Вулканизация
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( май 2023 г. ) |
Вулканизация (британский английский: Vulcanisation ) — это ряд процессов упрочнения резины . [1] этот термин относился исключительно к обработке натурального каучука серой Первоначально , которая остается наиболее распространенной практикой. Он также стал включать в себя отверждение других (синтетических) каучуков различными способами. Примеры включают силиконовый каучук, вулканизируемый при комнатной температуре , и хлоропреновый каучук (неопрен) с использованием оксидов металлов.
Вулканизацию можно определить как отверждение эластомеров . , при этом термины «вулканизация» и «отверждение» иногда используются в этом контексте как синонимы Он действует путем образования поперечных связей между участками полимерной цепи , что приводит к увеличению жесткости и долговечности, а также к другим изменениям механических и электрических свойств материала. [2] Вулканизация, как и отверждение других термореактивных полимеров , обычно необратима.
Это слово было предложено Уильямом Брокедоном (другом Томаса Хэнкока, получившим британский патент на этот процесс) от бога Вулкана , который ассоциировался с теплом и серой в вулканах . [3]
История [ править ]
Каучук – латекс – был известен на протяжении тысячелетий в мезоамериканских культурах и использовался для изготовления мячей, подошв сандалий, резиновых лент и водонепроницаемых контейнеров. Каучук обрабатывался для конкретных целей в Империи ацтеков — изделия из каучука и латекса обрабатывались и изготавливались, а затем отправлялись в столицу для использования или дальнейшего распространения. [4]
Первые резиновые камерные шины XIX века становились липкими на горячей дороге. В них застревал мусор, и в конечном итоге шины лопались.
Чарльз Гудиер в 1830-х годах работал над улучшением камерных шин. Он попробовал нагреть резину, чтобы смешать с ней другие химические вещества. Казалось, что это укрепило и улучшило резину, хотя это произошло из-за самого нагрева, а не используемых химикатов. Не осознавая этого, он неоднократно сталкивался с неудачами, когда объявленные им формулы ужесточения не работали последовательно. Однажды в 1839 году, пытаясь смешать каучук с серой , Гудиер случайно уронил смесь на горячую сковороду. К его удивлению, вместо того чтобы плавиться или испаряться , каучук оставался твердым, а по мере увеличения температуры каучук становился все тверже. Гудиер разработал последовательную систему такого отверждения и к 1844 году начал производить каучук в промышленных масштабах. [ нужна ссылка ]
Приложения [ править ]
Существует множество применений вулканизированных материалов, примерами которых являются резиновые шланги, подошвы для обуви, игрушки, ластики, хоккейные шайбы, амортизаторы, конвейерные ленты, [5] виброопоры/гасители, изоляционные материалы, шины и шары для боулинга. [6] Большинство резиновых изделий вулканизируются, поскольку это значительно увеличивает их срок службы, функциональность и прочность.
Обзор [ править ]
В отличие от термопластических процессов (процесс замораживания в расплаве, который характеризует поведение большинства современных полимеров), вулканизация, как и отверждение других термореактивных полимеров , обычно необратима.Обычно используются пять типов систем отверждения:
- Серные системы
- Пероксиды
- Оксиды металлов
- Ацетоксисилан
- Уретановые сшиватели
Вулканизация серой [ править ]
Наиболее распространенные методы вулканизации зависят от серы. Сера сама по себе является медленным вулканизующим агентом и не вулканизирует синтетические полиолефины . Ускоренную вулканизацию проводят с использованием различных соединений, изменяющих кинетику сшивки; [7] эту смесь часто называют лечебным пакетом. Основными полимерами, подвергаемыми серной вулканизации, являются полиизопрен ( натуральный каучук ) и бутадиен-стирольный каучук (SBR), которые используются для большинства шин уличного транспорта. Пакет отверждения специально подобран для подложки и области применения. Реакционноспособные центры – центры отверждения – представляют собой аллильные атомы водорода. Эти связи CH соседствуют с двойными связями углерод-углерод (>C=C<). Во время вулканизации некоторые из этих связей CH заменяются цепочками атомов серы , которые соединяются с местом отверждения другой полимерной цепи. Эти мостики содержат от одного до нескольких атомов. Количество атомов серы в сшивке сильно влияет на физические свойства конечного резинового изделия. Короткие сшивки придают резине лучшую термостойкость. Сшивки с большим количеством атомов серы придают резине хорошие динамические свойства, но меньшую термостойкость. Динамические свойства важны для изгибающих движений резинового изделия, например движения боковины бегущей шины. Без хороших свойств гибкости эти движения быстро образуют трещины и в конечном итоге приводят к разрушению резинового изделия.
Вулканизация полихлоропрена [ править ]
Вулканизация неопрена или полихлоропренового каучука (каучука CR) осуществляется с использованием оксидов металлов (в частности, MgO и ZnO , иногда Pb 3 O 4 ), а не соединений серы, которые в настоящее время используются во многих натуральных и синтетических каучуках . Кроме того, из-за различных факторов обработки (в основном, ожога, то есть преждевременного сшивания каучуков под воздействием тепла), выбор ускорителя регулируется иными правилами, чем для других диеновых каучуков. Большинство традиционно используемых ускорителей создают проблемы при отверждении каучуков CR, и наиболее важным ускорителем было обнаружено, что является этилентиомочевина (ETU), которая, хотя и является отличным и проверенным ускорителем полихлоропрена, была классифицирована как репротоксичная . С 2010 по 2013 год в европейской резиновой промышленности осуществлялся исследовательский проект под названием SafeRubber, направленный на разработку более безопасной альтернативы использованию ETU. [8]
Вулканизация силиконов [ править ]
, вулканизируемый при комнатной температуре (RTV), Силикон состоит из химически активных полимеров на масляной основе в сочетании с укрепляющими минеральными наполнителями. Существует два типа силикона, вулканизующегося при комнатной температуре:
- РТВ-1 (Однокомпонентные системы); затвердевает под действием атмосферной влаги, катализатора и ацетоксисилана. Ацетоксисилан при воздействии влаги образует уксусную кислоту . [9] Процесс отверждения начинается на внешней поверхности и распространяется до самой сердцевины. Продукт упакован в герметичные картриджи и находится в жидкой или пастообразной форме. Силикон РТВ-1 обладает хорошими характеристиками адгезии, эластичности и долговечности. Твердость по Шору может варьироваться от 18 до 60. Удлинение при разрыве может варьироваться от 150% до 700%. Они обладают превосходной устойчивостью к старению благодаря превосходной устойчивости к ультрафиолетовому излучению и атмосферным воздействиям.
- РТВ-2 (Двухкомпонентные системы); двухкомпонентные продукты, которые при смешивании затвердевают при комнатной температуре до твердого эластомера, геля или гибкой пены. RTV-2 остается гибким при температуре от -80 до 250 ° C (от -112 до 482 ° F). Разрушение происходит при температуре выше 350 ° C (662 ° F), в результате чего остается инертный слой кремнезема , который является негорючим и негорючим. свойствам их можно использовать для электроизоляции Благодаря своим диэлектрическим . Механические свойства удовлетворительные. РТВ-2 используется для изготовления гибких форм, а также многих технических деталей для промышленности и парамедицины.
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Акиба, М (1997). «Вулканизация и сшивка эластомеров». Прогресс в науке о полимерах . 22 (3): 475–521. дои : 10.1016/S0079-6700(96)00015-9 .
- ^ Джеймс Э. Марк; Бурак Эрман; Ф. Р. Эйрих, ред. (2005). Наука и технология каучука . п. 768. ИСБН 0-12-464786-3 .
- ^ Хэнкок, Томас (1857). Личное повествование о происхождении и развитии производства каучука или каучука в Англии . Лондон: Лонгман, Браун, Грин, Лонгманс и Робертс. п. 107.
- ^ Тарканян М. и Хослер Д. (2011). Первые американские учёные-полимеры: переработка, использование и транспортировка каучука в Мезоамерике. Латиноамериканская античность, 22 (4), 469–486. дои: 10.7183/1045-6635.22.4.469
- ^ «Руководство по использованию и преимуществам вулканизированной резины» . Мартинс Резина . 27 января 2020 г. . Проверено 16 июня 2021 г.
- ^ «Вулканизированная резина» . Проверено 16 июня 2021 г.
- ^ Ганс-Вильгельм Энгельс, Херрманн-Йозеф Вайденгаупт, Манфред Пирот, Вернер Хофманн, Карл-Ханс Ментинг, Томас Мергенхаген, Ральф Шмоль, Стефан Урландт «Каучук, 4. Химические вещества и добавки» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана , 2004, Wiley- ВЧ, Вайнхайм. дои : 10.1002/14356007.a23_365.pub2
- ^ «Более безопасная альтернатива ускорителям на основе тиомочевины в процессе производства хлоропренового каучука» . Cordis.europa.eu . Проверено 25 апреля 2024 г.
- ^ «Паспорт безопасности для красного силикона RTV» (PDF) . Архивировано (PDF) оригинала 9 октября 2022 г. Проверено 24 июня 2011 г.
Резина | |
|---|---|
| Химические типы | |
| Механические типы | |
| Добавки | |
| Переработка резины | |
| Промышленность | |
| Продукты | |
| Напрасно тратить | |
