Przemysł gumowy rozwija się bardzo dynamicznie. Według danych statista.pl, w 2022 roku na świecie wyprodukowano blisko 16,4 miliona ton naturalnej gumy, podczas gdy w 2000 roku było to jedynie 6,8 miliona ton. W artykule wyjaśniamy na czym polega wulkanizacja gumy.
Wulkanizacja gumy została pierwszy raz zastosowana w 1844 roku przez Charlesa Goodyeara – amerykańskiego przedsiębiorcę. Odkrył, że jeśli połączy się kauczuk i siarkę nad rozgrzanym piecem to materiał nabiera elastyczności, zyskuje właściwości plastyczne, można mu nadać dowolny kształt, a po wystygnięciu nabiera odporności. Tak przerobiona guma staje się odporna na naprężenia mechaniczne, wolniej się starzeje i jest niewrażliwa na czynniki atmosferyczne.
Klasyfikacja gumy
Nadrzędną grupą, do której należą gumy są polimery – jest to ta sama grupa, w której znajdują się popularne tworzywa sztuczne takie jak polietylen i polipropylen. Polimery są substancjami chemicznymi o bardzo dużej masie cząsteczkowej, w których skład wchodzą liczne, powtarzające się cząsteczki nazywane merami (gr. poli – wiele, mer – cząstka). W zależności od rodzaju polimeru charakteryzują się różnymi właściwościami, zarówno chemicznymi jak i fizycznymi.
Polimery mogą zostać podzielone ze względu na źródło pochodzenia: naturalne, syntetyczne oraz modyfikowane. Do polimerów naturalnych możemy zaliczyć między innymi celulozę, skrobię czy kwas nukleinowy. Polimery syntetyczne uzyskuje się natomiast przede wszystkim z ropy naftowej i gazu. Ostatnia grupa polimerów modyfikowanych uzyskiwana jest w wyniku reakcji chemicznej naturalnego polimeru z syntetycznym. W przemyśle gumowym zdecydowanie przeważają polimery syntetyczne, które są podstawowym składnikiem tworzyw sztucznych i licznych produktów chemicznych.
Elastomery – półfabrykat zbudowany z polimerów
Wulkanizacji często poddawane są polimerowe półfabrykaty – elastomery. Elastomery są polimerowymi tworzywami naturalnymi bądź sztucznymi, cechującymi się zdolnością do znacznej zmiany swoich wymiarów podczas rozciągania, ścinania czy ściskania. Następnie potrafią powrócić do swoich pierwotnych wymiarów, zachowując ciągłość struktury.
Cząsteczki polimerów zawarte w elastomerach muszą wykazywać wystarczająco silne oddziaływania, aby elastomery te pozostawały w stanie stałym oraz zachowały ciągłość i wysoką odporność na zerwanie. Jeżeli są one zbyt słabe to elastomer może rozciągnąć się jak plastelina wchodząc w obszar odkształceń plastycznych, a co za tym idzie nie powróci do swojego pierwotnego kształtu i wymiarów.
Jak wulkanizacja poprawia właściwości elastomerów?
W celu otrzymania gotowego produktu z gumy elastomer przechodzi proces wulkanizacji, który polega na łączeniu zawartych w nim polimerów z odpowiednimi środkami sieciującymi. Zabieg ten prowadzi do wzmocnienia wewnętrznych wiązań i w efekcie transformuje pierwotny elastomer w docelową gumę.
Pierwsze próby wulkanizacji podejmowano na kauczuku, do którego wiązań chemicznych węgiel-węgiel dodawano siarkę – pierwszy środek sieciujący. Po wymieszaniu rozdrobnionej siarki z kauczukiem przeciskano tak powstałą mieszankę przez kalandry przy jednoczesnym wystawieniu na działanie temperatury rzędu 150 stopni Celsjusza. Uzyskana guma mogła być mniej lub bardziej twarda, w zależności od zastosowanych proporcji. Im większa gęstość sieciowania kauczuku, tym mniej elastyczna i wolniej ścierająca się guma.
Z czasem zaczęto wulkanizować inne elastomery, które poddawano procesowi wulkanizacji w podobny sposób, choć przy użyciu innych środków sieciujących niż siarka. Dzisiaj również do kauczuku dodaje się inne środki sieciujące, aby uzyskać oczekiwane właściwości w końcowych produktach.
Wulkanizacja jest również wykorzystywana do sklejania ze sobą kilku oddzielnych elementów gumowych, np. przy produkcji czy naprawie opon.
W firmie Hydrapress produkujemy prasy hydrauliczne PH-136PP i PH-110PP przeznaczone do produkcji 16 kółek do śmietników w jednym cyklu. Ponadto realizujemy inne prasy do wulkanizacji projektowane na indywidualne zamówienie klienta. Prasy te charakteryzują się długim zamknięciem formy oraz długotrwałym i precyzyjnym podtrzymaniem zadanego ciśnienia układu oraz temperatury form. Dzięki temu nasze maszyny pozwalają na pełną kontrolę procesu produkcyjnego.
Tekst: ML
