Kauçuk Üretim Süreci

1930'ların sonlarında, Amerika Birleşik Devletleri dünyanın doğal kauçuk arzının yarısından fazlasını kullandı. Bugün, doğal kauçuk, Amerika Birleşik Devletleri'nde 50.000'den fazla üretilmiş üründe bulunabilir ve ABD, her yıl 3 milyar poundun üzerinde doğal kauçuk ithal etmektedir. Bununla birlikte, modern üretim süreçlerinde kullanılan kauçuğun yüzde 70'inden fazlası sentetik kauçuktur.

Doğal kauçuk lateks olarak başlar. Lateks, suda asılı halde bulunan poliizopren adı verilen polimerden oluşur. Birbirine bağlı birçok (poli) bireysel üniteden (mer) oluşan uzun zincirli moleküller polimerleri oluşturur. Kauçuk, elastomer adı verilen özel bir polimer şeklidir; bu, polimer moleküllerinin esnediği ve esnediği anlamına gelir.

2.500'den fazla bitki, süt benzeri özsu tipi bir malzeme olan lateks üretir. Süt otu birçok insan için en tanıdık lateks üreten bitki olabilir, ancak ticari lateks tek bir tropikal ağaçtan, Hevea brasiliensis'ten gelir. Adından da anlaşılacağı gibi, kauçuk ağacı tropikal Güney Amerika kökenlidir. 3000 yıldan fazla bir süre önce, Mezoamerikan uygarlıkları, kauçuk oluşturmak için lateksi sabah zafer suyuyla karıştırdı. Lateksin sabah zafer suyuna oranının değiştirilmesi, kauçuğun özelliklerini değiştirdi. Mezoamerikalılar, zıplayan toplardan lastik sandaletlere kadar kauçuğu biliyor ve kullanıyorlardı.

1900'den önce, çoğu doğal kauçuk Brezilya'daki yabani ağaçlardan geliyordu. 20. yüzyıl başlarken, bisiklet ve otomobillerin artan popülaritesi ile arz ve talep üretimi geride bıraktı. Brezilya'dan kaçırılan tohumlar, Güneydoğu Asya'da kauçuk ağacı tarlalarına yol açtı. 1930'lara gelindiğinde, doğal kauçuk kullanımları, araçlardaki ve uçaklardaki lastiklerden bir askerin ayakkabılarında, kıyafetlerinde ve ekipmanlarında bulunan 32 pound'a kadar değişiyordu. O zamana kadar, ABD kauçuk arzının çoğu güneydoğu Asya'dan geldi, ancak II. Dünya Savaşı ABD'yi arzının çoğundan kesti.

Doğal kauçuk üretim süreci, kauçuk ağaçlarından lateksin toplanmasıyla başlar. Kauçuk ağaçlarından lateks hasadı, ağacın kabuğunun çizilmesi veya kesilmesiyle başlar. Lateks, ağaçtaki kesiğin dibine bağlı bir bardağa akar. Birçok ağaçtan elde edilen lateks malzeme büyük tanklarda birikir.

Kauçuğu lateksten çıkarmanın en yaygın yöntemi, poliizopreni bir kütle haline getiren veya kalınlaştıran bir işlem olan pıhtılaşmayı kullanır. Bu işlem, latekse formik asit gibi bir asit ilave edilerek gerçekleştirilir. Pıhtılaşma süreci yaklaşık 12 saat sürer.

Su, bir dizi silindir kullanılarak kauçuk pıhtısından sıkılır. Yaklaşık 1/8 inç kalınlığında elde edilen ince tabakalar, tütsühanelerde ahşap raflar üzerinde kurutulur. Kurutma işlemi genellikle birkaç gün gerektirir. Artık nervürlü duman tabakası olarak adlandırılan ortaya çıkan koyu kahverengi kauçuk, işlemciye gönderilmek üzere balyalar halinde katlanır.

Bununla birlikte, tüm kauçuk füme değildir. Sigara içmek yerine sıcak hava kullanılarak kurutulan kauçuğa havayla kurutulmuş tabaka denir. Bu işlem, daha iyi bir kauçuk kalitesiyle sonuçlanır. Soluk krep kauçuk adı verilen daha da yüksek kaliteli bir kauçuk, iki pıhtılaşma aşaması ve ardından havayla kurutma gerektirir.

Yıllar boyunca birkaç farklı sentetik kauçuk türü geliştirilmiştir. Hepsi moleküllerin polimerizasyonundan (bağlanmasından) kaynaklanır. Ekleme polimerizasyonu adı verilen bir süreç, molekülleri uzun zincirler halinde bir araya getirir. Yoğuşma polimerizasyonu adı verilen başka bir işlem, moleküller birbirine bağlanırken molekülün bir kısmını ortadan kaldırır. İlave polimer örnekleri arasında polikloroprenden (neopren kauçuk) yapılan sentetik kauçuklar, bir yağa ve benzine dayanıklı kauçuk ve sıçrama olmayan kauçuk için kullanılan stiren bütadien kauçuk (SBR) lastikler.

Sentetik kauçuk için ilk ciddi arayış, Birinci Dünya Savaşı sırasında Almanya'da başladı. İngiliz ablukaları Almanya'nın doğal kauçuk almasını engelledi. Alman kimyagerler 3-metilizopren (2,3-dimetil-1,3-bütadien) birimlerinden bir polimer geliştirdiler, [CH₂=C(CH₃)C(CH₃)=CH2], asetondan. Bu ikame, metil kauçuk, doğal kauçuğa göre daha düşük olmasına rağmen, Almanya, Birinci Dünya Savaşı'nın sonunda ayda 15 ton üretti.

Devam eden araştırmalar daha kaliteli sentetik kauçuklara yol açtı. Şu anda kullanımda olan en yaygın sentetik kauçuk türü olan Buna S (stiren bütadien kauçuk veya SBR), 1929 yılında Alman şirketi I.G. Farben. 1955'te Amerikalı kimyager Samuel Emmett Horne, Jr., doğal kauçuk gibi davranan yüzde 98 cis-1,4-poliizopren polimeri geliştirdi. SBR ile birleştirilen bu madde, 1961'den beri lastikler için kullanılmaktadır.

Kauçuk, ister doğal ister sentetik olsun, büyük balyalar halinde işleme (fabrika) tesislerine ulaşır. Kauçuk fabrikaya ulaştığında, işleme dört aşamadan geçer: birleştirme, karıştırma, şekillendirme ve vulkanizasyon. Kauçuk bileşim formülasyonu ve yöntemi, kauçuk üretim sürecinin amaçlanan sonucuna bağlıdır.

bileşik

Bileşik, kauçuğu amaçlanan kullanım için özelleştirmek için kimyasallar ve diğer katkı maddeleri ekler. Doğal kauçuk sıcaklıkla değişir, soğukla ​​kırılgan hale gelir ve ısıyla yapışkan, yapışkan bir karışım olur. Bileşim sırasında eklenen kimyasallar, kauçuk polimerlerini stabilize etmek için vulkanize etme işlemi sırasında kauçuk ile reaksiyona girer. Ek katkı maddeleri, kauçuğun özelliklerini geliştirmek için takviye edici dolgu maddeleri veya kauçuğu uzatmak için takviye edici olmayan dolgu maddeleri içerebilir, bu da maliyeti düşürür. Kullanılan dolgu türü nihai ürüne bağlıdır.

En yaygın olarak kullanılan takviye edici dolgu, kurumdan elde edilen karbon siyahıdır. Karbon siyahı, kauçuğun gerilme mukavemetini ve aşınmaya ve yırtılmaya karşı direncini arttırır. Karbon siyahı ayrıca kauçuğun ultraviyole bozulmasına karşı direncini artırır. Çoğu kauçuk ürün, karbon siyahı dolgu maddesi nedeniyle siyahtır.

Kauçuğun planlanan kullanımına bağlı olarak, kullanılan diğer katkı maddeleri arasında takviye dolgu maddeleri olarak susuz alüminyum silikatlar, diğer polimerler, geri dönüştürülmüş kauçuk sayılabilir. (genellikle yüzde 10'dan az), yorgunluğu azaltan bileşikler, antioksidanlar, ozona dirençli kimyasallar, renklendirici pigmentler, plastikleştiriciler, yumuşatıcı yağlar ve kalıp ayırıcı Bileşikler.

Karıştırma

Katkı maddeleri kauçuğa iyice karıştırılmalıdır. Kauçuğun yüksek viskozitesi (akışa karşı direnci), karıştırma işlemini onsuz gerçekleştirmeyi zorlaştırır. kauçuğun sıcaklığını yeterince yüksek (300 derece Fahrenheit'e kadar) yükseltmek vulkanizasyon. Erken vulkanizasyonu önlemek için karıştırma genellikle iki aşamada gerçekleşir. İlk aşamada kauçuğa karbon siyahı gibi katkı maddeleri karıştırılır. Bu karışıma masterbatch denir. Kauçuk soğuduktan sonra vulkanizasyon kimyasalları kauçuğa eklenir ve karıştırılır.

Şekillendirme

Kauçuk ürünlerin şekillendirilmesi dört genel teknik kullanılarak gerçekleştirilir: ekstrüzyon, perdahlama, kaplama veya kalıplama ve döküm. Nihai ürüne bağlı olarak birden fazla şekillendirme tekniği kullanılabilir.

Ekstrüzyon, yüksek derecede plastik kauçuğun bir dizi vidalı ekstrüderden geçirilmesinden oluşur. Kalenderleme, kauçuğu silindirler arasında giderek daha küçük bir dizi boşluktan geçirir. Silindir kalıp işlemi, ekstrüzyon ve perdahlamayı birleştirerek, her iki ayrı işlemden daha iyi bir ürün üretir.

Kaplama, bir kat kauçuk uygulamak veya kauçuğu kumaşa veya başka bir malzemeye zorlamak için perdahlama işlemini kullanır. Lastikler, su geçirmez kumaş çadırlar ve yağmurluklar, taşıma bantları ve şişme sallar, kauçuk ile kaplanmış malzemelerle yapılır.

Ayakkabı tabanı ve topuk, conta, conta, vantuz ve şişe stoperi gibi kauçuk ürünler kalıp kullanılarak dökülmektedir. Kalıplama da lastik yapımında bir adımdır. Kauçuğu kalıplamanın üç ana yöntemi, sıkıştırma kalıplama (diğer ürünler arasında lastik yapımında kullanılır), transfer kalıplama ve enjeksiyon kalıplamadır. Kauçuğun vulkanizasyonu, ayrı bir adım yerine kalıplama işlemi sırasında gerçekleşir.

vulkanizasyon

Vulkanizasyon, kauçuk üretim sürecini tamamlar. Vulkanizasyon, kauçuğun polimerleri arasında çapraz bağlantılar oluşturur ve süreç, nihai kauçuk ürününün gereksinimlerine bağlı olarak değişir. Kauçuk polimerler arasındaki daha az çapraz bağlantı, daha yumuşak, daha esnek bir kauçuk oluşturur. Çapraz bağlantıların sayısının arttırılması, kauçuğun esnekliğini azaltır ve daha sert kauçuğa neden olur. Vulkanizasyon olmadan, kauçuk sıcakken yapışkan, soğukken kırılgan kalır ve çok daha hızlı çürür.

İlk olarak 1839'da Charles Goodyear tarafından keşfedilen vulkanizasyon, kauçuğa kükürt eklenmesini ve karışımın yaklaşık beş saat boyunca 280 F'ye ısıtılmasını gerektiriyordu. Modern vulkanizasyon, genel olarak, ısıtma süresini 15 ila 20 dakikaya düşürmek için diğer kimyasallarla birlikte daha az miktarda kükürt kullanır. Sülfür kullanmayan alternatif vulkanizasyon teknikleri geliştirilmiştir.