Cao su được làm từ gì: Mủ cao su tự nhiên, polyme tổng hợp và hỗn hợp

Trong hợp chất mặt lốp điển hình, polyme cao su chỉ chiếm khoảng 47% tổng trọng lượng. Phần còn lại đến máy trộn dưới dạng muội than, dầu chế biến, oxit kẽm, lưu huỳnh, chất xúc tiến và chất chống phân hủy. Tỷ lệ đơn lẻ đó là cách nhanh nhất để trả lời câu hỏi cao su được làm từ gì, bởi vì vật liệu mà người ta thực sự cắt, tạo khuôn và bán không phải là một chất. Nó là một polyme cộng với một gói hóa học được cân nhắc cẩn thận.

Câu trả lời ngắn gọn: Xương sống polymer cộng với gói hỗn hợp

Cao su được làm từ polyme chuỗi dài kết hợp với chất độn, dầu, chất chữa bệnh và hóa chất bảo vệ. Bản thân polyme này là cis-1,4-polyisoprene khai thác từ cây Hevea brasiliensis hoặc một chuỗi tổng hợp được chế tạo trong lò phản ứng từ các monome thu hồi từ dầu mỏ và khí tự nhiên. Mọi thứ khác trong công thức đều tồn tại để làm cho chuỗi đó có thể xử lý được, bền bỉ và có thể dự đoán được khi sử dụng.

Isoprene, monome 5 carbon đằng sau cao su tự nhiên, là một phân tử nhỏ. Quá trình trùng hợp liên kết hàng nghìn đơn vị đó từ đầu đến cuối thành một chuỗi có trọng lượng phân tử có thể đạt tới vài trăm nghìn gam mỗi mol. Độ dài đó cho phép vật liệu kéo dài gấp nhiều lần chiều dài ban đầu và phục hồi, miễn là các chuỗi được neo với nhau.

Bản thân polyme thô gần như vô dụng trên dây chuyền sản xuất. Cao su tự nhiên chưa lưu hóa bị dính khi thời tiết ấm áp và giòn khi thời tiết lạnh và mất độ bền nhanh chóng ở nhiệt độ trên 60 độ C. Gói hỗn hợp khắc phục những điểm yếu đó, đó là lý do tại sao gần như mọi thông số kỹ thuật bạn từng đọc đều mô tả một hợp chất chứ không phải một polyme.

Cao su thiên nhiên: Những gì ra khỏi cây

Cao su tự nhiên được làm từ mủ cao su ngoài đồng, một hỗn dịch màu trắng đục có khoảng 30 đến 40% polyisoprene, 55 đến 65% nước và một phần nhỏ nhưng quan trọng là protein, lipid, đường và muối khoáng. Phần không phải cao su có trọng lượng rất nhỏ nhưng lại thúc đẩy khả năng chữa bệnh, mùi, lão hóa và nguy cơ dị ứng.

Việc thu hoạch bắt đầu khi cây được khoảng 5 đến 7 tuổi. Người thợ cạo cạo một lớp vỏ mỏng theo hình xoắn ốc, nhựa mủ chảy vào cốc và chất lỏng được bảo quản bằng amoniac để vận chuyển. Tại nhà máy, mủ cao su được đông tụ bằng axit formic và sau đó được xử lý thành một trong ba dạng thương mại: tấm không hun khói, tấm hun khói có gân hoặc cao su vụn được bán theo các loại quy định kỹ thuật.

Để so sánh sâu hơn về hai tuyến polymer, sự phân tích của mủ cao su tự nhiên và polyme tổng hợp đáng đọc cùng với các thông số kỹ thuật nguyên liệu thô mà bạn nhận được từ nhà cung cấp.

Cao su tổng hợp: Điều gì đến từ nhà máy lọc dầu

Cao su tổng hợp được tạo ra từ các monome thu hồi từ dầu mỏ và khí tự nhiên, sau đó được polyme hóa trong lò phản ứng ở điều kiện nhiệt độ, áp suất và chất xúc tác được kiểm soát. Bởi vì tỷ lệ monome có thể được điều chỉnh trong phạm vi cửa sổ kín, nên polyme thu được có tính nhất quán cao hơn nhiều so với cao su trồng.

Hệ thống đặt tên ISO 1629 nhóm các vật liệu này theo cấu trúc khung chính của chúng. Các loại có hậu tố R, chẳng hạn như NR, SBR, BR, NBR và CR, có chuỗi carbon không bão hòa và dễ dàng xử lý bằng lưu huỳnh. Các lớp có hậu tố M, bao gồm EPDM và silicone, có chuỗi bão hòa và thường cần peroxide, nhựa hoặc hệ thống xử lý tương tự để thay thế.

Những gì khác đi vào: Công thức tổng hợp

Trên 100 phần cao su, một hợp chất đa năng thường chứa 40 đến 60 phr cacbon đen, 5 đến 30 phr dầu xử lý, 3 đến 5 phr oxit kẽm, 1 đến 2 phr axit stearic, 1,5 đến 2,5 phr lưu huỳnh, 0,8 đến 2 phr chất xúc tiến và 1 đến 3 phr chất chống phân hủy. Những số liệu này là phạm vi làm việc của hợp chất được xử lý bằng lưu huỳnh thông thường và chúng thay đổi đáng kể khi khả năng chịu nhiệt, khả năng chịu dầu hoặc bộ nén thấp đi vào thông số kỹ thuật.

Máy Banbury cao su để trộn cao su và nhựa Máy trộn hiệu suất cao có điều khiển thủy lực và rôto được tối ưu hóa để phân tán muội than, dầu xử lý và phụ gia trong hợp chất cao su. Xem sản phẩm →

Mỗi số trong câu đó được đo bằng phr, viết tắt của phần trăm cao su. Trọng lượng tham chiếu luôn là 100 phần polyme, không bao giờ là trọng lượng hợp chất thành phẩm, do đó, một công thức có thể được tăng hoặc giảm mà không cần tính toán lại tỷ lệ.

Các họ thành phần thuộc năm nhóm chức năng:

• Chất độn, chủ yếu là muội than và silic kết tủa, giúp tăng cường độ bền, độ cứng và khả năng chống mài mòn.
• Chất hóa dẻo và dầu xử lý làm mềm hỗn hợp, cải thiện dòng chảy và giảm nhiệt độ trộn.
• Các chất kích hoạt như oxit kẽm và axit stearic chuyển đổi máy gia tốc thành dạng hoạt động.
• Chất lưu hóa, lưu huỳnh hoặc peroxide, tạo ra các liên kết ngang làm cho cao su đàn hồi.
• Các chất chống thoái hóa, bao gồm amin, phenol và sáp, làm chậm quá trình oxy hóa, ozon và lão hóa do nhiệt.

Từ Polymer đến sản phẩm: Bốn bước xử lý

Việc biến những thành phần đó thành một bộ phận có thể sử dụng được phải tuân theo bốn bước và thành phần thay đổi ở mỗi bước. Sai số trọng lượng vài gram trong một mẻ 50 kg là đủ để làm thay đổi độ cứng vài điểm trên thang đo IRHD.

Máy cán cao su 3 cuộn để phủ và cán Máy cán ba cuộn với điều khiển PLC và khoảng cách cuộn có thể điều chỉnh để phủ dây, vải bạt hoặc tấm lót bên trong lốp kỹ thuật cán. Xem sản phẩm →

Cách thành phần hiển thị trên bảng dữ liệu

Bảng dữ liệu cao su báo cáo nhận dạng polyme, tỷ lệ monome, giới hạn ô nhiễm và hoạt động xử lý, biến hóa học vô hình thành những con số mà bạn có thể so sánh. Đọc những con số đó dựa trên ứng dụng là cách nhanh nhất để phát hiện sự không khớp trước khi tài liệu đến dây chuyền.

• Hàm lượng Acrylonitrile trong NBR dao động từ khoảng 18% đối với khả năng kháng dầu thấp đến 42% khi tiếp xúc với nhiên liệu nghiêm trọng.
• Hàm lượng styrene liên kết trong SBR thường vào khoảng 23,5% ở loại nhũ tương tiêu chuẩn và lượng styrene cao hơn sẽ làm tăng độ bám ướt và tích tụ nhiệt.
• Tỷ lệ ethylene và propylene cộng với hàm lượng ENB xác định cách EPDM xử lý và khả năng chịu đựng ozone tốt như thế nào.
• Độ nhớt Mooney ML(1 4) ở 100 độ C thường nằm trong khoảng từ 40 đến 80 đối với hợp chất hỗn hợp.
• Hàm lượng tro, chất dễ bay hơi và chất bẩn đặt ra giới hạn cho việc lựa chọn loại cao su tự nhiên.

Khi thông số kỹ thuật quan trọng nhất, dữ liệu hỗn hợp phải được kiểm tra dựa trên bộ phận đã hoàn thiện chứ không phải chỉ riêng polyme. Lý do tương tự được áp dụng trên sản phẩm cao su công nghiệp , từ tấm và thảm cho đến vỏ ống và hợp chất dây đai.

Cao su tái chế: Thành phần sau đời thứ hai

Cao su tái chế được làm từ phế liệu trên mặt đất, chủ yếu là lốp xe đã hết tuổi thọ, được khử lưu hóa và tinh chế lại thành tấm có thể xử lý được. Vật liệu này vẫn chứa hydrocarbon cao su, nhưng nó cũng mang theo muội than, dầu, tro và cặn lưu hóa có trong hợp chất ban đầu.

Máy tái chế lốp thải để sản xuất bột cao su Hệ thống nghiền, sàng lọc và tách từ chuẩn bị bột cao su 10 lưới và -40 lưới từ lốp xe hết tuổi thọ. Xem sản phẩm →

Quá trình bắt đầu bằng việc mài, sau đó tách thép từ tính và loại bỏ sợi dệt. Quá trình khử lưu hóa diễn ra sau đó, với sự hỗ trợ của cơ nhiệt, hóa học hoặc vi sóng, và quá trình tinh chế cuối cùng tạo ra một tấm mịn. Một loại tái chế thông thường chứa khoảng 40 đến 50% hydrocarbon cao su, với phần còn lại được tạo thành từ muội than và chất độn khoáng.

Việc bổ sung chất thu hồi sẽ làm giảm chi phí nguyên liệu thô và chuyển phế liệu khỏi bãi chôn lấp, đó là lý do tại sao nó xuất hiện thường xuyên trong thảm, đệm bánh xe và các hàng hóa không quan trọng khác. Nó không phù hợp với các vòng đệm động hoặc các ứng dụng nhiệt độ cao trong đó bộ nén ổn định quan trọng hơn giá cả.

Câu hỏi thường gặp

Cao su có được làm từ dầu không?

Một phần. Cao su tổng hợp được làm từ các monome như butadiene, styrene và isoprene có nguồn gốc từ dầu mỏ và khí tự nhiên. Cao su tự nhiên thì không, vì nó được làm từ mủ của cây Hevea brasiliensis. Hầu hết các sản phẩm cao su công nghiệp đều sử dụng cái này hoặc cái kia, và nhiều sản phẩm sử dụng cả hai trong một hợp chất.

Sự khác biệt giữa cao su tự nhiên và tổng hợp ở cấp độ phân tử là gì?

Cao su tự nhiên gần như nguyên chất là cis-1,4-polyisoprene, một chuỗi đều kết tinh dưới sức căng và cho độ bền rất cao. Các loại tổng hợp được tạo thành từ hai hoặc nhiều đơn phân, do đó chuỗi mang các nhóm bên khác nhau dọc theo chiều dài của nó. Các nhóm bên đó tạo ra khả năng chống dầu trong NBR hoặc khả năng chống chịu thời tiết trong EPDM.

phr có nghĩa là gì trong một công thức cao su?

Phr là viết tắt của phần trăm cao su. Mỗi thành phần được biểu thị tương ứng với 100 phần polyme cao su theo trọng lượng, do đó, một hợp chất có 50 phr cacbon đen chứa lượng màu đen bằng một nửa so với polyme. Đây là một hệ thống tỷ lệ, không phải là tỷ lệ phần trăm của hỗn hợp đã hoàn thành.

Cao su có thể được sản xuất mà không cần lưu huỳnh?

Đúng. EPDM, silicone và nhiều loại đặc biệt được xử lý bằng peroxit, nhựa phenolic hoặc oxit kim loại thay vì lưu huỳnh. Lưu huỳnh vẫn là chất chữa bệnh phổ biến nhất vì nó rẻ tiền và hoạt động tốt với các chuỗi chưa bão hòa như NR, SBR và NBR.