nazývá receptura, která určuje kvantitativní a kvalitativní složení složek obsažených v receptuře.

Požadavky na pryžovou směs

Ve své nejobecnější formě obsahuje kaučuková směs následující složky:

— kaučuk nebo směs kaučuků;

– vulkanizační systém včetně vulkanizačního činidla, urychlovače (nebo směsi urychlovačů), aktivátorů, které jsou nezbytné pro kaučukovou směs – – jakákoliv kompozice pro přeměnu kaučukové směsi z plasto-elastického stavu do stavu elastického během vulkanizace;

— antioxidanty, včetně: antioxidantů, antiozonantů, činidel proti únavě a ochranných pryžových výrobků před tepelným, ozónovým nebo světelným stárnutím, jakož i před únavou;

— zpomalovače předčasné vulkanizace;

— akceptory holoidů a vodíku (při použití kaučuků obsahujících holoidy nebo jiných polymerů);

— speciální přísady: modifikátory, urychlovače plastifikace, látky vytvářející póry, zpomalovače hoření, antistatická činidla atd.

Samotná chemická sloučenina kaučuku a síry by měla omezené praktické použití. Pro zlepšení fyzikálních vlastností kaučuku a jeho vhodnost pro použití v různých aplikacích je nutné upravit jeho vlastnosti přidáním dalších látek. Všechny látky smíchané s kaučukem před vulkanizací, včetně síry, se nazývají přísady kaučukových směsí. Způsobují chemické i fyzikální změny v pryži. Jejich účelem je upravit tvrdost, pevnost a houževnatost a zvýšit odolnost proti oděru, oleji, kyslíku, chemickým rozpouštědlům, teplu a praskání. K výrobě pryže pro různé aplikace se používají různé směsi.

Akcelerátory a aktivátory. Některé chemikálie zvané urychlovače, pokud se používají ve spojení se sírou, zkracují dobu vytvrzování a zlepšují fyzikální vlastnosti pryže. Příklady anorganických urychlovačů jsou bílé olovo, litharge (oxid olovnatý), vápno a magnesia (oxid hořečnatý). Organické urychlovače jsou mnohem aktivnější a jsou důležitou součástí téměř každé pryžové směsi. Do směsi se přidávají v relativně malém poměru: obvykle stačí 0,5 až 1,0 dílů na 100 dílů kaučuku. Většina urychlovačů je plně účinná v přítomnosti aktivátorů, jako je oxid zinečnatý, a některé vyžadují organickou kyselinu, jako je kyselina stearová. Proto moderní kaučukové směsi obvykle obsahují oxid zinečnatý a kyselinu stearovou.

Změkčovadla a změkčovadla

Ke zkrácení doby přípravy kaučukové směsi a snížení teploty procesu se obvykle používají změkčovadla a změkčovadla. Pomáhají také rozptýlit složky směsi, což způsobuje bobtnání nebo rozpuštění pryže. Typickými změkčovadly jsou parafín a rostlinné oleje, vosky, kyselina olejová a stearová, borový dehet, černouhelný dehet a kalafuna.

Posilující plniva

Některé látky zpevňují pryž, dodávají jí pevnost a odolnost proti opotřebení. Říká se jim zpevňující plniva. Saze (plyn) v jemně mleté ​​formě jsou nejběžnějším zpevňujícím plnivem; je poměrně levná a patří mezi nejúčinnější látky svého druhu. Běhoun pneumatiky automobilu obsahuje přibližně 45 dílů sazí na 100 dílů pryže. Další běžně používaná zpevňující plniva jsou oxid zinečnatý, uhličitan hořečnatý, oxid křemičitý, uhličitan vápenatý a některé jíly, ale všechny jsou méně účinné než saze.

Plniva

V počátcích gumárenského průmyslu, ještě před nástupem automobilu, se do kaučuku přidávaly určité látky, aby se snížily náklady na produkty z něj získané. Kalení ještě nemělo velký význam a takové látky prostě sloužily ke zvětšení objemu a hmotnosti kaučuku. Říká se jim plniva nebo inertní kaučukové přísady. Běžnými plnidly jsou baryt, křída, některé jíly a křemelina.

Antioxidanty

Využívání antioxidantů k udržení požadovaných vlastností pryžových výrobků při jejich stárnutí a používání začalo po 1. světové válce. Antioxidanty jsou stejně jako urychlovače vulkanizace složité organické sloučeniny, které v koncentraci 2–100 díly na XNUMX dílů pryže zabraňují růstu tvrdosti a lámavosti pryže. Vystavení vzduchu, ozónu, teplu a světlu je hlavní příčinou stárnutí pryže. Některé antioxidanty také chrání gumu před poškozením v důsledku ohýbání a tepla.

Pigmenty

Zpevňovací a inertní plniva a další složky kaučukových směsí se často nazývají pigmenty, ačkoli skutečné pigmenty se také používají k dodání barvy kaučukovým výrobkům. Jako bílé pigmenty se používají oxidy zinku a titanu, sulfid zinečnatý a lithopon. K dodání různých barevných odstínů výrobkům se používá korunková žluť, pigment na bázi oxidu železa, sulfid antimonitý, ultramarín a lampová čerň.

Vytvrzování

Konečným a nejdůležitějším procesem při výrobě pryžových výrobků je vulkanizace. Při vulkanizačním procesu jsou kaučukové makromolekuly spojovány příčnými chemickými vazbami do prostorové vulkanizační sítě, v důsledku čehož se plastická kaučuková směs mění na vysoce elastickou pryž.

Při zpracování ve fázi vulkanizace tak dochází k nevratné významné změně vlastností zpracovávaného materiálu.

Spolu s tradičním technologickým postupem výroby pryžových výrobků z „tvrdé“ pryže je v gumárenském průmyslu značně rozšířena výroba výrobků z vodných pryžových disperzí – latexů.

V druhém případě je energeticky náročný proces přípravy kaučukových směsí nahrazen procesem přípravy latexových směsí, což jsou koloidní systémy. V tomto případě jsou přísady dispergovány v nízkoviskózním vodném médiu, a proto nedochází k vynaložení velkého množství energie. Způsoby formování pomocí této technologie jsou zcela specifické. Jsou založeny na destrukci latexové směsi sušením nebo působením roztoků elektrolytů. Po vytvarování se polotovar suší a následně vulkanizuje. Použití latexů umožňuje získat některé produkty, které nelze vyrobit z pevných kaučukových roztoků.

Roztoky kaučukových směsí v organických rozpouštědlech – kaučukových lepidlech – jsou široce používány v gumárenském průmyslu. Pryžová lepidla se používají pro připevňování pryže k jiným materiálům a také při výrobě produktů, jako jsou pogumované tkaniny, rukavice atd.

V současné době je vyvinuto a v průmyslu stále více využíváno zpracování kaučuků a kaučukových směsí v jemně disperzní formě – tzv. „prášková“ technologie pro výrobu pryžových výrobků. Tato technologie umožní automatizovat pracně nejnáročnější fáze výroby pryžových výrobků – zavěšování a míchání, snížit energetické náklady na jejich realizaci a aplikovat některé nové technologické operace.

Vulkanizace pryže

Kalandrování

Jakmile je surový kaučuk změkčen a smíchán s přísadami kaučukové směsi, je před vulkanizací dále zpracováván, aby se z něj vytvaroval konečný produkt. Typ úpravy závisí na aplikaci pryžového produktu. V této fázi procesu se široce používá kalandrování a vytlačování.

Kalandry jsou stroje určené k válcování pryžové směsi na archy nebo k potahování tkanin. Standardní kalandr se obvykle skládá ze tří horizontálních válců naskládaných nad sebou, i když pro některé aplikace se používají čtyřhřídelové a pětihřídelové kalandry. Duté válce kalandru mají délku až 2,5 m a průměr až 0,8 m Pro kontrolu teploty je k válcům přiváděna pára a studená voda, jejíž výběr a údržba je rozhodující pro získání kvalitního produktu s konstantou. tloušťka a hladký povrch. Sousední hřídele se otáčejí v opačných směrech, přičemž rychlost každého hřídele a vzdálenost mezi hřídeli jsou přesně řízeny. Kalandr se používá k potahování látek, potahování látek a válení pryžové směsi na pláty.

Vytlačování

Extrudér se používá k tvarování trubek, hadic, běhounů pneumatik, duší pneumatik, automobilových těsnění a dalších produktů. Skládá se z válcového ocelového tělesa vybaveného topným nebo chladicím pláštěm. Šroub těsně přiléhající k tělu přivádí nevulkanizovanou kaučukovou směs předehřátou na válcích skrz tělo do hlavy, do které se vkládá výměnný formovací nástroj, který určuje tvar výsledného produktu. Produkt vystupující z hlavy je obvykle chlazen proudem vody. Pneumatické duše vycházejí z extrudéru jako spojitá duše, která se následně řeže na požadovanou délku. Mnoho produktů, jako jsou těsnění a malé hadičky, vychází z extrudéru ve svém konečném tvaru a následně se vytvrzuje. Jiné produkty, jako jsou běhouny pneumatik, vycházejí z extrudéru jako rovné polotovary, které se následně nanesou na tělo pneumatiky a navulkanizují, čímž změní svůj původní tvar.

Vytvrzování

Dále je nutné obrobek vulkanizovat, aby se získal hotový výrobek vhodný pro použití. Vulkanizace se provádí několika způsoby. Mnoho výrobků dostává svůj konečný tvar až ve fázi vulkanizace, kdy je pryžová směs uzavřená v kovových formách vystavena teplotě a tlaku.

Mnoho menších výrobků se vytvrzuje v kovových formách, které jsou umístěny mezi rovnoběžné desky v hydraulickém lisu. Lisovací desky jsou uvnitř duté, aby poskytovaly přístup páry pro ohřev bez přímého kontaktu s produktem. Výrobek přijímá teplo pouze prostřednictvím kovové formy.

Mnoho produktů je vulkanizováno zahřátím na vzduchu nebo oxidu uhličitém. Tímto způsobem se vulkanizuje pogumovaná látka, oblečení, pláštěnky a gumové boty. Proces se obvykle provádí ve velkých horizontálních vulkanizérech s parním pláštěm. Gumové směsi vulkanizované suchým teplem obvykle obsahují méně síry, aby se zabránilo úniku části síry na povrch produktu. Pro zkrácení doby vulkanizace, která je obvykle delší než u vulkanizace otevřenou párou nebo lisem, se používají urychlovací látky.

Některé pryžové výrobky se vulkanizují ponořením do horké vody pod tlakem. Pryžová fólie se navine mezi vrstvy mušelínu na buben a vulkanizuje v horké vodě pod tlakem. Gumové žárovky, hadice a izolace drátů jsou vulkanizovány v otevřené páře. Vulkanizéry jsou obvykle horizontální válce s těsně přiléhajícími víky.

Požární hadice jsou zevnitř vulkanizovány párou a působí tak jako vlastní vulkanizátory. Gumová hadice je vtažena dovnitř opletené bavlněné hadice, jsou k ní připevněny spojovací příruby a pára je pod tlakem vstřikována do obrobku po stanovenou dobu.

Vulkanizaci bez tepla lze provést pomocí chloridu sírového S2Cl2 buď ponořením do roztoku nebo vystavením páře. Tímto způsobem se vulkanizují pouze tenké plechy nebo předměty, jako jsou zástěry, koupací čepice, chrániče prstů nebo chirurgické rukavice, protože reakce je rychlá a roztok nepronikne hluboko do obrobku. Pro odstranění kyseliny vzniklé během vulkanizačního procesu je nutné další zpracování amoniakem.

Z hlediska celého výrobního cyklu jsou základní stupně v mnohém podobné výrobě produktů z jiných polymerů. Podívejme se na příklad výroby pryžových hadic:

Příprava směsi

Prvním krokem je příprava kaučukové směsi. V této fázi se vybraný polymer smíchá s různými přísadami, jako jsou změkčovadla, stabilizátory, pigmenty a plniva. Směs se nazývá sloučenina a připravuje se v dávkovacím mixéru nebo kontinuálním mixéru.

Vytlačování

Když je směs hotová, vytlačí se. Extrudér tlačí směs skrz matrici, která dává hadici požadovaný tvar a velikost. Proces vytlačování může být kontinuální nebo dávkový v závislosti na nastavení a požadavcích výrobce.

Výztuž

Pro zvýšení pevnosti a pružnosti hadice jsou přidány výztužné vrstvy. Výztuž může být ve formě tkaniny, drátu nebo kombinace obou. Hadice vyztužené tkaninou se obvykle používají pro nízké tlaky, zatímco hadice vyztužené drátem jsou vhodné pro vyšší tlaky. Výztužné materiály se zavádějí do procesu vytlačování a jsou zapuštěny do kaučukové směsi.

Vytvrzování

Vulkanizace je rozhodující fází, která dává pryžové hadici její konečné vlastnosti. Vytlačená hadice prochází pecí nebo autoklávem, kde se vytvrzuje. Vulkanizace zahrnuje vystavení hadice řízenému teplu a tlaku, čímž se aktivují tvrdidla v pryžové směsi. Tento proces zesítí polymerové řetězce, díky čemuž je hadice flexibilnější, odolnější vůči teplu a trvanlivější.

Příklad kontinuální výrobní linky od společnosti PTF Tekhprom LLC