İçerik
1930'ların sonunda, Amerika Birleşik Devletleri dünyanın doğal kauçuk tedarikinin yarısından fazlasını kullandı. Bugün, ABD'de 50.000'den fazla mamul üründe doğal kauçuk bulunabilir ve ABD her yıl 3 milyar liradan fazla doğal kauçuk ithal eder. Bununla birlikte, modern üretim işlemlerinde kullanılan kauçuğun yüzde 70'inden fazlası sentetik kauçuktur.
Doğal Kauçuk Arka Planı
Doğal kauçuk lateks olarak başlar. Lateks, suda asılı asılı poliizopren denilen polimerden oluşur. Birbirine bağlı birçok (poli) ayrı birimden (mer) oluşan uzun zincirli moleküller polimerleri oluşturur. Kauçuk, elastomer adı verilen ve polimer moleküllerinin gerdiği ve esneydiği özel bir polimer şeklidir.
2500'den fazla bitki süt benzeri sap tipi bir materyal olan lateks üretir. Milkweed birçok insan için en bilinen lateks üreten bitki olabilir, ancak ticari lateks tek bir tropik ağaç olan Hevea brasiliensis'ten gelir. Adından da anlaşılacağı gibi, kauçuk ağacı tropikal Güney Amerika kökenli. 3.000 yıldan fazla bir süre önce, Meso-amerikan medeniyetleri, sabah kahvaltısı suyuyla lateks karıştırdı. Lateksin sabah zafer suyuna oranını değiştirmek, kauçuğun özelliklerini değiştirmiştir. Kabarık toplardan lastik sandaletlere kadar Meso-amerikalılar lastik biliyordu ve kullandı.
1900'den önce çoğu doğal kauçuk Brezilya'daki vahşi ağaçlardan geliyordu. 20. yüzyılın başlarında bisiklet ve otomobillerin popülaritesinin artması ile birlikte arz ve talep artmış bir üretimdir. Brezilya'dan kaçırılan tohumlar, güneydoğu Asya'da kauçuk ağacı tarlalarına yol açtı. 1930'lara gelindiğinde, doğal kauçuk kullanımı araç ve uçaktaki lastiklerden askerlerin ayakkabısında, giyiminde ve ekipmanlarında bulunan 32 pound'a kadar değişiyordu. O zamana kadar, ABD'deki lastik arzının çoğu güneydoğu Asya’dan geldi, ancak 2. Dünya Savaşı ABD’yi arzının çoğundan kesti.
Doğal Kauçuk Üretim Süreci
Doğal kauçuk üretim süreci kauçuk ağaçlarından lateks hasadı ile başlar. Lateksin kauçuk ağaçlarından toplanması, ağaç kabuğunun içine çentik atılması veya kesilmesi ile başlar. Lateks, ağaçtaki kesimin dibine tutturulmuş bir bardağa akar. Birçok ağaçtan gelen lateks malzeme büyük tanklarda birikmiştir.
Kauçuğu lateksten çıkarmanın en yaygın yöntemi, poliizopreni bir kütleye kıvrık veya kalınlaştıran bir işlem olan koagülasyon kullanır. Bu işlem latekse formik asit gibi bir asit eklenerek gerçekleştirilir. Pıhtılaşma işlemi yaklaşık 12 saat sürer.
Bir dizi silindir kullanılarak lastik pıhtılaşmasından su sıkılır. Elde edilen ince tabakalar, yaklaşık 1/8 inç kalınlığında, dumansız yerlerde ahşap raflar üzerinde kurutulur. Kurutma işlemi genellikle birkaç gün gerektirir. Şimdi nervürlü duman levhası olarak adlandırılan koyu kahverengi kauçuk, işlemciye nakliye için balyalar halinde katlanır.
Bununla birlikte, tüm kauçuklar füme değildir. Sigara içmek yerine sıcak hava kullanılarak kurutulan lastik, havayla kurutulmuş bir tabaka olarak adlandırılır. Bu işlem daha iyi bir lastik kalitesi ile sonuçlanır. Soluk krep kauçuğu adı verilen daha yüksek kalitede bir lastik, iki pıhtılaşma aşaması ve ardından havayla kurutmayı gerektirir.
Sentetik Kauçuk Oluşturma
Yıllar boyunca birkaç farklı tipte sentetik kauçuk geliştirilmiştir. Hepsi moleküllerin polimerleşmesinden (bağlanmasından) kaynaklanmaktadır. Ek polimerizasyon adı verilen bir işlem, molekülleri uzun zincirlere bağlar. Yoğunlaşma polimerizasyonu adı verilen başka bir işlem, moleküller birbirine bağlandıkça molekülün bir kısmını ortadan kaldırır. İlave polimerlerin örnekleri arasında, polikloropren (neopren kauçuğu), yağa ve benzine dayanıklı bir kauçuktan yapılmış kauçuklar ve lastiklerde sıçramayan kauçuğa yönelik kullanılan stiren bütadien kauçuğu (SBR) bulunur.
Sentetik kauçuğun ilk ciddi arayışı, I. Dünya Savaşı sırasında Almanya'da başladı. İngiliz ablukaları, Almanya'nın doğal kauçuk almasını engelledi. Alman kimyagerleri, 3-metilizopren (2,3-dimetil-l, 3-bütadien) birimlerinden, asetondan bir polimer geliştirdi. Bu sübstitüent metil kauçuk, doğal kauçuğa göre daha düşük olmasına rağmen, Almanya, WWI'nin sonuna kadar ayda 15 ton üretti.
Devam eden araştırmalar daha iyi kalitede sentetik kauçuklara yol açtı. Halen kullanılmakta olan en yaygın sentetik kauçuk türü olan Buna S, 1929'da Alman şirketi I.G tarafından geliştirilmiştir. Farben. 1955 yılında, 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.
İşleme kauçuk
Kauçuk, doğal veya sentetik olsun, büyük balyalardaki işlemci (fabrikatör) tesislerine ulaşır. Kauçuk fabrikaya ulaştığında, işlem dört aşamadan geçmektedir: birleştirme, karıştırma, şekillendirme ve vulkanizasyon. Kauçuk bileşiği formülasyonu ve yöntemi, kauçuk imalat işleminin amaçlanan sonucuna bağlıdır.
Birleştirme
Bileşik, kauçuğu kullanım amacı için kişiselleştirmek üzere kimyasallar ve diğer katkı maddeleri ekler. Doğal kauçuk sıcaklıkla değişmekte, soğukta kırılgan hale gelmekte ve yapışkan, aşırı yapışkan bir sıcaklık ile karışmaktadır. Bileşim sırasında ilave edilen kimyasallar, kauçuk polimerlerini stabilize etmek için vulkanizasyon işlemi sırasında kauçuk ile reaksiyona girerler. Ek katkı maddeleri kauçuğu uzatmak için kauçuğun özelliklerini geliştirmek için takviye edici dolgu maddeleri veya kauçuğu uzatmak için takviye edici dolgu maddeleri içerebilir. Kullanılan dolgu maddesi nihai ürüne bağlıdır.
En yaygın kullanılan takviye dolgu maddesi, kurumdan elde edilen karbon siyahıdır. Karbon siyahı lastiklerin çekme dayanımını ve aşınma ve yırtılma direncini arttırır. Karbon siyahı aynı zamanda ultraviyole bozulmasına karşı lastik direncini arttırır. Kauçuk ürünlerinin çoğu karbon siyahı dolgu maddesi nedeniyle siyahtır.
Kauçuğun planlanan kullanımına bağlı olarak, kullanılan diğer katkı maddeleri takviye dolguları, diğer polimerler, geri dönüştürülmüş kauçuk (genellikle yüzde 10'dan az), yorucu azaltıcı bileşikler, antioksidanlar, ozon dirençli kimyasallar, renklendirici pigmentler, plastikleştiriciler olarak susuz alüminyum silikatlar içerebilir yumuşatıcı yağlar ve küf salma bileşikleri.
Karıştırma
Katkılar kauçuğa iyice karıştırılmalıdır. Kauçuğun yüksek viskozitesi (akmaya karşı direnç), vulkanizasyona neden olmak için kauçuğun sıcaklığını (300 dereceye kadar Fahrenheit'e kadar) yükseltmeden, karıştırmayı başarmayı zorlaştırır. Erken vulkanizasyonu önlemek için, karıştırma genellikle iki aşamada gerçekleştirilir. İlk aşamada, karbon siyahı gibi katkı maddeleri kauçuğa karıştırılır. Bu karışım bir ana seri olarak adlandırılır. Kauçuk soğuduktan sonra vulkanizasyon için kimyasal maddeler eklenir ve kauçuğa karıştırılır.
Şekillendirme
Kauçuk ürünlerin biçimlendirilmesi dört genel teknik kullanılarak gerçekleştirilir: ekstrüzyon, perdahlama, kaplama veya kalıplama ve döküm. Nihai ürüne bağlı olarak birden fazla şekillendirme tekniği kullanılabilir.
Ekstrüzyon, bir dizi vidalı ekstrüzyon presine yüksek derecede plastik kauçuk zorlamaktan ibarettir. Perdahlama, kauçuğu, merdaneler arasında giderek daha küçük bir dizi boşluktan geçirir. Merdane kalıbı işlemi ekstrüzyon ve perdahlama işlemini birleştirerek her iki işlemden daha iyi bir ürün üretir.
Kaplama, perdahlama işlemini, bir lastik kaplama uygulamak veya kauçuğu kumaş veya başka malzemeye zorlamak için kullanır. Lastikler, su geçirmez kumaş çadırlar ve yağmurluklar, taşıma bantları ve şişirilebilir sallar lastik kaplama malzemeleri ile yapılır.
Ayakkabı tabanı ve topuklu ayakkabılar, contalar, contalar, vantuzlar ve şişe kapakları gibi kauçuk ürünler kalıplar kullanılarak dökülür. Kalıplama aynı zamanda lastik yapımında da bir adımdır. Üç ana kauçuk kalıplama yöntemi, sıkıştırma kalıplaması (diğer ürünler arasında lastik yapımında kullanılır), transfer kalıplama ve enjeksiyon kalıplamadır. Kauçuğun vulkanizasyonu, kalıplama işlemi sırasında ayrı bir basamaktan ziyade gerçekleşir.
Vulkanizasyon
Vulkanizasyon kauçuk üretim işlemini tamamlar. Vulkanizasyon, kauçuk polimerleri arasında çapraz bağlantılar oluşturur ve işlem, nihai kauçuk ürününün gereksinimlerine bağlı olarak değişir. Kauçuk polimerleri arasındaki daha az çapraz bağlantı, daha yumuşak, daha esnek bir lastik oluşturur. Çapraz bağlantıların sayısının arttırılması, kauçuğun elastikiyetini azaltır ve daha sert kauçuğa neden olur. Vulkanizasyon olmadan, lastik sıcakken yapışkan kalır ve soğukken kırılgan kalır ve çok daha hızlı çürür.
Aslen 1839'da Charles Goodyear tarafından keşfedilen vulkanizasyon, kauçuğa kükürt eklenmesi ve karışımın yaklaşık beş saat boyunca 280 F'ye ısıtılmasını gerektiriyordu. Modern vulkanizasyon, genel olarak, ısıtma süresini 15 ila 20 dakikaya düşürmek için diğer kimyasal maddelerle birlikte daha az miktarda kükürt kullanır. Kükürt kullanmayan alternatif vulkanizasyon teknikleri geliştirilmiştir.