Большой Энциклопедический словарь даёт такое пояснение слова вулканизация: «превращение каучука в резину, осуществляемое с участием т. н. вулканизующих агентов (например, серы, органических пероксидов, некоторых синтетических смол) или под действием ионизирующей радиации. В результате вулканизации повышаются прочность, твердость, эластичность, тепло- и морозостойкость каучука, снижается его растворимость в органических растворителях».
Что такое вулканизация
Практическое применение вулканизации
Слово «вулканизация» многим из нас известно с детства: мы слышали его всякий раз, когда обращались к взрослым за помощью, проколов велосипедную шину. Вскочив на отремонтированный велосипед, мы улетали по своим детским делам, недолго поудивлявшись, какое отношение ремонт велика имеет к вулканам. Как оказывается, имеет!
Слово «вулканизация», как и сказано в Энциклопедии, означает «превращение каучука в резину». Процесс осуществляется при помощи т.н. вулканизирующих агентов, веществ, способствующих этому превращению. В качестве таких агентов используют серу, оксиды металлов и другие вещества вместе с ускорителями вулканизации.
Сами по себе каучук, резина и их взаимные превращения, мало кого волнуют, кроме специалистов. Нас сейчас интересует практическое применение этого метода. А точнее, один его аспект: ремонт автомобильных покрышек.
Немного истории: Goodyear и вулканизация
Хотя вулканизация применяется далеко не только для ремонта шин, изобретение этого метода тесно связано именно с автомобильными покрышками. Всем автолюбителям хорошо знакома фамилия изобретателя вулканизации. Его звали Чарльз Нельсон Гудьир. Да-да, именно Goodyear, в честь которого и названа известная компания-производитель, основанная почти через 40 лет после смерти изобретателя. Открытый им процесс был назван именем Вулкана, древнеримского бога огня.
Изобретению Гудьира мир обязан существованию всех изделий из резины, которыми мы привычно пользуемся, не задумываясь о том, что эксперименты с каучуком, по сути, стоили изобретателю жизни. Гудьиру приходилось работать с весьма вредными веществами, что не могло отразиться на здоровье изобретателя.
История жизни Чарльза Нельсона Гудьира заслуживает отдельного описания, каковых, впрочем, существует немало. Мы же, отдав должное памяти изобретателя, вернёмся к использованию метода вулканизации для ремонта автомобильных шин.
Горячая вулканизация
Для ремонта автомобильных шин используют заплатки из «сырой резины», которые в процессе вулканизации образуют с покрышкой единое целое, надёжно заделывая место прокола. Этот процесс можно выполнить одним из двух способов: горячая и холодная вулканизация.
ВАЖНО: результат ремонта шины методом горячей вулканизации во многом зависит от квалификации мастера. Неправильное использование оборудования может привести к браку.
Горячую вулканизацию используют для восстановления покрышек с боковыми порезами от 1 см, а также для ремонта серьёзных повреждений протекторной части. Как видно из названия, этот способ подразумевает воздействие высокой температуры. Этот способ считается более прочным, кроме того, к важным преимуществам горячей вулканизации относится возможность использования покрышки сразу после ремонта.
Применение этого способа требует наличия специального оборудования и навыков работы с ним. Качественный ремонт шин методом горячей вулканизации возможен лишь при соблюдении всех технологических требований.
Холодная вулканизация
При этом способе вместо термического воздействия для активации бутилового слоя покрышки применяются химические вещества. По сути, если говорить бытовым языком, холодная вулканизация — это склеивание.
ВАЖНО: качество ремонта зависит от предварительной подготовки поверхности покрышки. Её необходимо очистить от грязи и влаги, сделать шероховатой для лучшего схватывания.
Для проведения ремонта шин холодной вулканизацией не требуется громоздкое оборудование, здесь можно обойтись ручным инструментом. Между тем, соблюдение технологии в этом случае не менее важно: любое нарушение процесса приведёт к браку. После ремонта использовать покрышку можно не ранее, чем через сутки (при температуре не ниже +20°С).
Подытожим
Выбор способа ремонта покрышки, горячей или холодной вулканизации, зависит от конкретных условий: особенности повреждения покрышки, возможности шиномонтажной мастерской, и других. Заочно нельзя сказать, который из способов окажется предпочтительнее в вашем случае, каждый из них имеет как преимущества, так и недостатки в сравнении с другим.
ВУЛКАНИЗАЦИЯ – технологический процесс резинового производства, при котором пластичный "сырой" каучук превращается в резину.
При вулканизации повышаются прочностные характеристики каучука, его твёрдость, эластичность, тепло- и морозостойкость, снижаются степень набухания и растворимость в органических растворителях. Сущность вулканизации – соединение линейных макромолекул каучука в единую "сшитую" систему, так называемую вулканизационную сетку. В результате вулканизации между макромолекулами образуются поперечные связи, число и структура которых зависят от метода В. При вулканизации некоторые свойства вулканизуемой смеси изменяются со временем не монотонно, а проходят через максимум или минимум. Степень вулканизации, при которой достигается наилучшее сочетание различных физико-механических свойств резин, называется оптимумом вулканизации.
Вулканизация подвергается обычно смесь каучука с различными веществами, обеспечивающими необходимые эксплуатационные свойства резин (наполнители, например сажа, мел, каолин, а также мягчители, противостарители и др.).
В большинстве случаев каучуки общего назначения (натуральный, бутадиеновый, бутадиен-стирольный) вулканизуют, нагревая их с элементарной серой при 140-160°С (серная В.). Образующиеся межмолекулярные поперечные связи осуществляются через один или несколько атомов серы. Если к каучуку присоединяется 0,5-5% серы, получается мягкий вулканизат (автомобильные камеры и покрышки, мячи, трубки и т.д.); присоединение 30-50% серы приводит к образованию жёсткого неэластичного материала – эбонита. Серная вулканизация может быть ускорена добавлением небольших количеств органических соединений, так называемых ускорителей вулканизации – каптакса, тиурама и др. Действие этих веществ в полной мере проявляется только в присутствии активаторов – окислов металлов (чаще всего окиси цинка).
В промышленности серную вулканизацию производят нагреванием вулканизуемого изделия в формах под повышенным давлением или же в виде неформовых изделий (в "свободном" виде) в котлах, автоклавах, индивидуальных вулканизаторах, аппаратах для непрерывной вулканизации. и др. В этих аппаратах нагревание осуществляют паром, воздухом, перегретой водой, электричеством, токами высокой частоты. Формы обычно помещают между обогреваемыми плитами гидравлического пресса. вулканизация с помощью серы была открыта Ч. Гудьиром (США, 1839) и Т. Гэнкоком (Великобритания, 1843). Для вулканизации каучуков специального назначения применяют органические перекиси (например, перекись бензоила), синтетические смолы (например, феноло-формальдегидные), нитро- и диазосоединения и другие; условия процесса те же, что и для серной вулканизации.
Вулканизация возможна также под действием ионизирующей радиации – g-излучения радиоактивного кобальта, потока быстрых электронов (радиационная вулканизации). Методы бессерной и радиационной В. позволяют получать резины, обладающие высокой термической и химической стойкостью.
В полимерной промышленности вулканизация применяется в экструзионном производстве каучуков.
Исп. литература:
Кошелев Ф. Ф., Корнев А. Е., Климов Н. С., Общая технология резины, М., 1968;
Догадкин Б. А., Вулканизационные структуры и их изменения при вулканизации, термомеханическом воздействии и утомлении вулканизатов, "Химическая наука и промышленность", 1959, т. 4,№ 1;
Гофманн В., Вулканизация и вулканизующие агенты, пер. с нем., М., 1968.
Приглашаем специалистов к сотрудничеству в качестве внештатных авторов и консультантов!
По вопросам публикации и оплаты статей обращайтесь в редакцию:
Тел/Факс: +7 (495) 645-24-17
Прислать сообщение
Полное или частичное копирование любых материалов, опубликованных на Plastinfo.ru, для размещения
на других Интернет сайтах, разрешается только с указанием активной гиперссылки на plastinfo.ru !
Полное или частичное использование любых материалов, размещенных на Plastinfo.ru,
в СМИ, печатных изданиях, маркетинговых отчетах, разрешается только с указанием ссылки
на «Plastinfo.ru» и в некоторых случаях требует письменного разрешения ООО Пластинфо
Новости
Выставки и конференции
Государство и бизнес
Литература и образование
Новые материалы и марки
Обзоры и анализ рынков
Обзоры СМИ
Оборудование
Объемы и мощности
Отходы и экология
Персоны и назначения
Пресс-релизы, форс-мажоры
Разработки изделий
Слияния и новые имена
Цены на сырье и изделия
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
От вида примененного реагента во многом зависят эксплуатационные свойства полученной вулканизированной резины и изделий из нее. К таким характеристикам относят устойчивость к пребыванию в агрессивных средах, скорость деформирования при сжатии или повышении температуры, сопротивляемость термоокислительным реакциям.
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
Чаще всего общеупотребимые каучуки (бутадиен-стирольный, бутадиеновый и натуральный) вулканизируют в сочетании с серой, нагревая смесь до 140-160°С. Этот процесс называется серной вулканизацией. В образовании межмолекулярных поперечных связей участвуют атомы серы. При добавлении в смесь с каучуком до 5% серы производят мягкий вулканизат, используемый для изготовления автомобильных камер, покрышек, резиновых трубок, мячей и т.п.
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.