Hai tấm cao su có thể nằm trên cùng một tấm pallet trông giống hệt nhau—cùng độ dày, cùng bề mặt đen—nhưng một tấm vẫn tồn tại được qua năm mùa hè ở ngoài trời trong khi tấm còn lại bị nứt chỉ trong một mùa. Sự khác biệt không bao giờ nằm ở từ "cao su" trên nhãn; đó thực sự là thứ được làm từ cao su.
Nói tóm lại, mọi loại cao su đều bắt đầu từ những chuỗi polyme dài. Cao su tự nhiên sử dụng polyisoprene khai thác từ cây cao su làm mủ lỏng; cao su tổng hợp sử dụng các chuỗi được chế tạo từ các monome gốc dầu mỏ như butadiene và styrene. Cả hai đều không hoạt động riêng lẻ: cả hai đều được pha trộn với chất đóng rắn, chất độn, dầu và chất bảo vệ, sau đó lưu hóa bằng nhiệt để khóa các chuỗi thành một mạng đàn hồi.
Câu trả lời ngắn gọn: Chuỗi polymer cộng với công thức hợp chất
Các kỹ sư gọi cao su là chất đàn hồi: một loại polymer co giãn khi chịu tải và đàn hồi trở lại khi được thả ra. Polymer là một phân tử khổng lồ được tạo thành từ hàng nghìn đơn vị lặp đi lặp lại nối với nhau thành một chuỗi—khối xây dựng của cao su tự nhiên là isoprene (C5H8). Tuy nhiên, chỉ riêng polyme thô thì dính vào mùa hè, cứng vào mùa đông và yếu khi chịu tải. Đó là lý do tại sao cao su thật luôn là một hợp chất, một công thức trong đó polyme chỉ chiếm khoảng một nửa đến hai phần ba trọng lượng. Các thành phần còn lại thuộc năm họ:
- Polymer cơ bản—polyisoprene tự nhiên hoặc chất đàn hồi tổng hợp, tạo nên đặc tính cốt lõi của sản phẩm.
- Hệ thống bảo dưỡng—lưu huỳnh hoặc peroxit, tạo ra các liên kết ngang trong quá trình lưu hóa.
- Chất độn—muội cacbon, silic, đất sét hoặc phấn, giúp tăng thêm độ bền và kiểm soát chi phí.
- Xử lý dầu và chất làm dẻo, làm mềm nguyên liệu để trộn và cán mịn.
- Chất bảo vệ—chất chống oxy hóa, chất chống oxy hóa và sáp làm chậm sự tấn công của nhiệt, ozon và thời tiết.
~35% hàm lượng cao su trong mủ cây tươi
1-3 phút lưu huỳnh trong hầu hết các hệ thống xử lý
140-180°C nhiệt độ xử lý báo chí điển hình
~2/3 tiêu thụ cao su thế giới là cao su tổng hợp
Cao su thiên nhiên: Polyisoprene từ mủ cây
Cao su tự nhiên có nguồn gốc từ Hevea brasiliensis, cây cao su. Công nhân cắt một đường xoắn ốc mỏng vào vỏ cây và cây chảy ra nhựa mủ - một chất lỏng màu trắng đục, trong đó khoảng 30-35% hàm lượng là hydrocarbon cao su lơ lửng trong nước, thường được ổn định bằng amoniac để nó không đông lại trong cốc. Polyme bên trong là cis-1,4-polyisoprene và hình dạng đàn hồi, có trật tự của nó giải thích tính đàn hồi đặc biệt của cao su tự nhiên: khi bị kéo căng, các chuỗi sẽ thẳng hàng và kết tinh, đó là lý do tại sao ngay cả cao su tự nhiên không độn cũng có thể đạt độ bền kéo gần 25 MPa.
Để xử lý nó, mủ cao su được đông tụ bằng axit formic, sau đó cuộn lại và sấy khô thành tấm hun khói có gân hoặc nén thành các loại khối để vận chuyển. Một cây chỉ cho sản lượng vài kg cao su khô mỗi năm, khiến cao su tự nhiên trở thành mặt hàng nông sản có giá dao động theo mùa thu hoạch và các tuyến đường vận chuyển.
Tấm cao su tự nhiên để bịt kín và hấp thụ sốc Sau khi giải thích cách xử lý mủ cao su thành tấm, tấm cao su tự nhiên này là một ví dụ có liên quan: nó có độ đàn hồi cao, khả năng chống rách và hiệu suất ổn định khi sử dụng bịt kín, chống trượt và lót trong khoảng từ -50oC đến 70oC. Xem sản phẩm → Điểm yếu hóa học của nó nằm ở cùng một liên kết đôi tạo nên sự đàn hồi: ozone, tia UV và dầu hydrocarbon dễ dàng tấn công vị trí đó, do đó cao su tự nhiên chưa được xử lý sẽ nứt ra ngoài trời và phồng lên trong nhiên liệu. Đó là những lý do chính khiến các nhà sản xuất hỗn hợp thêm chất bảo vệ hoặc chuyển sang các chất thay thế tổng hợp.
Cao su tổng hợp: Polyme được tạo ra từ dầu mỏ
Cao su tổng hợp được tạo ra bằng cách trùng hợp các monome có nguồn gốc từ dầu thô và khí tự nhiên. Hiện chúng chiếm khoảng 2/3 lượng tiêu thụ cao su toàn cầu, bởi vì mỗi công thức có thể được điều chỉnh để chống lại một mối đe dọa cụ thể—dầu, nhiệt, ozon, mài mòn hoặc ngọn lửa. Các monome trên nhãn dự đoán hiệu suất:
| Loại cao su | Được xây dựng từ | Sức mạnh chữ ký | Sản phẩm tiêu biểu |
|---|---|---|---|
| SBR | Styren butadien | Chống mài mòn với chi phí thấp | Lốp xe, tấm SBR, vỏ đai |
| NBR | Acrylonitrile butadien | Khả năng chống dầu và nhiên liệu | Phớt, ống mềm, tấm chịu dầu |
| EPDM | Etylen, propylene, diene | Khả năng chống ozon, tia cực tím và hơi nước | Miếng đệm ngoài trời, tấm lợp, dải thời tiết |
| CR (cao su tổng hợp) | Cloropren | Cân bằng giữa ngọn lửa, thời tiết và dầu | Vòng đệm, vỏ cáp |
| Silicon | Xương sống Siloxane | Đàn hồi từ khoảng -60 đến 230°C | Các bộ phận cấp thực phẩm và nhiệt độ cao |
Nitrile (NBR) cho thấy cách các monome chuyển đổi trực tiếp thành các đặc tính: tăng hàm lượng acrylonitrile từ khoảng 18 lên 45 phần trăm giúp cải thiện đều đặn khả năng kháng dầu đồng thời loại bỏ tính linh hoạt ở nhiệt độ thấp. Những người mua bỏ qua chi tiết đó sẽ nhận được những con dấu phồng lên trong chính chất lỏng mà họ được mua để chứa.
Tấm cao su NBR có khả năng kháng dầu có thể điều chỉnh Sau cuộc thảo luận về hàm lượng acrylonitrile và độ trương nở của dầu, tấm cao su nitrile này minh họa cho sự lựa chọn vật liệu: nó phù hợp với các ứng dụng bịt kín tiếp xúc với dầu trong đó khả năng kháng chất lỏng quan trọng hơn tính linh hoạt ở nhiệt độ thấp hoặc độ bền ozone. Xem sản phẩm → EPDM thực hiện giao dịch ngược lại. Nền tảng bão hòa của nó loại bỏ ozone, ánh sáng mặt trời và nước — do đó, nó có khả năng bám vào các miếng đệm ngoài trời và mái nhà — nhưng cùng một thành phần hóa học khiến nó gần như không có khả năng chống lại dầu hydrocarbon.
Tấm cao su EPDM để niêm phong ngoài trời Ngay sau ghi chú về khung bão hòa của EPDM có khả năng chống lại ozon, ánh sáng mặt trời và nước, tấm này phù hợp với các miếng đệm ngoài trời, tấm lợp và vật liệu cách nhiệt, với phạm vi hoạt động từ -40oC đến 150oC mặc dù khả năng kháng dầu hạn chế. Xem sản phẩm → Những gì khác đi vào một hợp chất cao su
Công thức được định lượng bằng phr—phần trăm cao su theo trọng lượng. Một hợp chất màu đen điển hình đọc đại khái như thế này:
- Lưu huỳnh, 1-3 phr: chất liên kết ngang; quá ít lá cao su yếu, trong khi nhiều hơn sẽ biến nó thành ebonite cứng.
- Chất tăng tốc, dưới 2 phr: hóa chất làm cho lưu huỳnh đông cứng nhanh ở nhiệt độ thấp hơn.
- Kẽm oxit, 3-5 phr, cộng với axit stearic, 1-2 phr: chất kích hoạt cho phép máy gia tốc hoạt động.
- Than đen, 20-50 phr: lý do khiến hầu hết cao su công nghiệp có màu đen và là chất độn có thể tăng gấp đôi độ bền kéo và tuổi thọ mài mòn.
- Đất sét hoặc phấn: chất độn chi phí thấp giúp điều chỉnh độ cứng và giá cả ở những bộ phận không quan trọng.
- Dầu chế biến, 5-20 phr: làm mềm hỗn hợp để xay và cán.
- Chất chống oxy hóa, chất chống oxy hóa và sáp, 1-5 phr kết hợp: làm chậm quá trình lão hóa và nứt tầng ozone.
Di chuyển bất kỳ dòng nào và sản phẩm sẽ di chuyển theo nó: thêm sáp và tấm chống lại ozone; trao đổi muội than lấy silica và độ bền xé tăng cùng với giá cả; tăng lưu huỳnh và độ cứng tăng theo thang Shore A. Đây là lý do tại sao hai tấm có cùng thông số độ dày có thể không giống nhau.
Lưu hóa: Bước khóa các chuỗi lại với nhau
Cao su chưa lưu hóa là một mớ các chuỗi độc lập trượt qua nhau - dính, yếu và không có hình dạng vào một ngày nóng. Năm 1839, Charles Goodyear phát hiện ra rằng nung cao su bằng lưu huỳnh sẽ làm thay đổi nó vĩnh viễn: các nguyên tử lưu huỳnh nối các chuỗi lân cận bằng liên kết đôi phản ứng của chúng, hàn hàng nghìn sợi lỏng lẻo thành một mạng lưới duy nhất.
Các liên kết màu đỏ trong sơ đồ là những cầu nối lưu huỳnh - phản ứng tương tự được thực hiện bên trong mọi máy ép lưu hóa. Những con số mang tính thực tế, không phải chuyện dân gian: quá trình xử lý bằng máy ép thường diễn ra ở nhiệt độ 140-180°C trong vài phút đến một giờ tùy thuộc vào độ dày của chi tiết và mật độ liên kết ngang quyết định độ cứng cuối cùng. Silicone và một số loại EPDM bỏ qua lưu huỳnh và thay vào đó xử lý bằng peroxit hoặc đường dẫn khí nóng vi sóng, đó là lý do tại sao tấm silicon vẫn linh hoạt ở nhiệt độ có thể làm suy giảm cao su lưu hóa.
Làm thế nào Polymer thô trở thành tấm, tấm lót hoặc dây đai
Công thức chỉ trở thành sản phẩm thông qua máy móc, và trình tự vẫn như nhau cho dù đầu ra là thảm bò hay băng chuyền:
- Trộn—máy trộn bên trong (Banbury), máy nhào hoặc máy nghiền hai cuộn mở cắt polyme và phân tán chất độn, dầu và hóa chất; nhiệt độ trộn và năng lượng quyết định độ đồng đều của hợp chất.
- Định hình—lập lịch biến hỗn hợp thành tấm liên tục, máy đùn tạo thành các biên dạng và ép các bộ phận khuôn dưới nhiệt và áp suất.
- Lưu hóa—máy ép, nồi hấp, trống Rotocure hoặc dây chuyền vi sóng khóa các đặc tính đàn hồi cuối cùng.
Các giai đoạn ăn khớp với nhau: chất độn phân tán kém không bao giờ hồi phục ở máy cán và khe hở cuộn không đều xuất hiện lại khi độ dày thay đổi sau khi xử lý. Đó là lý do tại sao các bộ xử lý coi việc trộn, tạo hình và xử lý như một chuỗi liên tục và hướng dẫn chọn máy trộn, máy cán và máy ép cao su của chúng tôi sẽ hướng dẫn từng bước logic lựa chọn đó.
Vậy cao su được làm bằng gì? Một polyme—chuỗi isopren tự nhiên từ mủ cây hoặc chuỗi tổng hợp từ dầu mỏ—cộng với công thức định lượng gồm chất chữa bệnh, chất độn, dầu và chất bảo vệ, được hàn thành một mạng đàn hồi bằng quá trình lưu hóa. Hãy kết hợp polyme với mức độ tiếp xúc mà nó sẽ phải đối mặt: NBR đối với dầu, EPDM đối với ánh nắng mặt trời và thời tiết, cao su tự nhiên hoặc SBR đối với độ mài mòn và chi phí, silicone đối với nhiệt độ khắc nghiệt.
Nếu bạn đang tìm nguồn cung ứng tấm, thảm hoặc dây đai, hãy yêu cầu bảng dữ liệu hỗn hợp—loại polyme, độ cứng Shore A, độ bền kéo, độ giãn dài—vì những số liệu đó, chứ không phải từ "cao su", dự đoán độ tuổi của một bộ phận trong ứng dụng của bạn. Là nhà sản xuất cả thiết bị chế biến cao su và thành phẩm cao su, chúng tôi làm việc tại mọi điểm của chuỗi đó; xem cách các hợp chất liên kết với các ứng dụng thực tế trong các giải pháp sản phẩm cao su của chúng tôi.
Previous