Кіріспе

Резеңкелерді қатайту процесі

Вулканизация (британдық ағылшынша: Vulcanisation) – резеңкелерді қатайту процестерінің жиынтығы. Бұл термин бастапқыда табиғи каучукты күкіртпен өңдеуді білдірді, және ол әлі де ең көп қолданылатын тәсіл болып табылады. Алайда, қазір ол басқа (синтетикалық) резеңкелерді түрлі әдістермен қатайтуды да қамтиды. Мысалы, силикон резеңкесін бөлме температурасында вулканизациялау арқылы, ал хлоропрен резеңкесін (неопрен) металл оксидтерін қолдану арқылы қатайтуға болады. Вулканизация – эластомерлерді қатайту процесі, сондықтан "вулканизация" және "қатайту" терминдері осы контексте жиі алмастырылып қолданылады. Ол полимер тізбегінің бөліктері арасында байланыстар құру арқылы жұмыс істейді, нәтижесінде материалдың қаттылығы мен беріктігі артады, сондай-ақ оның механикалық және электрлік қасиеттерінде өзгерістер болады. Вулканизация, басқа термопластикалық полимерлерді қатайту сияқты, көбінесе қайтымсыз процесс болып табылады. Бұл сөзді Уильям Брокдон (Томас Хэнкоктің досы, осы процеске британдық патент алған адам) ұсынған, ол оны жанартаулардағы қызу мен күкіртпен байланысты Вулкан құдайының атынан алған.

Тарих

Резеңке – латекс – мыңдаған жылдар бойы Мезоамерикалық мәдениеттерде белгілі болған, ол доптар, сандал табандары, резеңке ленталар және су өткізбейтін ыдыстар жасауға қолданылған. Резеңке Ацтек империясының ішінде нақты мақсаттар үшін өңделген. Резеңке және латекс бұйымдары өңделіп, құрастырылып, содан кейін пайдалану немесе одан әрі тарату үшін астанаға жіберілген. 19 ғасырдағы алғашқы резеңке түтікшелі шиналар ыстық жолда жабысқақ болып қалатын. Оларға қоқыстар жабысып, соңында шиналар жарылып кететін. Чарльз Гудиер 1830 жылдары осы шиналарды жақсартуға тырысты. Ол резеңкеге басқа химиялық заттар қосу үшін оны қыздыруға әрекеттенді. Бұл резеңкені қаттырақ және жақсарғандай етті, бірақ бұл химиялық заттардың емес, қыздырудың өзінің әсерінен болды. Ол мұны түсінбегендіктен, жариялаған қатайту формулалары үнемі жұмыс істемегенде, қайта-қайта сәтсіздікке ұшырады. 1839 жылы бір күні Гудиер резеңке мен күкіртті араластыруға тырысқанда, қоспаны ыстық табаға тастап алды. Оның таңғалуына орай, резеңке одан әрі ерімей немесе буланып кетпей, керісінше, қатты күйде қалды және қыздыруды арттырған сайын резеңке одан да қаттырақ болды. Гудиер осы қатайтудың тұрақты жүйесін ойлап тапты және 1844 жылға қарай резеңкені өнеркәсіптік масштабта өндіре бастады.

Қолданбалар

Вулканизацияланған материалдарды көптеген мақсаттарда қолдануға болады, мысалы резеңке шлангтар, аяқ киім табандары, ойыншықтар, өшіргіштер, хоккей шайбалары, амортизаторлар, конвейерлік ленталар, діріл сөндіргіштер, изоляциялық материалдар, шиналар және боулинг шарлары. Көптеген резеңке өнімдері вулканизацияланады, себебі бұл олардың қызмет ету мерзімін, функционалдығын және беріктігін едәуір арттырады.

Күкіртпен вулканизациялау

Ең көп таралған вулканизациялау әдістері күкіртке негізделген. Күкірт өзі баяу вулканизациялаушы агент болып табылады және синтетикалық полиолефиндерді вулканизацияламайды. Жеделдетілген вулканизациялау, байланыстыру кинетикасын өзгертетін әртүрлі қосылыстарды қолдану арқылы жүзеге асырылады; мұндай қоспа көбінесе «керіктелген жиынтық» деп аталады. Күкіртпен вулканизациялауға ұшыратылатын негізгі полимерлер – полиизопрен (табиғи каучук) және стирол-бутадиен каучугі (SBR), олар көбінесе көлік құралдарының шиналарында қолданылады. Керіктелген жиынтықтың құрамы субстрат пен қолданылуына қарай арнайы реттеледі. Реакцияға қабілетті орындар – керіктелген орындар – аллилді сутек атомдары болып табылады. Бұл СН байланыстары көміртек-көміртек екі байланысына (>С=С<) жақын орналасқан. Вулканизациялау кезінде осы СН байланыстарының бір бөлігі күкірт атомдарының тізбектерімен алмастырылады, олар басқа полимер тізбегінің керіктелген орнымен байланысады. Бұл байланыстарда бір немесе бірнеше атом болуы мүмкін. Байланыстың ішіндегі күкірт атомдарының саны аяқталған каучук өнімінің физикалық қасиеттеріне күшті әсер етеді. Ықшам байланыстар каучукқа жақсырақ жылуға төзімділік қасиетін береді. Күкірт атомдарының саны көп байланыстар каучукқа жақсы динамикалық қасиеттер береді, бірақ жылуға төзімділігін азайтады. Динамикалық қасиеттер каучук өнімінің иілу қозғалыстары үшін маңызды, мысалы, жүріп бара жатқан шинаның бүйірлік бөлігінің қозғалысы. Иілу қасиеттері жеткіліксіз болса, мұндай қозғалыстар тез жарықтарды тудырады және нәтижесінде каучук өнімінің бүлінуіне әкеледі.

Полихлорпроренді вулканизациялау

Неопрен немесе полихлорпропен каучугінің (CR каучугі) вулканизациясы, көптеген табиғи және синтетикалық каучуктерде қолданылатын күкірт қосылыстарының орнына, металл оксидтерін (әсіресе MgO және ZnO, кейде Pb3O4) қолдану арқылы жүзеге асырылады. Сонымен қатар, өңдеу процесіндегі әртүрлі факторларға байланысты (атап айтқанда, ерте заластану, яғни жылудың әсерінен каучуктердің мерзімінен бұрын байланысуы), үдеткіштің таңдалуы басқа диенді каучуктерге қарағанда басқаша қағидалармен анықталады. Көптеген дәстүрлі үдеткіштер CR каучуктерін вулканизациялау кезінде мәселе тудырады, ал ең маңызды үдеткіш – этилен тиоуреясы (ETU) болып табылды. Бұл зат полихлорпропен үшін өте тиімді және сынақтан өткен үдеткіш болғанымен, репродуктивті токсин ретінде жіктелді. 2010 жылдан 2013 жылға дейін Еуропалық каучук өнеркәсібі ETU-ға қауіпсіз балама табу мақсатында SafeRubber жобасын іске қосты.

Силиконды вулканизациялау

Бөлме температурасында вулканизацияланатын (RTV) силикон реактивті мұнай негізіндегі полимерлерден құралған, олар минералды толтырғыштармен күшейтілген. Бөлме температурасында вулканизацияланатын силиконның екі түрі бар: RTV 1 (бір компонентті жүйелер); атмосфералық ылғалдың, катализатордың және ацетоксисиланның әсерінен қатаяды. Ацетоксисилан ылғалды жағдайда сірке қышқылына айналады. Қатаю процесі сыртқы бетінен басталып, өзегіне дейін жүреді. Өнім ауа өткізбейтін картридждерге салынған, сұйық немесе паста тәрізді болады. RTV 1 силиконы жақсы жабысу, серпімділік және беріктік сипаттамаларына ие. Шор қаттылығы 18-ден 60-қа дейін өзгеруі мүмкін. Ұзынша созылу 150%-дан 700%-ға дейін жетеді. Олардың УФ-сәулеленуге және ауа райына жоғары төзімділігіне байланысты ескіруға өте төзімді. RTV 2 (екі компонентті жүйелер); екі компонентті өнім, араластырылғанда бөлме температурасында қатты эластомерге, гельге немесе иілгіш көбікке айналады. RTV 2 жоғары температурада ыдырайды, соның салдарынан тұтанбайтын және жанбайтын инертті кремний шөгіндісі пайда болады. Диэлектрлік қасиеттеріне байланысты оларды электр оқшаулау үшін қолдануға болады. Механикалық қасиеттері қанағаттанарлық. RTV 2 икемді қалыптар жасауға, сондай-ақ өнеркәсіптік және медициналық салаларда қолданылатын көптеген техникалық бөлшектерді жасауға қолданылады.