Jak probíhá vulkanizace?

Vulkanizace pryže je high-tech postup, při kterém suroviny interagují se specifickým činidlem. Při jeho realizaci se mění vlastnosti materiálu, což zajišťuje jeho široké využití ve výrobním sektoru. Výsledkem tohoto procesu je přeměna plastového materiálu (gumy) na pryž zesíťováním molekul elastomeru do prostorové sítě.

Proces vulkanizace pryže

Tento proces zahrnuje smíchání polymeru s činidly, která způsobují síťovací reakci. V závislosti na konečných požadavcích na produkt se používají následující látky:

• Aktivátory;
• Plastifikátory;
• antioxidanty;
• Inhibitory nebo urychlovače reakce.

Při takovém zpracování se vytvoří příčné vazby mezi lineárními makromolekulami suroviny, které při dosažení optimální vulkanizace poskytují nejlepší kombinaci výkonnostních vlastností hotového výrobku obsahujícího kaučuk.

Existují tři fáze vulkanizace:

• indukce;
• Vytvrzování;
• Optimální stav.

V první fázi začíná vytváření síťové struktury. Pokud je třeba konečný výrobek tvarovat, provádí se to před zahřátím. Ve fázi zesítění se vytvoří spojení polymerních řetězců. Jejich množství závisí na teplotě, množství přísad a dalších faktorech. Třetí stupeň je charakterizován dosažením stanovených parametrů. V této fázi je důležité zabránit nadměrnému vytvrzení.

Vulkanizace síry

Vulkanizace kaučuku pro všeobecné použití (isopren, butadien, polyisopren) se provádí ohřevem ve formách. Výchozí materiál se sírou je podroben zpracování při teplotě +150°C. +160°C za daného tlaku. Atomy síry se spojují s makromolekulami kaučuku a vytvářejí disulfidové můstky, molekula se stává trojrozměrnou a objevuje se struktura rozvětvené sítě.

V závislosti na procentu přidané látky se mění vlastnosti konečného materiálu. Pokud množství síry ve směsi nepřesáhne 5%, výstupem je měkká, elastická vulkanizovaná pryž. Díky zesíťované molekulární síti je tento materiál mnohem pevnější než nevulkanizovaný materiál. Je také odolný vůči ultrafialovému záření a změnám teplot. Široce používané v automobilovém průmyslu, stejně jako pro výrobu hadic, kuliček, trubek atd.

Při přidání více než 30 % síry vzniká tvrdý ebonitový materiál, který má vynikající elektroizolační vlastnosti a také nepropustnost pro vodu a plyn. Používá se při výrobě elektrospotřebičů, baterií, lékařských přístrojů atd.

Směs může obsahovat různá plniva:

• Saze;
• uhličitan vápenatý (křída);
• křemičitan hlinitý;
• Oxid křemičitý atd.

Proces vulkanizace kaučuku sírou se obvykle urychluje přidáním různých organických sloučenin. Bez nich probíhá reakce pomalu, což může negativně ovlivnit mechanické vlastnosti budoucích pryžových výrobků. Nejčastěji používanými urychlovači jsou thiuram nebo captax. Aktivátorem je oxid zinečnatý. V tomto případě lze vulkanizaci provádět při nižších teplotách a její účinnost bude vyšší. Přídavek těchto látek také umožňuje snížit množství síry, která má pozitivní vliv na vlastnosti pryže při jejím stárnutí.

Vulkanizační metody

Vulkanizovat lze přírodní i umělé materiály. Vulkanizovat gumu lze dvěma způsoby – za studena a za tepla.

V prvním případě jsou prvky spojeny bez tepelného zpracování. Studená metoda může být provedena za použití semichloridu sírového. Ve 2% roztoku na bázi rozpouštědla zůstává polymer od několika sekund (u výrobků o tloušťce cca 1 mm) po několik minut (u silnostěnných prvků). Během této doby se obrobek nasytí látkou a získá požadované fyzikální a chemické vlastnosti. Po dokončení postupu se produkt ošetří vodou.

Druhou možností zpracování za studena je umístění obrobku do atmosféry nasycené oxidem síry. Dále se vulkanizovaný kaučuk přenese do komory se sirovodíkem, kde se nechá 15-20 minut, aby byla reakce dokončena. Díky tomu je pryž méně náchylná k deformaci vytvářením nových polymerních řetězců.

Speciální pryže jsou ošetřeny syntetickými pryskyřicemi nebo organickými peroxidy. Radiační vulkanizace se používá méně často. Tato metoda se používá k výrobě pryže se specifickými vlastnostmi, například vysokou odolností vůči chemikáliím.

Při zpracování za tepla se používá několik možností ohřevu obrobků. Vkládají se do speciálních forem a pecí vyhřátých na +150°C. Pokud je v peci zvýšený tlak, proces vulkanizace bude rychlejší a efektivnější. Dále jsou výrobky ošetřeny horkou vodní párou. Ohřev zpracovatelských jednotek je zajištěn nejen elektřinou nebo vodou, ale také vysokofrekvenčním proudem nebo vzduchem.

Vlastnosti vulkanizované pryže

Vulkanizovaný kaučuk získává různé vlastnosti v závislosti na kvalitě suroviny, zvoleném způsobu zpracování, procentu síry a dalších faktorech. Mezi tyto vlastnosti patří:

• Pružnost;
• Teplotní odolnost;
• Odolnost proti opotřebení;
• Tvrdost;
• Odolnost vůči ozónu;
• Zvýšená pevnost v tahu;
• Odolnost vůči oleji;
• Odolnost vůči benzínu, rozpouštědlům;
• Plynotěsnost;
• Voděodolnost atd.

Za výhodu vulkanizačního zpracování se považuje také udržovatelnost výrobků a možnost jejich zpracování pro opětovné použití.

Současné trendy ve vulkanizačních procesech

S rozvojem průmyslu a zejména automobilového průmyslu se zvyšuje poptávka po výrobcích s výše uvedenými fyzikálními a chemickými vlastnostmi. K moderním trendům proto patří používání různých urychlovačů vulkanizace. Mohou nejen zkrátit dobu zpracování pryže, ale také snížit její náklady a optimalizovat pomocné procesy, jako jsou lisovací polotovary.

Jako akcelerátory se používají:

• Oxid olovnatý;
• Thiuramid sulfid;
• xantháty;
• Látky na bázi amoniaku atd.

Pokud je obrobek zpracováván vodní párou, pomohou proces aktivovat alkálie (hydroxid vápenatý, oxid hořečnatý) nebo soli (uhličitan sodný, thiouhličitan sodný).

Kaučuk jako konečný produkt vulkanizace

Guma je vysoce elastický, odolný materiál skládající se z polymerové báze s přídavkem různých látek.

Vlastnosti výrobků obsahujících kaučuk závisí na druhu suroviny, ze které jsou vyrobeny. Například pryž vyrobená z polymerů SKD, ND, SKS je neporézní, monolitická a má dobrou odolnost proti opotřebení. Isoprenové pryže zajišťují roztažnost produktu. Základ z přírodního kaučuku dodává hotovému materiálu elasticitu a olejivzdornost, je však nevhodný pro použití v agresivním prostředí.

Výroba gumy zahrnuje několik fází:

• Příprava polotovarů;
• Plastifikace surovin;
• Kalandrování a řezání listů;
• Vytvrzování.

Při zpracování pryžové základny se do ní přidávají různé komponenty. Kromě síry, urychlovačů a aktivátorů diskutovaných výše se do sloučeniny přidávají antioxidanty, které zpomalují stárnutí produktu.

Pro zlepšení výkonnostních charakteristik se používají plniva a změkčovadla. Ty zjednodušují zpracování pryže a snižují její otěr.

Kaučuk získaný vulkanizací pryže se nejčastěji používá do pneumatik a duší automobilů. Jako základ se nejčastěji používají polyisoprenové a styren-butadienové kaučuky.

Pro zajištění požadovaných vlastností a charakteristik obsahuje složení moderní pryže asi 20 složek. Hlavní výhodou tohoto materiálu je zachování pružnosti, tvrdosti a odolnosti proti deformaci. Pro zlepšení pevnosti lze pryž vyztužit sazemi.

Velkými spotřebiteli výrobků obsahujících pryž je zemědělská technika, výroba kabelových a drátěných výrobků a průmyslové zboží.

konzultace o jakýchkoli otázkách