Što je guma? Sirovine, način izrade, upotreba i vrste brtvila

Što je guma i odakle dolazi?

Guma je elastični polimer koji se može rastezati, komprimirati i deformirati pod utjecajem sile, a zatim se vratiti u svoj izvorni oblik. Postoji u dva temeljna oblika: prirodna guma , dobiven iz lateksnog soka kaučukovca Hevea brasiliensis , i sintetička guma , proizveden iz petrokemijskih sirovina industrijskom polimerizacijom. Oba dijele temeljno svojstvo elastičnosti, ali se razlikuju po sastavu, karakteristikama izvedbe i cijeni.

Prirodni kaučuk sakuplja se i koristi tisućama godina. Pretkolumbovske civilizacije u Srednjoj Americi izrađivale su gumene lopte, vodootpornu tkaninu i obuću od lateksa davno prije nego što su Europa došla u kontakt s njom. Potencijal materijala u industrijskoj primjeni postao je očit tek u 19. stoljeću nakon što je Charles Goodyear 1839. otkrio vulkanizaciju — proces koji je transformirao mekani, ljepljivi lateks u čvrst, elastičan materijal koji se danas naziva guma.

Danas globalna proizvodnja gume prelazi 28 milijuna metričkih tona godišnje, grubo podijeljena između prirodnih i sintetičkih vrsta. Tajland, Indonezija i Obala Bjelokosti najveći su svjetski proizvođači prirodnog kaučuka. Sintetički kaučuk, prvi put razvijen tijekom Drugog svjetskog rata kada su zalihe prirodnog kaučuka prekinute, sada čini približno 60% ukupne potrošnje gume u svijetu.

Sirovine za gumu: prirodni i sintetski izvori

Sirovi materijal za prirodni kaučuk je lateks — mliječno bijela koloidna suspenzija proizvedena u kori Hevea brasiliensis stabla. Lateks je približno 30-40% poliizoprena po težini, suspendiran u vodi s proteinima, lipidima i mineralima u tragovima. Poliizoprenski polimerni lanci su ono što gumi daje elastičnost: to su dugačke, smotane molekule koje se ispravljaju pod napetosti i opruže kada se otpuste.

Sintetička guma se dobiva iz monomera dobivenih prvenstveno preradom nafte i prirodnog plina. Najvažnije sirovine sintetičke gume uključuju:

• Butadien — nusprodukt proizvodnje etilena, koji se koristi za izradu stiren-butadien kaučuka (SBR) i polibutadienskog kaučuka (BR), dviju sintetičkih guma koje se najčešće proizvode.
• Stiren — u kombinaciji s butadienom za proizvodnju SBR-a, koji čini otprilike polovicu ukupne proizvodnje sintetičke gume i dominantan je materijal u gumama za osobna vozila.
• Izobutilen i izopren — polimerizirani zajedno kako bi se dobila butilna guma (IIR), cijenjena zbog svoje izuzetne nepropusnosti za plinove i koja se koristi u unutarnjim oblogama guma i farmaceutskim čepovima.
• Etilen i propilen — u kombinaciji s dienskim monomerom za proizvodnju EPDM gume, koja se naširoko koristi u automobilskim zaštitnim gumama, krovnim membranama i vanjskim brtvama.
• Akrilonitril i butadien — polimeriziran za proizvodnju nitrilne gume (NBR), koja ima izvanrednu otpornost na ulja, goriva i otapala, što je čini standardnim materijalom za crijeva za gorivo i uljne brtve.
• Kloropren — polimeriziran za izradu neoprena (CR), jedne od najranijih sintetičkih guma, poznate po svojoj otpornosti na vremenske uvjete, ozon i umjerene kemikalije.

Silikonska guma zauzima posebnu kategoriju — njezina polimerna okosnica izgrađena je od silicija i kisika, a ne od ugljika, što je čini kemijski različitom od prirodne gume i gume dobivene iz nafte. To daje silikonu iznimnu otpornost na temperaturu, biokompatibilnost i UV stabilnost s kojima se gume s karbonskim lancem ne mogu mjeriti.

Kako se proizvodi guma: od sirovine do gotovog proizvoda

Putovanje od sirovog lateksa ili sintetičkog polimera do gotovog gumenog proizvoda uključuje nekoliko faza, od kojih svaka značajno utječe na svojstva konačnog materijala.

Žetva i koagulacija (prirodna guma)

Lateks se izrezuje iz stabla gume plitkim dijagonalnim rezom kroz koru. Sok kaplje u posude za sakupljanje tijekom nekoliko sati. Svježi lateks se zatim koagulira - obično dodavanjem mravlje ili octene kiseline - uzrokujući da se gumene čestice skupe i odvoje od vodenastog seruma. Dobiveni koagulum se preša, smota u listove i dimi (za proizvodnju rebrastog dimljenog lista ili RSS) ili suši vrućim zrakom (za proizvodnju tehnički specificiranih vrsta gume). Ove osušene ploče ili gumene bale od mrvica su trgovački oblik prirodne gume.

Slaganje

Sirova guma — prirodna ili sintetička — ne koristi se kakva jest. Smješava se s nizom aditiva u unutarnjim miješalicama (Banbury miješalice) ili otvorenim mlinovima. Tipična gumena smjesa sadrži:

• Sredstva za vulkanizaciju — sumpor ili peroksidi koji stvaraju poprečne veze između polimernih lanaca tijekom stvrdnjavanja.
• Akceleratori i aktivatori — cinkov oksid, stearinska kiselina i organski ubrzivači koji ubrzavaju i kontroliraju reakciju vulkanizacije.
• Ojačavanje punila — čađa je najvažnija, dramatično povećava vlačnu čvrstoću i otpornost na abraziju. Silicij se koristi u smjesama guma visokih performansi i niskog otpora kotrljanja.
• Plastifikatori i procesna ulja — poboljšati protok tijekom obrade i promijeniti tvrdoću i fleksibilnost gotovog proizvoda.
• Antioksidansi i antiozonansi — zaštitite gumu od razgradnje kisikom, ozonom, UV zračenjem i toplinom tijekom radnog vijeka.

Oblikovanje

Smjesa gume se oblikuje prije vulkanizacije dok ostaje termoplastična i obradiva. Uobičajene metode oblikovanja uključuju kompresijski kalup (prešanje gume u zagrijani kalup pod pritiskom), injekcijsko prešanje (injektiranje gume u zatvorene kalupe), prijenosno kalupljenje , istiskivanje (tjeranje gume kroz matricu za proizvodnju profila, cijevi i traka), i kalandriranje (valjanje gume u listove ili njeno oblaganje na tkaninu).

Vulkanizacija

Vulkanizacija is the chemical process that converts soft, weak rubber into the strong, elastic material used in finished products. Heat causes sulfur atoms (or peroxide radicals) to form cross-links between adjacent polymer chains, creating a three-dimensional network. The degree of cross-linking determines hardness: lightly cross-linked rubber is soft and elastic; heavily cross-linked rubber becomes hard (ebonite). Most rubber products are cured in presses, autoclaves, or continuous vulcanization lines at temperatures between 140°C and 200°C.

Za što se koristi guma? Glavne kategorije proizvoda

Kombinacija elastičnosti, izdržljivosti, nepropusnosti i električne izolacije gume čini nezamjenjivom u velikom broju industrija. Najveća pojedinačna primjena po obujmu su gume - putničke, kamionske i terenske gume čine približno 70% ukupne gume koja se konzumira u svijetu. Osim guma, proizvodi od gume pojavljuju se u gotovo svakom sektoru moderne industrije i svakodnevnog života.

• Gume i proizvodi povezani s gumama: Putničke gume, gume za kamione, gume za bicikle, pokretne trake i smjese za protektiranje guma zajedno predstavljaju dominantnu upotrebu prirodne i SBR gume.
• Crijeva i cijevi: Automobilska crijeva za rashladnu tekućinu, hidraulična crijeva, vodovi zračnih kočnica, vrtna crijeva, vodovi za gorivo i medicinske cijevi oslanjaju se na fleksibilnost gume i otpornost na tekućine. NBR i EPDM najčešći su materijali ovisno o fluidu koji se prenosi.
• Pojasevi: Pogonsko remenje, zupčasto remenje, pokretno remenje i klinasto remenje u industrijskim strojevima i automobilskim motorima izrađeni su od ojačanih gumenih smjesa, obično EPDM ili CR s ojačanjem od tekstila ili čelične užadi.
• obuća: Gumeni potplati, čizme i galoše bili su među prvim masovno proizvedenim gumenim proizvodima. Prirodna guma i SBR ostaju dominantni u obući, cijenjeni zbog prianjanja i otpornosti na abraziju.
• Rukavice: Rukavice za ispitivanje od lateksa, rukavice od nitrila za otpornost na kemikalije i industrijske rukavice za teške uvjete rada proizvode se od prirodne gume, NBR-a i neoprena.
• Električna izolacija: Obloge kabela, izolacija žice i električna traka koriste gumu za zaštitu vodiča od vlage, abrazije i slučajnog kontakta.
• Antivibracijski nosači: Nosači motora, izolacijske podloge za strojeve, ležajevi mostova i podloške za željezničke pruge koriste prirodnu gumu ili sendvič kompozite od NR/čelika za apsorbiranje i prigušivanje vibracija.
• Medicinski i farmaceutski: Čepovi za bočice s lijekovima za injekcije, kirurške rukavice, kateteri, narukvice za krvni tlak i ortopedski podupirači oslanjaju se na gumene smjese medicinske kvalitete.
• Roba široke potrošnje: Gumice, gumice, brtve u kuhinjskoj opremi, vakuumske čašice, prostirke za jogu i sportska oprema svakodnevni su proizvodi koji ovise o elastičnosti i prianjanju gume.

Gumene brtve : Materijali, vrste i primjene

Gumene brtve su među najkritičnijim i široko specificiranim gumenim proizvodima u inženjerstvu. Njihova je funkcija spriječiti prolaz tekućina, plinova ili kontaminanata preko spoja ili sučelja — zadatak koji zahtijeva da se guma u potpunosti prilagodi površinama koje se spajaju, sabija se pod opterećenjem i održava svoj elastični oporavak tijekom milijuna ciklusa ili godina izlaganja statičkoj struji.

Uobičajene vrste gumenih brtvi

• O-prstenovi: Brtve u obliku torusa koje se nalaze u utoru i stisnute su radijalno ili aksijalno kako bi formirale nepropusno sučelje. O-prstenovi su najuniverzalniji oblik brtvila u hidraulici, pneumatici, vodovodu i sustavima za napajanje tekućinom širom svijeta.
• Brtve: Ravne ili profilirane brtve postavljene između prirubničkih površina — spojeva cijevi, glava cilindra, tijela ventila — kako bi se spriječilo curenje pod silom stezanja vijaka. Gumene brtve uobičajene su u sustavima vode, HVAC i procesnim cjevovodima.
• Usne brtve (radijalne brtve vratila): Koristi se za zadržavanje maziva i uklanjanje onečišćenja oko rotirajućih osovina u mjenjačima, osovinama, pumpama i električnim motorima. Brtvena usna održava dinamički kontakt s površinom osovine.
• dijafragme: Fleksibilne gumene membrane koje odvajaju dvije komore dok prenose pritisak ili gibanje. Koristi se u regulatorima tlaka, pumpama, ventilima i pojačivačima kočnica u automobilima.
• Ekstrudirani profili i vremenske brtve: Prilagođeni ekstrudirani gumeni profili koji se koriste za brtvljenje otvora na vratima, prozorima, otvorima i kućištima protiv zraka, vode, prašine i buke. Obično se proizvodi od EPDM ili neoprena.

Izbor materijala za gumene brtve

Gumena smjesa koja se koristi u brtvi mora se pažljivo uskladiti s radnom okolinom. Korištenje pogrešnog materijala dovodi do bubrenja, otvrdnjavanja, pucanja ili kemijskog otapanja — a sve to uzrokuje kvar brtve i potencijalno katastrofalna curenja sustava.

Osim odabira materijala, učinkovitost brtve ovisi o durometru (tvrdoći), površinskoj obradi spojenih dijelova, otpornosti na tlačno podešavanje i prisutnosti maziva ili premaza. Za kritične primjene - zrakoplovna, podmorska, visokotlačna hidraulika - dizajn brtve uključuje analizu kontaktnog naprezanja pomoću konačnih elemenata i ubrzane testove starenja za provjeru performansi tijekom potrebnog vijeka trajanja.