Gummizusammensetzung und ihre Herstellung

Der Hauptbestandteil von Kautschuk ist Kautschuk: Sein Anteil in Kautschukprodukten beträgt etwa 50...60 % des Gewichts. Im Gummi sind die Moleküle lange Fäden, die zu Kugeln verdreht und miteinander verflochten sind. Diese Struktur des Gummis bestimmt sein Hauptmerkmal – die Elastizität. Wenn Gummi gedehnt wird, richten sich seine Moleküle allmählich auf und kehren in ihren vorherigen Zustand zurück, nachdem die Belastung entfernt wurde. Ist die Dehnung jedoch zu groß, verschieben sich die Moleküle irreversibel gegeneinander und der Gummi reißt.

Zunächst wurde in Kautschukprodukten ausschließlich Naturkautschuk verwendet, der aus dem Milchsaft (Latex) des Kautschukbaums – dem brasilianischen Hevea – gewonnen wurde. Im Jahr 1932 wurde in unserem Land zum ersten Mal weltweit synthetischer Kautschuk synthetisiert, der bald zum Hauptrohstoff für die Herstellung von Gummiprodukten wurde. Derzeit werden zu diesem Zweck Dutzende Sorten synthetischer Kautschuke hergestellt.

Am weitesten verbreitet sind die Styrolkautschuke C KMC (Butadien-Methylstyrol) und SKS (Butadien-Styrol). Diese Kautschuke sind Naturkautschuk überlegen. Verschleißfestigkeit, sind ihm jedoch in Elastizität, Hitze- und Frostbeständigkeit unterlegen.

Bei der Herstellung von Reifen werden Isopren- (SKI-3) und Butadien-Kautschuke (SKV) verwendet. SKI-3-Gummi hat ähnliche Eigenschaften wie Naturkautschuk, SKV-Gummi ist sehr verschleißfest. Chloropren- (Nairit) und Nitrilkautschuk (SKN) weisen eine gute Öl- und Benzinbeständigkeit auf. Sie werden zur Herstellung von Teilen verwendet, die mit Erdölprodukten in Berührung kommen: Schläuche, Manschetten usw.

Bei der Herstellung von Schläuchen und der Dichtungsschicht von Tubeless-Reifen wird Butylkautschuk verwendet, der sich durch eine hohe Gasundurchlässigkeit auszeichnet.

Natur- oder Synthesekautschuk bildet die Basis der Kautschukmischung bzw. des „Rohkautschuks“, der aufgrund seiner geringen Festigkeit nur begrenzte Verwendung findet – hauptsächlich zur Herstellung von Klebstoffen und Dichtungen. Um die Festigkeit von Kautschuken zu erhöhen, wird der Prozess der Vulkanisation eingesetzt – die chemische Bindung von Kautschukmolekülen mit Schwefelatomen. Während des Vulkanisationsprozesses, der bei einer Temperatur von 130 ... 140 ° C stattfindet, verbinden sich Schwefelmoleküle mit linearen Gummimolekülen und bilden Brücken zwischen ihnen (Abb. 59). Das Ergebnis ist vulkanisierter Gummi, ein elastisches Material.

Die bei der Vulkanisation verwendete Schwefelmenge richtet sich nach den Festigkeits- und Elastizitätsanforderungen des Materials. Mit zunehmender Schwefelkonzentration nimmt die Festigkeit des Gummis zu, gleichzeitig nimmt jedoch seine Elastizität ab. Daher ist in Kautschuken, die zur Herstellung von Autoschläuchen und -reifen bestimmt sind, der Schwefelzusatz auf 1 bis 3 % des gesamten Kautschukgehalts begrenzt. Bei einem Schwefelgehalt von 40...60 % entsteht Gummi hartes Material- Ebonit.

Um die erforderliche Festigkeit und Verschleißfestigkeit von Gummi, insbesondere für die Herstellung von Reifen, zu gewährleisten, werden Füllstoffe verwendet. Der Hauptfüllstoff ist Ruß, also pulverförmiger Kohlenstoff mit Partikelgrößen von 0,03 bis 0,25 Mikrometern. Moderne Kautschuke enthalten einen erheblichen Anteil an Ruß – von 30 bis 70 % im Verhältnis zum enthaltenen Kautschuk. Durch den Eintrag von Ruß erhöht sich die Festigkeit von Gummi um mehr als eine Größenordnung. Für die Herstellung von farbigem Gummi wird sogenannter weißer Ruß (Silica und andere Produkte) verwendet. Zusammen mit Ruß werden inaktive Füllstoffe verwendet, um das Volumen der Gummimischung zu erhöhen, ohne ihre Eigenschaften zu verschlechtern (erschöpfte Kreide, Asbestmehl usw.).

Reis. 1. Struktur aus vulkanisiertem Gummi

Um das Mischen der Komponenten der Gummimischung zu erleichtern, werden ihr Weichmacher oder Weichmacher zugesetzt – meist flüssige oder feste Erdölprodukte. Um den Alterungsprozess zu verlangsamen und die Widerstandsfähigkeit des Gummis bei wiederholten Verformungen zu erhöhen, werden Antioxidantien zugesetzt. Als Antioxidantien werden spezielle Chemikalien eingesetzt, die den in den Gummi eindringenden Sauerstoff binden. Als solche Stoffe kommen Neozone D und Santoflex A zum Einsatz. Zur Beschleunigung der Vulkanisation werden Beschleunigerzusätze eingesetzt. Die Herstellung von porösem Moosgummi erfolgt durch den Einsatz spezieller Porenbildner.

Um die Festigkeit einer Reihe von Gummiprodukten (Autoreifen, Antriebsriemen, Hochdruckschläuche usw.) zu erhöhen, wird Gummi mit Gewebe- oder Metallverstärkungen verstärkt. Beispielsweise werden bei einem der wichtigsten und teuersten Produkte – Autoreifen – Polyamid (Nylon), Viskose oder Metallschnüre verwendet.

Die Hauptbühne technologischer Prozess Bei der Kautschukzubereitung handelt es sich um das Mischen, das eine vollständige und gleichmäßige Verteilung aller enthaltenen Inhaltsstoffe im Kautschuk gewährleistet ( Komponenten), deren Anzahl bis zu 15 erreichen kann. Das Mischen erfolgt in Gummimischern, meist in zwei Stufen. Zunächst wird eine Hilfsmischung ohne Schwefel und Beschleuniger hergestellt, dann werden in der zweiten Stufe Schwefel und Beschleuniger eingebracht. Die resultierenden Gummimischungen werden zur Herstellung entsprechender Teile und zur Gummierung der Kordel verwendet. Im letzteren Fall muss die Schnur mit Latices und Harzen imprägniert werden, um eine ausreichende Bindungsfestigkeit zwischen Kordel und Gummi zu gewährleisten. Der letzte Arbeitsgang ist die Vulkanisation, nach der das Gummiprodukt für den Einsatz geeignet ist.

Die Mischung, um ein haltbares elastisches Material zu erhalten, wird Rohkautschuk genannt. Nach Wärmebehandlung Die molekularen Bindungen des Gummis verändern sich und bilden eine Legierung mit Weichmachern. Sie können zu Hause mit Ihren eigenen Händen vulkanisieren und ein kleines Teil aus Gummi herstellen oder einfach ein Loch in einem Fahrradschlauch abdichten oder Schnitte an der Piste reparieren. Für private Werkstätten, in denen Rohkautschuk mit eigenen Händen hergestellt wird, werden einfache Geräte zum Verkauf angeboten.

Natürliches Gummi

Der Saft der Gummibäume wurde von den Ureinwohnern häufig zur Herstellung wasserdichter Schuhe, zur Abdeckung von Booten, zum Schutz von Hütten vor Regen und zur Lösung anderer Probleme verwendet. alltägliche Probleme. Sie gewinnen es aus Gummipflanzen, ähnlich wie beim Sammeln von Birkensaft im Frühjahr. Polyisopren, das Kohlenhydrat, aus dem der größte Teil des Naturlatex besteht, verbindet sich bei Hitze mit Sauerstoff und wird mit der Zeit spröde. Nach dem Erhitzen werden die molekularen Bindungen stabil und die Substanz reagiert nicht einmal auf saure Lösungen.

Der Wert von Gummi basiert auf technischen Eigenschaften:

• hohe Abriebfestigkeit;
• gute Wärmedämmeigenschaften;
• löst sich nicht in Wasser und den meisten aggressiven Flüssigkeiten auf;
• Plastik;
• Elastizität.

Durch die Zugabe von Weichmachern und Flusssand können Sie ein Material mit den geplanten Eigenschaften und Farben herstellen. Rohkautschuk wird durch Vulkanisation – Erhitzen unter Druck auf eine Temperatur von 150 Grad – in ein Produkt verwandelt, das seine Form lange behält.

Rohkautschukkomponenten

Natur- und Synthesekautschuk verwandelt sich beim Erhitzen auf 50 Grad in eine weiche Masse, die sich gut mit anderen Komponenten vermischt:

• grau;
• Gasruß;
• Sand (Siliziumdioxid);
• Öle;
• Harze;
• Farbstoffe;
• Weichmacher;
• Beschleuniger.

Die Zusammensetzung der Komponenten variiert und hängt von den Eigenschaften ab, die der resultierende Rohkautschuk aufweisen muss. Schwefel ist Teil molekularer Verbindungen und die Härte von Gummi hängt davon ab. Beschleuniger verkürzen die Vulkanisationszeit. Ruß und Öl verleihen Plastizität fertiges Produkt. Sand und andere organische Substanzen machen es härter, verringern den Abrieb und erhöhen die Reißkraft.

Gummiarten

Basierend auf der Härte gibt es drei Hauptgruppen:

• weich - Latex;
• Durchschnitt;
• hart - Ebonit.

Die natürliche Komponente weist die besten Leistungseigenschaften auf, weshalb Autoreifen aus Naturkautschuk hergestellt werden. In kleinen Unternehmen wird bei der Gummiproduktion billigeres synthetisches Material eingesetzt.

Latex wird zur Herstellung von Handschuhen, Spielzeug, verschiedenen Isoliermaterialien, wasserdichter Kleidung und Schuhsohlen verwendet. Kautschuk mittlerer Dichte wird im Alltag und in der Produktion häufig verwendet. Dies sind alle Arten von Dichtungen in Wasserhähnen, Matten, Kupplungen in Autos und Mechanismen. Ebonit wird zur Herstellung von Teilen verwendet, die eine hohe Härte und Abriebfestigkeit erfordern. Dies sind Elemente von Lagern, Rädern, Buchsen.

Gummiherstellung

Bei der Herstellung von Rohkautschuk gibt es drei wesentliche, unveränderliche Phasen. Die Anweisungen und die Technologie sind einfach und erfordern eine einfache Ausrüstung. Folgendes wird nacheinander ausgeführt:

• Gummiheizung;
• Mischen mit Zusatzstoffen;
• Formen

Naturkautschuk verwandelt sich nach längerem Stehen und Fermentieren in eine dicke, viskose Masse. Das Künstliche entsteht in dieser Form sofort. Vor der Verwendung wird es wie ein Teig geknetet und auf 50 Grad erhitzt. In diesem Zustand verliert es seine Elastizität, wird geschmeidig und weich und kann sich mit anderen Stoffen vermischen.

Die Komponenten des zukünftigen Gummis werden zum Mischen in eine Schneckenmaschine gegossen. Anteile und Zusätze werden je nach geplanten Qualitäten übernommen. Alle produzierten Rohkautschukqualitäten sind standardisiert und die Menge jedes Materials wird in Prozent angegeben. Es bleibt nur noch eine Umrechnung in Bezug auf die verfügbare Gummimasse.

Die resultierende homogene Masse bleibt erhitzt, da unter Temperaturabgabe Reibung am Maschinenteil und Partikel untereinander entsteht. Als Ergebnis des Prozesses entsteht Rohkautschuk. Es wird zu Streifen bestimmter Größe geformt (seltener zu einer Schnur) und zwischen Polyethylen verpackt.

Herstellung von Gummiprodukten

Zur Herstellung von Produkten wird die Rohmasse nach dem Mischen in spezielle Formen gegeben, Druck erzeugt und auf 135-150 Grad erhitzt. Der Vorgang wird Vulkanisation genannt. Bei Kleinteilen handelt es sich um geschlossene Matrizen. Produkte wie Teppiche können durch heiße Fässer mit geformter Oberfläche geleitet werden.

Bei längerer Einwirkung hoher Temperaturen trocknet Gummi aus und wird spröde. Daher werden der Zusammensetzung Schwefel und andere Beschleuniger zugesetzt, die den Vulkanisationsprozess erheblich verkürzen können.

Eigene Rohkautschukproduktion

Gummi, insbesondere Kunstkautschuk, erfordert viel Kraft beim Kneten. Einem Menschen fehlt die Kraft, es mit den Händen wie Teig zu kneten. Dafür gibt es ein spezielles Gerät. Das Mischen mit Zusatzstoffen ist ein arbeitsintensiver und zeitaufwändiger Prozess. Stoffe mit unterschiedlicher Dispersion, spezifischem Gewicht und Aggregatzustand müssen in eine homogene Masse überführt werden.

Rohkautschuk bereiten Sie selbst in einer Maschine mit Schneckenwellen vor. Die Schneckenvorsprünge zerkleinern alles, was in den Behälter gegeben wird, und vermischen es. Die Produktionsgeschwindigkeit hängt von der Anzahl der Wellen ab. Er ist meist allein zu Hause und es dauert lange, die Mischung in den gewünschten Zustand zu bringen.

Zum Formen in Platten und Streifen genügen zwei Wellen, von denen sich eine bewegt und so die Größe des Spalts und damit die Dicke des fertigen Rohgummis verändert. Die Masse wird in einen Vorratstank gegeben und geformt. Bei der Verformung kühlt es ab, verliert seine Fließfähigkeit und wird zugfest.

Ausrüstung für eine Heimwerkstatt kann in einem Geschäft gekauft oder selbst hergestellt werden. Nehmen Sie die in der Küche vorhandenen Geräte als Muster mit. Der Motor passt in eine kaputte Waschmaschine oder eine andere Maschine. Riemen und Riemenscheiben für Kraftfahrzeuge.

Rohkautschuk: Anwendung

Zu Hause wird Gummi häufig zur Reparatur von Gummiprodukten verwendet. Das sind Reifen und Schläuche von Fahrrädern und Autos, Schuhe. Durch Vulkanisation entstehen Dichtungen für Wasserhähne und diverse Kleinteile.

Zum Ausbessern beschädigter Räder werden am häufigsten rohe Gummiplatten verwendet. Gebrauchsanweisung:

1. Reinigen Sie die Kanten der Kammer an der Schnittstelle mit Schleifpapier, damit sich ihre Enden nicht berühren. Abgerissene Vorsprünge abschneiden.
2. Der Bereich um den Schnitt wird entfettet und mit einer Feile bearbeitet.
3. Aus rohem Gummi wird ein Flicken ausgeschnitten und auf die Kamera geklebt.
4. Es wird mit einer Klemme eingespannt und erhitzt.

Zum Erhitzen wird ein fertiger Vulkanisator verwendet, Sie können ihn aber auch selbst herstellen. Im Fall von Industrieanlage Ein Millimeter Dicke sollte 4 Minuten lang erhitzt werden. Bei einem selbstgebauten Gerät erhöht sich die Zeit auf 10 Minuten, sie lässt sich auf praktische Weise genauer bestimmen.

Herstellung eines Vulkanisationsgeräts

Selbstgebaute Vulkanisatoren werden in Elektro- und Benzin-Vulkanisatoren unterteilt. Sie bestehen aus Teilen, die ihre Nutzungsdauer abgeleistet haben. Hauptknoten:

• fester Tisch;
• ein Heizelement;
• Klemme.

Das einfachste Elektromodell besteht aus einem alten Bügeleisen, das über eine funktionierende Spule verfügt. Diese Option verfügt über einen Regler und ist daher praktischer als andere. Die Arbeitsfläche ist die Sohle. Es ist besser, den Griff zu entfernen, das Bügeleisen umzudrehen und es auf einer Halterung aus dickem Blech zu installieren. Der zu reparierende Gegenstand wird darauf gelegt und mit einer Zwinge festgeklemmt.

Für die Benzinversion ist es praktisch, den Motorkolben zu verwenden. Benzin wird hineingegossen und angezündet. Legen Sie zur Kontrolle Papier auf das Pflaster. Bei einer für Gummi kritischen Temperatur beginnt es gelb zu werden.

Im Maschinenbau wird häufig Gummi verwendet – eine komplexe Mischung, in der Gummi den Hauptbestandteil darstellt. Gummi verfügt über eine hohe Elastizität, die mit einer Reihe weiterer wichtiger technischer Eigenschaften verbunden ist: hohe Reiß- und Abriebfestigkeit, Gas- und Wasserbeständigkeit, chemische Beständigkeit, hohe elektrische Isoliereigenschaften und niedriges spezifisches Gewicht. Zu den Nachteilen von Gummi zählen die geringe Hitzebeständigkeit und die geringe Beständigkeit gegenüber Mineralölen (mit Ausnahme von speziellem ölbeständigem Gummi).

Auftragen von Gummi. Gummiprodukte werden in allen Branchen häufig verwendet nationale Wirtschaft. Das Sortiment an Gummiprodukten umfasst derzeit Zehntausende Artikel. Die Hauptverwendung von Kautschuk liegt in der Herstellung von Reifen.

Neben Reifen gibt es in einem Auto etwa 200 verschiedene Gummiteile: Schläuche, Riemen, Dichtungen, Buchsen, Kupplungen, Puffer, Membranen, Manschetten usw.

Gummi hat hohe elektrische Isoliereigenschaften und wird daher häufig zum Isolieren von Kabeln, Drähten, Magnetzündern und Schutzausrüstungen wie Handschuhen, Galoschen und Teppichen verwendet.

Gummizusammensetzung. Die Zusammensetzung von Gummi umfasst Gummi, regeneriertes Gummi, Vulkanisierungsmittel, Vulkanisierungsbeschleuniger, Füllstoffe, Weichmacher, Antioxidantien und Farbstoffe. Natur- und Synthesekautschuk ist der Hauptrohstoff für die Herstellung von Gummiprodukten. Derzeit werden Gummimaterialien hauptsächlich aus synthetischem Gummi hergestellt, der aus Ethylalkohol, Erdöl, Erdgas und andere Substanzen.

Regenerieren - Plastik, gewonnen durch Verarbeitung alter Gummiprodukte und Gummiproduktionsabfälle. Durch die Verwendung von Regenerat wird der Gummianteil in der Gummimischung reduziert, die Kosten für Gummiprodukte gesenkt und deren Plastizität leicht erhöht.

Das wichtigste Vulkanisationsmittel ist Schwefel. Durch Veränderung des Schwefelgehalts in Gummimischungen ist es möglich, Gummi mit unterschiedlichen Elastizitätsgraden zu erhalten. Der Prozess der chemischen Verbindung von Gummi mit Schwefel beim Erhitzen wird als bezeichnet Vulkanisation. Bei der Herstellung von elastischem Kautschuk wird Schwefel in einer Menge von 1–4 % des Kautschukgewichts eingebracht. Gummi enthält 25–35 % Schwefel und ist ein hartes Material, das Hartgummi genannt wird. Um die Dauer und Temperatur der Vulkanisation zu reduzieren, werden Beschleuniger (Captax, Bleioxid usw.) in kleinen Mengen (0,5–2,5 %) eingebracht.

Füllstoffe Es gibt aktive, inaktive und spezielle. Zu den aktiven Füllstoffen (Verstärkern) gehören Ruß, Zinkweiß, Kaolin und andere Stoffe, die die mechanischen Eigenschaften von Gummi (Zugfestigkeit und Abriebfestigkeit) erhöhen. Ruß ist der Hauptfüllstoff zur Herstellung von langlebigem Gummi mit hoher Abriebfestigkeit. Zu den inaktiven Füllstoffen gehören Talkum, Kreide, Infusorienerde usw. Sie werden eingeführt, um das Volumen zu erhöhen und die Kosten des Gummis zu senken. Zu den besonderen Füllstoffen gehören Kaolin und Asbest, die Gummi eine chemische Beständigkeit verleihen, sowie Kieselgur, die die elektrischen Isoliereigenschaften von Gummi erhöht.

Weichmacher(Weichmacher) verleihen der Gummimischung Weichheit, Plastizität und erleichtern die Verarbeitung.

Antioxidantien- Das sind Stoffe, die Gummi vor Alterung schützen.

Hauptarten von Gummi. Als verstärkter Gummi wird Gummi bezeichnet, in dessen Inneren Dichtungen aus einem Metallgeflecht oder einer Spirale eingelegt sind, um die Festigkeit und Flexibilität zu erhöhen, was besonders wichtig für Produkte wie Autoreifen, Antriebsriemen, Förderbänder, Rohrleitungen usw. ist. Bei der Vorbereitung Dabei wird ein mit einer Messingschicht beschichtetes und mit Leim beschichtetes Metallgewebe in die Gummimischung eingelegt und gleichzeitig gepresst und vulkanisiert.

Poröse Kautschuke werden je nach Porenbeschaffenheit und Herstellungsverfahren in schwammige – mit großen offenen Poren, homogenzellige – mit geschlossenen Poren und mikroporöse Kautschuke unterteilt. Die Methode ihrer Herstellung basiert auf der Fähigkeit von Gummi, Gase zu absorbieren, und auf der Diffusion von Dosen durch den Gummi. Poröser Gummi wird bei der Herstellung von Stoßdämpfern, Sitzen, Fensterdichtungen und Reifenlaufflächenschichten verwendet.

Hartgummi oder Ebonit hat eine dunkelbraune oder rote Farbe, ist hitzebeständig von 50 bis 90 °C und hält hohen Durchschlagsspannungen (25–60 kV/min) stand.

Ebonit Wird zur Herstellung von Bauteilen, Messgeräten und verschiedenen elektrischen Geräten verwendet und wird für diese Zwecke in Form von Platten, Stäben und Rohren in zwei Qualitäten geliefert: A und B. Darüber hinaus werden Ebonit-Batteriemonoblöcke und Separatoren (in Form von glatte und gerippte Platten) und verschiedene Teile für Alkalibatterien.

Gummi, seine Eigenschaften und Indikatoren, die die Qualität charakterisieren

Aufgrund seiner hohen Elastizität (Elastizität), der Fähigkeit, Vibrationen und Stoßbelastungen aufzunehmen, geringer Wärme- und Schallleitfähigkeit, guter mechanischer Festigkeit, hoher Abriebfestigkeit, Dehnbarkeit, guter elektrischer Isolierung, Gas- und Wasserbeständigkeit, Beständigkeit gegenüber vielen aggressiven Umgebungen, Leichtigkeit , niedrige Kosten und andere Aufgrund seiner Eigenschaften ist Gummi in manchen Fällen ein unverzichtbarer Werkstoff für Automobilteile.

Diese Kombination der aufgeführten Eigenschaften ist nur für Gummi charakteristisch und macht ihn zu einem einzigartigen Material, bei dem die hohe Elastizität am meisten geschätzt wird, d. h. die Fähigkeit, nach dem Aufhören der Kräfte, die die Verformung verursacht haben, seine ursprüngliche Form wiederherzustellen.

Gummi wird zur Herstellung von Motorlagern, Schläuchen, Kühlsystemen, Strom-, Schmier-, Heizungs-, Lüftungs-, Lüfter-, Generator-, Kompressor- und Wasserpumpenriemen, Karosserie- und Kabinendichtungen, Federbuchsen und anderen Aufhängungsteilen, Manschetten, Schläuchen und Abdeckungen verwendet , Membranen Bremssystem, Luftfederungsteile, schalldämmende Elemente der Vorder- und Hinterradaufhängung, Federwegbegrenzer, stoßdämpfende Polster und Buchsen, Radschmutzfänger, Kabinen- und Karosserie-Fußmatten usw. Und doch die Hauptverwendung von Gummi an einem Auto dient zur Herstellung von Reifen.

Die Verwendung von Gummiteilen bei der Konstruktion des Autos ermöglichte eine Verbesserung Leistung und insbesondere das Eigengewicht durch reduzierte Stoßbelastungen und Vibrationen reduzieren, das Eindringen von Lärm in die Karosserie reduzieren, die Fahrgeschwindigkeit erhöhen und den Fahrkomfort verbessern.

Die Verwendung von Gummidichtungsteilen ermöglicht außerdem eine Vereinfachung und Kostensenkung in der Automobilproduktion, da Karosserie- und Kabinenteile mit weniger strengen Toleranzen hergestellt und montiert werden können.

Gummizusammensetzung. Kautschuk wird durch Vulkanisieren der Kautschukmischung gewonnen. Die Zusammensetzung der Kautschukmischung umfasst folgende Bestandteile: Kautschuk, Vulkanisationsmittel, Vulkanisationsbeschleuniger, Aktivatoren, Alterungsschutzmittel, aktive Füllstoffe oder Verstärker, inaktive Füllstoffe, Farbstoffe, Weichmacher, Spezialzutaten.

Je nach Verwendungszweck enthält Gummi möglicherweise nur einen Teil der aufgeführten Inhaltsstoffe, seine Zusammensetzung enthält jedoch immer Gummi und ein Vulkanisationsmittel.

Gummi. Gummi ist die Basis der Gummimischung und bestimmt die Qualität des Gummis. In Reifenkautschukmischungen beträgt der Kautschukanteil etwa 50-60 % (nach Gewicht). Reifenfabriken verbrauchen mehr als 60 % des im Land produzierten Gummis. Kautschuk wird in Naturkautschuk (NK) und Synthetikkautschuk (SC) unterteilt.

Naturkautschuk wird hauptsächlich aus dem Milchsaft (Latex) des Hevea-Kautschukbaums gewonnen, der bis zu 40 % davon enthält. Es sind auch kautschukhaltige Pflanzen (kok-sagyz, tau-sagyz) bekannt, die Latex in ihren Wurzeln enthalten. Um Gummi zu isolieren, wird Latex mit Essigsäure oder einer anderen Säure mit geringer Dissoziation behandelt, unter deren Einfluss Gummipartikel koagulieren (Latex koaguliert) und sich leicht trennen lassen.

Wenn Gummi gedehnt wird, richten sich seine Moleküle in Richtung der Zugkraft aus und kehren bei Entlastung unter dem Einfluss der inneren Wärmebewegung in ihren vorherigen Zustand zurück.

Bei einer kritischen Belastung kommt es aufgrund der Verschiebung der Moleküle relativ zueinander zum Bruch.

Die hohe Elastizität von Naturkautschuk wird durch die Art der Struktur der Moleküle, ihre Regelmäßigkeit und den Einfluss intermolekularer Kräfte bestimmt.

Aufgrund seiner ungesättigten chemischen Natur geht Gummi leicht chemische Reaktionen mit Sauerstoff, Wasserstoff, Halogenen, Schwefel und anderen Elementen ein. So dringen Sauerstoff und insbesondere Ozon bereits bei Raumtemperatur in die Gummimoleküle ein und brechen diese in kleinere auf. Wenn Gummi zerstört wird, wird es spröde und verliert seine wertvollen Eigenschaften.

Neben einer hohen Elastizität verfügt Naturkautschuk über ausreichende Festigkeit, Haftfähigkeit, geringe Wärmeentwicklung und weitere positive Eigenschaften. Doch bereits Ende der 20er Jahre bestand überall auf der Welt und insbesondere in hochentwickelten Ländern, in denen es keine Quellen für Naturkautschuk gab, die Notwendigkeit, diesen durch ein synthetisches Produkt zu ersetzen. Dafür gibt es mehrere Gründe: Knappheit, hohe Kosten, Abhängigkeit von Importen von Naturkautschuk.

Im Jahr 1931 wurde in unserem Land zum ersten Mal weltweit synthetischer Kautschuk hergestellt industrielle Bedingungen nach der vom Akademiker vorgeschlagenen Methode. S. V. Lebedew. Deutschland löste dieses Problem erst 1937 und die USA 1942. Derzeit wird Naturkautschuk in der UdSSR nur begrenzt verwendet und hauptsächlich synthetischer Kautschuk verwendet. Sein Anteil beispielsweise an der Reifenproduktion beträgt etwa 85 % und steigt von Jahr zu Jahr. Naturkautschuk wird meist nur zur Herstellung einzelner Reifenteile oder als Zusatz zur Gummimischung verwendet.

Inländisch chemische Industrie produziert Dutzende Sorten synthetischen Kautschuks und verwendet dabei hauptsächlich die wirtschaftlichsten Erdölrohstoffe. Dies ermöglicht die Gewinnung kostengünstiger Kautschuke, da die Kosten für Roh- und Hilfsstoffe bei der Herstellung von Kautschuk 65 % der Kosten ausmachen.

Reis. 1. Diagramm eines Gummimoleküls

Die hergestellten Sorten synthetischer Kautschuke zeichnen sich durch mechanische Festigkeit, chemische Beständigkeit, Verschleißfestigkeit, Gasundurchlässigkeit, Hitzebeständigkeit und andere Eigenschaften aus. In jeder dieser Eigenschaften sind einige synthetische Kautschuke dem Naturkautschuk überlegen, in der Elastizität waren sie diesem jedoch lange Zeit unterlegen. Gleichzeitig hängen das Ausmaß der intermolekularen Reibung im Gummi während der Verformung und der Grad seiner Erwärmung von der Elastizität ab, die für Reifengummi sehr wichtig ist.

Methylstyrol-Butadien- (SBS) und Butadien-Styrol-Kautschuke (SKS) sind Naturkautschuken hinsichtlich Verschleißfestigkeit, Beständigkeit gegenüber thermischer, Ozon- und natürlicher Alterung sowie Dampf- und Wasserbeständigkeit überlegen. Gleichzeitig sind sie den natürlichen in Bezug auf elastische Eigenschaften, Hitzebeständigkeit, Haftfähigkeit und Frostbeständigkeit unterlegen. Einige dieser Kautschuke werden ölgefüllt hergestellt. Sie enthalten etwa 15–30 % Mineralöl (Erdöl), was ihre Wärmeentwicklung (um 15–20 %) bei wiederholten Verformungen reduziert (besonders wichtig für Reifen) und die Gummikosten senkt, während andere Indikatoren, insbesondere technologische, leicht ansteigen Einsen.

Ein wichtiger Meilenstein bei der Herstellung synthetischer Kautschuke war die Entwicklung der Synthese stereoregulärer Isopren- (SKI-3) und Butadien-Kautschuke (SKD) durch die Industrie. Um stereoreguläre Kautschuke zu erhalten, werden vor allem chemisch reine Ausgangsprodukte und spezielle Katalysatoren eingesetzt. Die industrielle Produktion dieser Kautschuke begann 1964 bzw. 1965.

SKI-3-Gummi hat eine ähnliche Molekularstruktur wie Naturkautschuk und kommt diesem in seinem Eigenschaftsspektrum sehr nahe. Es verfügt über gute technologische Eigenschaften, einschließlich einer hohen Haftfähigkeit. Anstelle von Natur wird SKI-3 verwendet. Daraus wird beispielsweise Breaker-Gummi für alle Reifentypen hergestellt.

SKD-Gummi steht Naturkautschuk in seiner Elastizität in nichts nach und übertrifft ihn in der Abriebfestigkeit. Es hat einen niedrigen mechanischen Verlustkoeffizienten und eine geringe Wärmeentwicklung sowie eine gute Hitze- und Frostbeständigkeit. Diese Eigenschaften sind bei der Herstellung von Reifen, auch frost- und hitzebeständigen, sehr wertvoll. Die mechanische Festigkeit von SKD ist etwas geringer als die von Naturkautschuk.

Reis. 2. Wachstum in der Produktion von Natur- und Synthesekautschuken

Das Hauptmerkmal von SKD ist seine geringe Klebrigkeit. Vor diesem Hintergrund wird bei der Herstellung von Reifen eine Mischung aus SKD mit SKI-Z sowie mit Styrol-Butadien- und Butadpen-Methylstyrol-Kautschuken verwendet. Durch die Verwendung der stereoregulären Gummis SKD und SKI-3 können Sie die Lebensdauer der Reifen um 20-30 % verlängern. Das Vorhandensein von verschleißfestem SKD wirkt sich besonders positiv auf Laufflächengummi aus, wo sein Gehalt (bis zu 40–50 %) die Verschleißfestigkeit im Vergleich zu Naturkautschuk um 30–40 % erhöht. Die Festigkeits-, Elastizitäts- und Verschleißfestigkeitseigenschaften von Gummi sind in Abb. dargestellt. 69.

Die stereoregulären Synthesekautschuke SKI-3 und SKD sind vielversprechend.

Zusätzlich zu den angegebenen Gummis allgemeiner Zweck Bei der Herstellung von Spikes und Gummi-Automobilteilen werden andere Gummis, sogenannte Spezialkautschuke, verwendet.

Butylkautschuk zeichnet sich durch eine hohe Gasundurchlässigkeit und Beständigkeit gegenüber Sauerstoff, Ozon und anderen aggressiven Umgebungen aus. Es wird zur Herstellung von Schläuchen und der Dichtungsschicht von schlauchlosen Reifen verwendet.

Chloroprenkautschuk (Nairit) und Butadien-Nitrilkautschuk zeichnen sich durch eine erhöhte Öl- und Gasbeständigkeit aus. Sie werden zur Herstellung von Teilen verwendet, die mit Ölen, Kraftstoffen und anderen Lösungsmitteln in Berührung kommen, wie zum Beispiel Schläuche von Schmiersystemen, Manschetten und Kolben eines hydraulischen Bremsantriebs usw.

Silikonkautschuke (SKT) weisen eine hohe Temperaturbeständigkeit und Ozonbeständigkeit auf. Daraus hergestellte Produkte können im Bereich von -90 bis +300 °C eingesetzt werden.

Es werden auch frostbeständige Kautschuke wie Methylstyrol-Butadien SKMS - 1 0 hergestellt, die in diesem Indikator dem Naturkautschuk überlegen sind.

Allerdings verfügen weder Natur- noch Synthesekautschuk über die von Gummi geforderten Eigenschaften. Wenn die Temperatur sinkt, wird Gummi spröde, und wenn es erhitzt wird, verliert es seine Elastizität und verwandelt sich in ein plastisches, zerbrechliches Material, das in Erdölprodukten leicht löslich ist. Dazu wird Gummi mit anderen Bestandteilen vermischt und einer Vulkanisation unterzogen, wodurch er Elastizität, Festigkeit, Unlöslichkeit in Erdölprodukten, Temperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und andere wertvolle Eigenschaften erhält.

Reis. 3. Charakteristika der Eigenschaften von Natur- und Synthesekautschuk: NI – Naturkautschuk; SKI-3 – synthetisches Isopren; SKD – synthetisches Divinyl; SIMS – synthetisches Butadien-Methylstyrol (CKMC-30-APMK-15)

Das Hauptvulkanisierungsmittel für Reifenkautschuk ist Schwefel. Sein Anteil in der Kautschukmischung beträgt 15 bis 4 Gew.-% Kautschuk.

Der Vulkanisationsprozess mit Hilfe von Schwefel besteht darin, die Gummimischung auf eine bestimmte Temperatur zu erhitzen und sie so lange auf dieser Temperatur zu halten, dass Schwefelatome die Gummimoleküle an einigen Stellen mit Doppelbindungen verbinden und so Gummi bilden – ein Material mit a räumliche Molekülstruktur, die neue Eigenschaften aufweist. Eigenschaften, die sich von denen von Gummi unterscheiden. Es wurde festgestellt, dass es bei der Vulkanisation auch zu einigen anderen Reaktionen des Gummis mit Inhaltsstoffen und Luftsauerstoff kommt.

Schwefel interagiert nur mit Kautschuken, bei denen es sich um ungesättigte Polymere handelt, zu denen natürliche und alle synthetischen Kautschuke gehören, die auf der Basis von Dien-(Diolefin-)Kohlenwasserstoffen gewonnen werden. Die Härte von Gummi hängt von der Schwefelmenge ab. Wenn der Schwefelgehalt 40–60 % des Kautschukgewichts beträgt, wird daraus Zbonpt – ein sehr hartes Material, das durch Schneiden bearbeitet werden kann.

Chemische Kreuzbindungen zwischen Gummimolekülen können nicht nur auf Schwefel, sondern auch auf Sauerstoff oder chemischen Valenzbindungen von Kohlenstoffatomen einzelner Ketten zurückzuführen sein.

Für die Vulkanisation einiger Kautschuke werden Phenol-Formaldehyd-Harze, Metalloxide, Benzoylperoxid usw. verwendet. Es sind Kautschuke (Patriat, Nairit usw.) bekannt, die beim Erhitzen ohne Vulkanisationsmittel vulkanisieren. Das Strukturdiagramm von vulkanisiertem Gummi ist in Abb. dargestellt. 4.

Die Vulkanisation der Gummimischung erfolgt über einen bestimmten Zeitraum und kann in einem weiten Temperaturbereich, beginnend mit Normaltemperaturen, durchgeführt werden. Die Vulkanisationsgeschwindigkeit hängt von der Zusammensetzung der Gummimischung und der Temperatur ab. Bei jedem Temperaturanstieg um 10 °C erhöht sich die Vulkanisationsgeschwindigkeit etwa um das Zweifache.

Die Vulkanisationstemperatur sollte über dem Schmelzpunkt von Schwefel und unter dem Schmelzpunkt von Gummi liegen. Bei Reifengummi liegt sie üblicherweise bei 130-160 °C.

Die optimale Vulkanisationszeit ist die kürzeste Vulkanisationsdauer, die unter anderen Bedingungen gewährleistet, gleiche Bedingungen die besten physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften von Vulkanisat (Gummi).

Reis. 4. Schema der Struktur von vulkanisiertem Gummi

Die Vulkanisationsplatte ist die Dauer der Vulkanisationsperiode, in der die hohen physikalischen und mechanischen Eigenschaften, die bei optimaler Vulkanisation erreicht werden, erhalten bleiben.

Verschiedene physikalisch-chemische und mechanische Eigenschaften von Gummi ändern sich während des Vulkanisationsprozesses nach individuellen Mustern, und das Erreichen ihrer Maximalwerte fällt zeitlich nicht zusammen. Daher wird die optimale Vulkanisation durch die wichtigsten Eigenschaften bestimmt, am häufigsten durch die Änderung der Zugfestigkeit des Vulkanisats.

Das Vulkanisationsoptimum und das Vulkanisationsplateau hängen von der Vulkanisationstemperatur und der Kautschukzusammensetzung ab. Wünschenswert sind Kautschuke mit möglichst niedrigerem Vulkanisationsoptimum und größerem Vulkanisationsplateau. Mit dem ersten können Sie die Vulkanisationszeit verkürzen, mit dem zweiten können Sie eine Übervulkanisierung der Außenteile und eine Untervulkanisierung der Innenteile von vulkanisierten dickwandigen Gummiprodukten aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit von Gummi und damit einer ungleichmäßigen Erwärmung vermeiden.

In der Praxis wird die Vulkanisation etwas früher als optimal gestoppt, was die Alterungsbeständigkeit der Produkte erhöht. Weitere Bestandteile der Gummimischung sind: Vulkanisationsbeschleuniger, die die Vulkanisationszeit verkürzen, die physikalischen und mechanischen Eigenschaften sowie die Alterungsbeständigkeit des Gummis erhöhen. Dabei handelt es sich um Altax, Captax, Tiu-Ram und einige andere, meist organische Verbindungen in einer Menge von 1-2 Gew.-% des Kautschuks. Die Vulkanisationstemperatur hängt auch von der Art der Beschleuniger ab; Vulkanisationsaktivatoren, die die Wirkung von Vulkanisationsbeschleunigern aktivieren und zusätzlich die Zugfestigkeit und Reißfestigkeit erhöhen.

Als Aktivatoren werden Oxide einiger Metalle verwendet, hauptsächlich Zinkoxid (Zinkweiß), in Mengen bis zu 5 % des Kautschukgewichts. Zinkoxid erhöht außerdem die Wärmeleitfähigkeit von Gummi;
- aktive Füllstoffe (Verstärker), die zur Verbesserung der Eigenschaften von Gummi dienen. Ruß erhöht die Zugfestigkeit von Kautschuken auf Basis der meisten synthetischen Kautschuke um ein Vielfaches (bis zu 10) und von Kautschuken auf Basis von Naturkautschuk um das 20- bis 30-fache . Gleichzeitig verringert Ruß die Elastizität von Gummi und beeinträchtigt die Verarbeitbarkeit von Gummimischungen. Ruß entsteht durch unvollständige Verbrennung von Erdölprodukten und Erdgas. Der Rußgehalt im Laufflächengummi übersteigt manchmal 50 Kautschukgehalt (nach Gewicht). Ein Reifen enthält etwa 25 % seiner Gesamtmasse Ruß. Ja, Reifen LKW Bei einer Masse von 48 kg enthalten sie 13 kg Ruß. Ruß unterscheidet sich in der Partikelgröße, Entwicklung und Oberflächenrauheit sowie der chemischen Beschaffenheit der Oberfläche. Beste Aussicht Ruße für Laufflächengummi sind stark dispergiert, und für Breaker- und Karkassengummis sind sie gering dispergiert, aber stark strukturiert. Als Verstärker werden neben Ruß auch leichte Füllstoffe verwendet: weißer Ruß (Kieselsäure), Magnesiumoxid, Zinkoxid, Magnesiacarbonat, Kaolin (weißer Porzellanerde);
- inaktive Füllstoffe (z. B. gewaschene Kreide, Asbestmehl), die in einer Menge von 30–40 % des Kautschukgewichts verwendet werden, um das Volumen der Kautschukmischung zu erhöhen und ihre Kosten zu senken, ohne die grundlegenden technischen Eigenschaften merklich zu verschlechtern;
- Antioxidantien, die Gummimischungen in einer Menge von 1 - 2 % des Gummigewichts zugesetzt werden, um den sogenannten Alterungsprozess des Gummis zu verlangsamen, d. h. die Verschlechterung seiner physikalisch-chemischen Eigenschaften unter dem Einfluss von Luftsauerstoff zu verlangsamen. Die Alterung wird durch Hitze, Sonneneinstrahlung und wiederholtes Bücken während der Arbeit gefördert. Wenn Gummi altert, bilden sich Risse auf seiner Oberfläche, er wird spröde und weniger haltbar und verschleißt schneller. Durch Alterung verringert sich die Lebensdauer von Gummiteilen, wodurch sich die Alterungsbeständigkeit erhöht wichtig um die Kosten für den Betrieb von Gummiteilen zu senken. Dies betrifft in erster Linie Autoreifen, die einerseits unter Bedingungen funktionieren, in denen alle alterungsbeschleunigenden Faktoren wirken, und andererseits teure Produkte sind;
- Weichmacher oder Weichmacher, die eine bessere Vermischung der Bestandteile von Gummimischungen, vor allem aktiver und inaktiver Füllstoffe, begünstigen und die Gummimischung plastischer machen. Sie erleichtern die Vorbereitung und Verarbeitung der Gummimischung. Ihre Wirkung geht jedoch oft über diese Grenzen hinaus. So verringern Weichmacher in der Regel die Wärmeentwicklung, erhöhen die Dehnung, Frostbeständigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, verringern die Härte, erhöhen oder verringern die Haftfähigkeit usw. Diese Eigenschaften manifestieren sich bei verschiedenen Weichmachern unterschiedlich. Als Weichmacher werden in den meisten Fällen Mischungen verschiedener organischer Stoffe verwendet, bei denen es sich um Erdölprodukte (Heizöl, Teer, Paraffin, Ceresin, Mineralöle), Kohlenteer, Produkte pflanzlichen Ursprungs (Pflanzenöle, Kolophonium, Kiefernharz) und Fette handelt Säuren (Stearinsäure, Ölsäure), synthetische Produkte (Polydiene, Ester). Es ist wichtig, dass der in die Gummimischung eingebrachte Weichmacher nicht auf der Oberfläche des Gummiteils „schwitzt“, da dies die technischen Eigenschaften des Gummis beeinträchtigt. Der Gehalt an Weichmachern in der Kautschukmischung variiert stark – von 2 bis 30 % des Kautschukgewichts. In großen Mengen kann der Weichmacher auch Füllstoff sein. In manchen Fällen senken Weichmacher die Gummikosten;
- Regenerat, das zum teilweisen Ersatz von Gummi verwendet wird. Dabei handelt es sich um speziell verarbeiteten Gummi aus Altreifen, Schläuchen und anderen Produkten. Durch den Einsatz von Regenerat lassen sich die Kosten für Gummiprodukte senken, vor allem für solche, an die keine allzu hohen Anforderungen gestellt werden. technische Anforderungen(Felgenbänder, Matten usw.);
- Farbstoffe, die helle Gummimischungen in entsprechenden Farben einfärben. Zu diesem Zweck werden Pigmente mineralischen und organischen Ursprungs verwendet.

Reis. 5. Abhängigkeit der Zugfestigkeit von der Vulkanisationsdauer

Durch die Auswahl der Inhaltsstoffe und deren Mengenverhältnis erhält man Gummi für verschiedene Zwecke (Lauffläche, Rahmen, Bremsbelag, Rohr, Kleber, benzinbeständig, frostbeständig, hitzebeständig usw.) mit bestimmten ausgeprägten Eigenschaften.

Kraftverkehrsunternehmen nutzen Gummi als Reparaturmaterial für die Reparatur von Reifen. Seine Qualität wird anhand einer Reihe von Indikatoren beurteilt.

Reis. 6. Shore-Härteprüfer: 1 - Nadel; 2 - Gang, 3 - Gangsektor; 4 - Kopf; 5 - Feder, 6 - Anzeigepfeil

Die Gummihärte wird in herkömmlichen Einheiten der Shore-Härteprüfskala gemessen, abhängig von der Eintauchtiefe einer stumpfen Nadel in die Testprobe.

Der Gummiabrieb (cm3/kWh) wird durch den Verlust an Probenvolumen (cm3) pro Arbeitseinheit (kWh) für den Abrieb bestimmt.

Tests werden auf einer speziellen Maschine durchgeführt, bei der eine Probe einer bestimmten Form mit einer bestimmten Kraft auf eine rotierende Scheibe einer Maschine mit Korundpapier Nr. 2/100 gedrückt wird.

Die Probe wird mit fünf Schnitten von 0,5 mm Tiefe und 2 mm Länge im Abstand von 2,5 mm auf eine bestimmte Form und genaue Abmessungen vorbereitet.

Die Elastizität m (Elastizität) wird auf einem Pendelelastizitätsmessgerät (Abb. 74) anhand des maximalen Auslenkungswinkels des Pendels nach dem Auftreffen auf die Testprobe bestimmt. Anhand der erhaltenen Werte des Ablenkwinkels, der Berechnungsformel und spezieller Tabellen wird die Elastizität in Prozent ermittelt. Je höher dieser Indikator ist, desto elastischer ist der Gummi.

Der Ablenkwinkel wird wie folgt eingestellt. Der 6 mm dicke Prüfling wird auf dem Amboss fixiert. Durch Drücken des Hebels wird das Pendel freigegeben und fällt auf die Probe. Unter dem Einfluss der Elastizität der Probe schlägt das Pendel zurück und der Ausschlagwinkel wird anhand des Pfeils auf der Skala abgelesen.

Reis. 7. Schema der Zugprüfmaschine: 1 - beweglicher Sektor; d – Gummiprobe; 3 - Messlineal; 4 - Schneckenschraube, 5 - Schneckenschraubenantrieb; 6 - Spannmarkierungen

Kautschuke für die Reifenreparatur, mit Ausnahme von Klebekautschuken, werden in Form von zu einer Rolle gerollten Platten mit einem Kaliko- oder Zellophanpad auf Holz- oder Papprollen geliefert. Jede Rolle muss mit einem Etikett mit den relevanten Daten versehen sein.

Der Laufflächengummi hat eine Dicke von 2 ± 0,2 mm und ist zum Füllen der bei der Reparatur ausgeschnittenen Bereiche der Lauffläche und der Seitenwände von Reifen bestimmt.

Zwischenschichtgummi mit einer Dicke von 0,9 ± 0,1 mm ist zum Auskleiden von Reifenschnitten, Flicken und Manschetten vorgesehen, um diese besser mit dem Reifen zu verbinden.

Schlauchgummi wird zur Herstellung von Flicken bei der Reparatur von Garkammern verwendet, hitzebeständiges Gummi wird zur Herstellung von Garkammern verwendet.

Klebegummi wird in 10 mm dicken Stücken geliefert und ist für die Herstellung von Kleber bestimmt.

Zwischenschicht- und Haftkautschuke werden aus Naturkautschuk hergestellt.

Überprüfen Sie beim Empfang von Gummiplatten die Verpackung, die Gleichmäßigkeit der Farbe, das Fehlen von Fremdeinschlüssen, Rissen, Dellen, Falten, Einschlüssen von vulkanisiertem Gummi, Blasen und anderen Mängeln, die den Gummi als Material für Reparaturzwecke beeinträchtigen. Dichtungen in Rollen müssen die Oberfläche des Rollenmaterials vollständig bedecken, ohne Falten, Knicke oder Verformungen.

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