Технологический процесс вулканизации резины

 

Технологически процесс вулканизации представляет собой преобразование в резину «сырого» каучука. Как химическая реакция, он предполагает объединение линейных каучуковых макромолекул, легко теряющих стабильность при внешнем воздействии на них, в единую вулканизационную сетку. Она создается в трехмерном пространстве благодаря поперечным химическим связям.

 

Такая как бы «сшитая» структура наделяет каучук дополнительными прочностными показателями. Улучшаются его твердость и эластичность, морозо- и теплостойкость при снижении показателей растворимости в органических веществах и набухания.

 

Полученная сетка отличается сложным строением. Она включает не только узлы, соединяющие пары макромолекул, но и те, что объединяют одновременно несколько молекул, а также поперечные химические связи, представляющие собой как бы «мостики» между линейными фрагментами.

 

Их образование происходит под действием специальных агентов, молекулы которых частично выступают строительным материалом, химически реагируя друг с другом и макромолекулами каучука при высокой температуре.

 

Свойства материала

 

Возникающие связи необратимо ограничивают подвижность молекул под механическим воздействием, одновременно сохраняя высокую эластичность материала со способностью к пластическим деформациям. Структура и численность этих связей определяется методом вулканизации резины и использованными для нее химическими агентами.

 

 

Процесс протекает не монотонно, и отдельные показатели вулканизируемой смеси в своем изменении достигают своего минимума и максимума в разное время. Наиболее подходящее соотношение физико-механических характеристик получаемого эластомера называется оптимумом.

Вулканизируемый состав, помимо каучука и химических агентов, включает ряд дополнительных веществ, способствующих производству резин с заданными эксплуатационными свойствами. По назначению их делят на ускорители (активаторы), наполнители, мягчители (пластификаторы) и противостарители (антиокислители). Ускорители (чаще всего это оксид цинка) облегчают химическое взаимодействие всех ингредиентов резиновой смеси, способствуют сокращению расхода сырья, времени на его переработку, улучшают свойства вулканизаторов.

 

 

 

Наполнители, такие как мел, каолин, сажа, повышают механическую прочность, сопротивление износу, истиранию и другие физические характеристики эластомера. Пополняя объем исходного сырья, они тем самым уменьшают расход каучука и понижают себестоимость получаемого продукта. Мягчители добавляют для повышения технологичности обработки резиновых смесей, снижения их вязкости и увеличения объема наполнителей.

Также пластификаторы способны повышать динамическую выносливость эластомеров, стойкость к истиранию. Стабилизирующие процесс антиокислители вводятся в состав смеси, чтобы предупредить «старение» каучука. Разные комбинации этих веществ применяют при разработке специальных рецептур сырой резины для прогнозирования и корректировки процесса вулканизации.

 

Виды вулканизации

 

 

Когда присоединяется более 30% серы, то получается довольно жесткий, малоэластичный эбонит. В качестве ускорителей в этом процессе используют тиурам, каптакс и др. , полноту действия которых обеспечивает добавление активаторов, состоящих из окислов металлов, как правило, цинка.

Еще возможна радиационная вулканизация. Ее проводят посредством ионизирующей радиации, применяя потоки электронов, излучаемых радиоактивным кобальтом. Такой процесс без использования серы способствует получению эластомеров, наделенных особой стойкостью к химическому и термическому воздействию. Для производства специальных видов резин добавляют органические перекиси, синтетические смолы и другие соединения при тех же параметрах процесса, что и в случае добавление серы.

 

В промышленных масштабах вулканизируемый состав, помещенный в форму, нагревают при повышенном давлении. Для этого формы помещают между нагретыми плитами гидропресса. При изготовлении неформовых изделий смесь засыпают в автоклавы, котлы или индивидуальные вулканизаторы. Нагревание резины для вулканизации в этом оборудовании проводится при помощи воздуха, пара, нагретой воды или высокочастотного электрического тока.

Крупнейшими потребителями резинотехнической продукции на протяжении многих лет остаются предприятия автомобильного и сельскохозяйственного машиностроения. Степень насыщенности их продукции изделиями из резины служит показателем высокой надежности и комфорта. Кроме того, детали из эластомеров часто используют при производстве монтажа сантехники, изготовлении обуви, канцелярских и детских товаров.

Как выбрать вулканизатор: виды, особенности, принцип работы

03.06.2022

Безопасность во время движения – это самое главное в автомобиле. Отверстия, глубокие царапины и другие механические повреждения колес могут стать следствием проблем с управлением или обездвиживанием машины. Небольшие дефекты можно устранить при помощи мелкого ремонта с применением жгутов, а серьезные нуждаются в методе холодной или горячей вулканизации.

Холодный метод выполняется в два этапа. Первый заключается в косметическом ремонте шины при помощи горячей вулканизации, затем проводится зачистка и клеится пластырь. Второй этап – непосредственно холодный метод с использованием температуры в помещении. Рекомендуется отстаивать шину не менее суток при режиме в 20 градусов. Если температура ниже, необходимо увеличить время отстоя.

Горячая вулканизация – это обработка шины под воздействием высокой температуры, благодаря которой происходит склейка материала. В этом случае ремонт поврежденного участка займет всего полчаса. Более трудоемкие задачи потребуют от 40 до 120 минут (с учетом предварительной подготовки). 

Для этой процедуры используют вулканизатор – специальный станок. Оборудование снабжено двумя прижимными пластинами, между которыми устанавливают шину с наклеенной на месте дефекта заплаткой. Пластины фиксируют покрышку и начинают ее нагревать. Температура может доходить до 130–170 градусом (в зависимости от прибора). На поврежденный участок действует тепло и давление, резина начинает плавиться, и спустя 10–15 минут получается герметично скрепленное изделие.

Основные преимущества вулканизатора: 

• Высокая скорость обработки поврежденного участка. Легкий ремонт займет не более 30 минут, для более сложной операции может потребоваться около 2 часов. В отличие от холодной вулканизации, вам не придется сутки ждать застывания резины и заклеивать поврежденное место.
• Эффективное выполнение операций. При использовании высоких температур (оборудование способно нагревать шину до 170 градусов) заплатка очень плотно и надежно крепится на резине. Это гарантирует безопасность использования покрышки и ее длительный эксплуатационный срок. Герметичность будет сохраняться, пока сама шина не придет в негодность. Вам не придется обращаться за повторным ремонтом.
• Прибыльное устройство для автомастерских. Ремонт шин – недешевая услуга, поэтому клиенты обращаются только в проверенные автосервисы. С использованием вулканизатора мастер может устанавливать более высокую цену на ремонт. Дополнительная плата взимается за другие операции, например, внутреннюю промывку покрышки.
  Прибор позволит вам качественно выполнять работу, чтобы клиент оставался доволен и обращался к вам еще.

Прибор не занимает много места в автомастерской, и при этом позволяет удивить и оставить клиентов довольными. Вы сможете предлагать более широкий спектр услуг и применять в работе новые технологии. На установку одной заплатки вы будете тратить 20-30 минут, вместо нескольких суток, как раньше.

Виды вулканизаторов

Как в небольших, так и в крупных автомобильных сервисах свободное место никогда не бывает лишним. Именно поэтому многие боятся покупать новое оборудование, так как оно будет занимать лишнее пространство в помещении. При покупке вулканизатора этих проблем можно будет избежать. На рынке представлено множество моделей на любой вкус и цвет, в том числе и небольших габаритов.

1. Ручной/переносной

Оптимальный вариант для небольших автомобильных мастерских, где нет возможности разместить громоздкое оборудование. Он легко собирается и разбирается, имеет небольшой вес и прост в транспортировке из одного места в другое.

Прибор оснащен прочной рамой из металла, имеет две пластины для нагрева и ручной прижим.

Конструкция оборудования очень прочная, позволяющая работать с любыми видами шин. Можно работать с покрышкой, установленной как вертикально, так и горизонтально.

Ручной прибор идеален, если в мастерской нет места для габаритного устройства или его приходится постоянно переносить от одного мастера к другому.

2. Настольный.

Стационарный инструмент, больше по размеру, чем ручной. Станок можно установить на стол или на стену, что позволяет сэкономить место. Он оснащен прочной металлической рамой и широкой опорной подставкой, которая прикручивается к поверхности при помощи крепежей. Конструкция выдерживает большой вес шины, установленной на столе.

Прибор может быть двух разных комплектаций – с односторонним или двухсторонним нагревом. Некоторые модели нагревают и пластину, и рабочий стол. Зажим необходимо осуществлять вручную, при помощи винтовой рукоятки.

Большое преимущество настольных станков – наличие таймера, на котором можно задать нужное время нагрева, по истечении которого температура автоматически снижается.

3. Напольный.

Самый крупный вид станков, который крепится на станине, обеспечивающей устойчивость оборудования. В комплекте часто идут ящики для аксессуаров. Прибор значительно облегчает процесс вулканизации, благодаря, например, подвижной нижней головке, автоматической регулировке температуры нагрева или таймеру.

Напольные приборы подходят для крупных автомастерских с большим объемом заказов по вулканизации. Некоторые модели могут оснащаться колесами для легкой транспортировки к нужному месту работы.

4. Пневматические.

Оборудование четко фиксирует поврежденную покрышку за счет применения пневматического привода. Он позволяет достигать необходимого уровня давления. Нагревательные пластины обеспечивают точную передачу усилия на ремонтируемую зону.

Пневматические станки предназначены для ремонта шин разных автомобилей, автобусов и грузовиков.

5. Электрические.

Это оборудование, которое работает от электричества. Как правило, они снабжаются цифровым контроллером температурного режима и обеспечивают быструю, надежную вулканизацию.

Крупные стационарные станки устанавливаются в больших автомастерских с возможностью доступа к электричеству. Неудобны в транспортировке, так как имеют большой вес и всегда должны находиться возле электросети.

Дополнительные критерии выбора

• 1. Размер рабочей зоны. От нее зависит размер шин, которые можно ремонтировать на этом станке. Например, при 80 мм нагревательных пластин, оборудование может работать с колесами диаметром 17–18 см. Для грузовых автомобилей размер рабочей зоны должен быть больше.
• 2. Мощность станка. Она бывает от 0,4 до 1 кВт. Чем больше сила работы оборудования, тем выше энергопотребление и температура нагрева пластин. Если прибор снабжен двумя головками для нагрева, то его мощность будет более высокой.
• 3. Максимальная температура нагрева. Она бывает в трех вариантах – 145, 160, 175 градусов. Чем эта характеристика выше, тем быстрее расплавится резина а, соответственно, меньше придется тратить времени на вулканизацию. Небольшой температурный режим обычно используют покрышки или камеры с тонкой резиной.

Как выбрать вулканизатор

Для обеспечения эффективной вулканизации потребуется качественное современное оборудование. Приобретайте только профессиональные приборы, ни в коем случае не самодельные или устаревшие.


Учитывайте тип ремонтируемой поверхности: существуют модели только для ремонта шин или универсальные приборы.


Выбирайте оборудование с возможностью регулирования температуры, с таймером и предохранителем, чтобы полностью исключить перегрев заплаток и резины. Некоторые приборы оснащаются скобой для ремонта боковых повреждений изделия.


При выборе обращайте внимание на производителя. Устройство должно соответствовать требованиям безопасности и всем современным стандартам, чтобы у вас не возникло проблем с клиентами. Вулканизатор быстро окупится в условиях российских дорог. Вы будете качественно и быстро выполнять свою работу, а значит, спрос на ваши услуги будет только расти.

Что такое вулканизированная резина? | Материал

---

В процессе производства резина часто обрабатывается с помощью тепла и серы для улучшения ее физических свойств. Процесс, известный как вулканизация, делает резину более прочной и эластичной. От шин и обуви до клавишных панелей и прокладок бесчисленное множество изделий изготавливается из вулканизированной резины. Чтобы узнать больше о вулканизированной резине и ее отличиях от традиционной резины, продолжайте читать.


Основы вулканизированной резины

Вулканизированный каучук — это любой тип каучука, затвердевший с использованием тепла и серы. Он производится в процессе отверждения, при котором эластомеры каучука затвердевают под воздействием тепла и серы. Воздействие тепла и серы создает в резине новые поперечные связи, что в конечном итоге делает резину более прочной и эластичной.


Как производится вулканизированная резина

Вулканизированная резина производится с использованием многоэтапного процесса вулканизации. Прежде всего, резина погружается в ванну с серой и добавками. Хотя сера является основным ингредиентом, используемым для облегчения вулканизации, к ней добавляются и другие добавки. Ванна может содержать пигменты для цвета, а также ускоритель для ускорения процесса.

Затем резине придается желаемая форма. Вулканизированную резину нельзя легко формовать. Скорее, его прочные и эластичные свойства затрудняют формование. Поэтому каучук формуется после погружения в ванну с серой и добавками.

После формования резина нагревается в камере, похожей на печь. Хотя сама по себе сера может вулканизировать каучук, добавление тепла помогает ускорить процесс, а также дает лучшие результаты. Резину нагревают до температуры от 300 до 400 градусов по Фаренгейту, после чего ее вынимают из нагревательной камеры и дают остыть.

Вулканизированная резина по сравнению с традиционной резиной




По сравнению с традиционной резиной вулканизированная резина значительно прочнее. Он способен выдерживать большее давление и стресс, что делает его предпочтительным для многих производственных компаний.

Вулканизированная резина также более эластична, чем традиционная резина. Многие считают, что сила коррелирует с эластичностью. Однако тот факт, что объект или материал прочный, не обязательно означает, что он не может быть эластичным. Вулканизированная резина одновременно прочная и эластичная. Обладая повышенной эластичностью, он может растягиваться в большей степени, не подвергаясь остаточной деформации.

Вулканизированная резина обычно лучше защищена от истирания, чем традиционная резина. Истирание состоит из повреждений из-за царапания. Вулканизированная резина прочнее и тверже, чем традиционная резина, поэтому она менее подвержена абразивному износу.

Нет тегов для этого поста.

Что такое вулканизация и вулканизированная резина?

Вулканизированная резина намного прочнее традиционной резины. Он может выдерживать большее давление и нагрузку и гораздо более эластичен, поэтому многие производители предпочитают использовать вулканизированный каучук в своем бизнесе. Повышенная прочность и эластичность вулканизированной резины позволяют ей растягиваться в гораздо большей степени, не деформируясь и не деформируясь. Вулканизация также означает, что резина лучше защищена от истирания или других повреждений, вызванных соскабливанием.

Но что такое вулканизация и как она работает? В этой статье мы более подробно рассмотрим вулканизацию, а также историю и использование вулканизированной резины.

Что такое вулканизация?

Каучук бывает двух видов: натуральный и синтетический. Натуральный каучук немного прочнее и имеет меньший запах, тогда как синтетический каучук более устойчив к нагреванию и старению. Синтетический каучук также используется в продуктах для людей с аллергией на белки, содержащиеся в натуральном каучуке. 70% каучука, используемого сегодня в Соединенных Штатах, является синтетическим, но оба типа широко используются во всем мире.

Натуральный каучук состоит из молекул полиизопрена. Его получают из клеток или латексных протоков растений, производящих каучук. Хотя существует более двухсот растений, способных производить латекс, большую часть натурального каучука получают из каучукового дерева (Hevea Brasiliensis).

Синтетические каучуки представляют собой искусственные полимеры, получаемые из побочных продуктов нефтепереработки. Коагулированный натуральный и синтетический каучук в исходном состоянии малопригоден. Он липкий, термопластичный и мягкий с очень низкой прочностью на растяжение и эластичностью, поэтому перед использованием его необходимо подвергнуть таким процессам, как вулканизация. Натуральный и большинство видов синтетического каучука можно вулканизировать, чтобы улучшить их свойства и сделать их достаточно прочными и прочными для использования. Процесс вулканизации включает в себя добавление и нагревание каучука с серой для улучшения его эластичности и прочности.

Полиизопрен (натуральный каучук) и стирол-бутадиеновый каучук (SBR) представляют собой полимеры, которые чаще всего вулканизуют. Эти каучуки часто используются для производства автомобильных шин.

Методы вулканизации могут различаться, но обычно они включают смешивание сырого каучука или других эластомерных материалов с 5-30% серы или другого агента (чтобы вызвать реакцию сшивания) с активатором, ускорителем и замедлителем схватывания для образования сшитого молекулярная сеть.

Вулканизация с использованием только серы очень медленная и может привести к окислительной деградации, что приведет к ухудшению механических свойств. Вот почему добавляются ускорители, чтобы вулканизация могла происходить при более низкой температуре и с большей эффективностью. (Это также снижает количество необходимой серы, что улучшает свойства старения вулканизированной резины).

Обычно используемые добавки включают оксид цинка (активаторы), гуанидины, тиазолы, ксантогенаты, тиурамы (ускорители), уксусную кислоту, хлорид кальция (коагулянты), амины, фенолы и фосфиты (антиоксиданты), цветные пигменты, масла и антиокислители. — пенообразователи.

Следует избегать активной вулканизации на стадиях смешивания, чтобы предотвратить образование трещин при формовании резины.

Наука, стоящая за процессом вулканизации

Вулканизация произвела революцию в способах производства и применения каучука. До того, как была открыта вулканизация, натуральный каучук коагулировали с помощью кислоты и тепла, чтобы сделать его пластичным. При высоких температурах резина становилась липкой и начинала плавиться. Однако при слишком низкой температуре он быстро становился хрупким. Использование каучука в промышленных условиях было дорогим и непрактичным при использовании этих методов.

Итак, как вулканизируют каучук? Натуральный латексный сок, собранный с деревьев, содержит молекулы изопрена. По мере высыхания латекса молекулы сближаются и атакуют двойную углеродную связь соседних молекул. Двойная связь разрывается, и электроны объединяются, чтобы связать молекулы изопрена вместе, превращая их в мономеры. Этот процесс продолжается до тех пор, пока многие молекулы изопрена не соединятся и не создадут длинные нити или цепочки мономеров (полимеров).

Совокупность мономерных цепей изопрена называется полиизопреном, который склеивается за счет образования электростатических связей. Это позволяет нитям двигаться относительно друг друга при натяжении и возвращаться в исходное состояние при расслаблении, придавая каучуку степень естественной эластичности.

При добавлении серы и подходящей температуре и давлении атомы серы атакуют двойные связи атомов углерода в изопреновых цепях и связывают их. Атомы серы также связываются друг с другом, а затем связывают вместе различные нити изопрена. Это известно как сшивание в постоянном состоянии.

Сшивание – это механизм реакции, придающий вулканизированному каучуку прочность на растяжение. Проще говоря, сшивание — это химический процесс, при котором полимерные цепи соединяются вместе. Его можно сравнить с тарелкой сырых спагетти. Каждую прядь очень легко вытащить из миски, но после того, как она приготовлена ​​и высушена, они слипаются, и их труднее разъединить.

Несшитые полимерные цепи свободно перемещаются, в то время как сшитые цепи имеют гораздо меньшую вероятность текучести при нагрузках, вызванных нагреванием или растяжением. Они также более устойчивы к растворителям и могут использоваться для более прочных покрытий или связующих.

Сшивание создает сетчатую структуру, которая придает каучуку более стабильную эластичность, и после того, как она была создана, ее вообще невозможно легко разрушить. Этот постоянный характер изменения химического состава каучука называется термореактивным.

Существует три стадии вулканизации, а именно индукция, сшивание и оптимальное состояние:

• Во время стадии индукции (или подвулканизации) медленная реакция сшивания начинается при температуре от 180°F до 230°F . Формованная резина обычно формуется до ее нагревания, так как сшивание делает невозможным формование резины;
• На этапе сшивания или отверждения образуются постоянные сшивки. Смесь нагревают до 250-400ºF для ускорения вулканизации, что приводит к быстрому сшиванию.
• В оптимальном состоянии вулканизированная резина может вернуться к своей первоначальной длине после десяти циклов деформации под напряжением. Если процесс отверждения продолжается за пределами оптимального состояния, это называется переотверждением. Окончательное оптимальное состояние отверждения или переотверждения означает, что все свойства резиновых смесей формируются до тех пор, пока они не станут эластичными.

Образующиеся поперечные связи зависят от количества вулканизующего агента, времени реакции, температуры и природы самого каучука.

Вулканизированная резина прочнее и эластичнее, чем натуральная резина.

Кто изобрел вулканизацию резины?

Человечество использует каучук уже тысячи лет. Древние ольмеки были первыми, кто занимался наукой о каучуке, смешивая сок виноградной лозы и кипяченый сок каучука для создания собственного вулканизированного каучука. Это использовалось для гидроизоляции и, конечно же, для ранней формы баскетбола!

В 1820-х годах химик по имени Чарльз Макинтош объединился с изобретателем Томасом Хэнкоком, чтобы усовершенствовать процесс. Они растворили натуральный каучук в бензоле и нагрели его, чтобы получить резиновое покрытие и водонепроницаемую ткань. Сера была добавлена ​​в процесс в более поздние годы.

Однако современная вулканизация в том виде, в каком мы ее знаем, может быть приписана Чарльзу Гудиеру. Гудьир увлекся резиной после того, как заметил спасательный жилет в универсальном магазине. Гудиер вложил все свое время и ресурсы в резину. Однажды он случайно пролил смесь резины и резины на горячую плиту, где она «обуглилась, как кожа» и затвердела. Он считал, что остановка процесса в нужное время сделает резину более липкой и стабильной. Goodyear начала «лечить» резину и отправила образцы Томасу Хэнкоку. Хэнкок заметил серу на поверхности и начал добавлять серу в процесс обработки каучука.

Компания Goodyear получила патент США на вулканизацию через несколько недель после того, как Хэнкок опередил его в получении патента Великобритании. Термин вулканизация происходит от друга Хэнкока, относящегося к римскому богу огня Вулкану.

Открытие Гудьира положило начало промышленной революции, но, к сожалению, его настойчивость не окупилась, и он умер в долгах более чем на 200 000 долларов. Известная шинная компания Goodyear позже была названа в его честь в знак признания его важного вклада в отрасль.

Как упоминалось ранее, использование только серы в процессе вулканизации не очень эффективно, быстро или экономично, поэтому каучук не получил широкого распространения, пока американский химик Джордж Энслагер не обнаружил, что добавление ускорителей в процесс вулканизации улучшает отверждение. процесс в 1912. Изобретенный им метод вулканизации широко используется и сегодня.

Каковы области применения и преимущества вулканизированной резины?

Вулканизация повышает эластичность, твердость, прочность на разрыв, устойчивость к органическим растворителям и истиранию. Он также обладает превосходной эластичностью, низким водопоглощением и стойкостью к окислению, а также является превосходным электрическим изолятором.

Если натуральный каучук вулканизирован правильно, он сохраняет и усиливает свои преимущества без недостатков, существующих на молекулярном уровне. После вулканизации вновь созданные полимерные цепи укрепляют каучук; он сжимается и становится жестче. Это делает вулканизированную резину гораздо менее восприимчивой к повреждениям или деформации и придает ей повышенную прочность на растяжение.

Эта износостойкость делает этот материал отличным материалом для использования в ряде изделий, в которых долговечность и водостойкость при работе в тяжелых условиях имеют первостепенное значение (например, ремешки для спортивных часов или резиновые подошвы для обуви). Чаще всего вулканизированная резина используется в шинах. Шины часто армируют техническим углеродом для еще большей прочности. Ежегодно в мире производится более миллиарда шин.

Вулканизированная резина также используется для производства резиновых шлангов, подошв для обуви, изоляции, виброгасителей, ластиков, амортизаторов, детских игрушек, конвейерных лент, резервуаров с резиновым покрытием и многого другого.

Является ли вулканизированная резина экологически чистой?

Вулканизированная резина более прочная и с меньшей вероятностью разлагается, чем натуральная резина, но есть свидетельства того, что вулканизированная резина подвергается биологическому разложению в горячих бункерах для компостирования. Преимущество вулканизации заключается в том, что резиновые изделия можно легко отремонтировать или перепрофилировать, потому что они очень долговечны. Старые резиновые шины можно восстановить или повторно использовать в качестве асфальта, мульчи для озеленения, насыпи дерна или ковриков для скота.