Waar is rubber van gemaakt: natuurlijke latex, synthetische polymeren en compounding

In een typische loopvlakcompound maakt het rubberpolymeer slechts ongeveer 47 procent van het totale gewicht uit. De rest komt bij de menger terecht als roet, procesolie, zinkoxide, zwavel, versnellers en antidegradanten. Die ene verhouding is de snelste manier om de vraag te beantwoorden waar rubber van gemaakt is, omdat het materiaal dat mensen daadwerkelijk snijden, vormen en verkopen niet één substantie is. Het is een polymeer plus een zorgvuldig afgewogen pakket chemie.

Het korte antwoord: een polymeerbackbone plus een compoundpakket

Rubber is gemaakt van een polymeer met lange keten, gecombineerd met vulstoffen, oliën, uithardingsmiddelen en beschermende chemicaliën. Het polymeer zelf is óf cis-1,4-polyisopreen, gewonnen uit de Hevea brasiliensis-boom, óf een synthetische keten die in een reactor is gebouwd uit monomeren die zijn gewonnen uit aardolie en aardgas. Al het andere in het recept is er om die keten verwerkbaar, duurzaam en voorspelbaar in gebruik te maken.

Isopreen, het monomeer met vijf koolstofatomen achter natuurlijk rubber, is een klein molecuul. Polymerisatie verbindt duizenden van deze eenheden van kop tot staart tot een keten waarvan het molecuulgewicht enkele honderdduizenden grammen per mol kan bereiken. Die lengte zorgt ervoor dat het materiaal meerdere keren zijn oorspronkelijke lengte kan uitrekken en herstellen, op voorwaarde dat de kettingen aan elkaar zijn verankerd.

Een ruw polymeer op zichzelf is vrijwel nutteloos op een productielijn. Niet-gevulkaniseerd natuurrubber is kleverig bij warm weer en bros bij koud weer, en verliest snel zijn sterkte boven de 60 graden Celsius. Het compoundpakket verhelpt deze zwakke punten, en daarom beschrijft bijna elke specificatie die u ooit zult lezen een verbinding, en niet een polymeer.

Natuurrubber: wat er uit de boom komt

Natuurlijk rubber wordt gemaakt van veldlatex, een melkachtige suspensie die voor ongeveer 30 tot 40 procent uit polyisopreen, 55 tot 65 procent uit water en een kleine maar belangrijke fractie uit eiwitten, lipiden, suikers en minerale zouten bestaat. De niet-rubberfractie is klein in gewicht, maar bevordert het uithardingsgedrag, de geur, veroudering en het risico op allergie.

Het oogsten begint wanneer een boom ongeveer vijf tot zeven jaar oud is. Een tapper scheert een dunne spiraal schors af, latex loopt in een kopje en de vloeistof wordt met ammoniak geconserveerd voor verzending. In de fabriek wordt de latex gecoaguleerd met mierenzuur en vervolgens verwerkt tot een van de drie commerciële vormen: ongerookte platen, geribbelde gerookte platen of rubberkruimels die onder technisch gespecificeerde kwaliteiten worden verkocht.

Voor een diepere vergelijking van de twee polymeerroutes wordt de afbraak van natuurlijke latex en synthetische polymeren is het lezen waard naast de grondstofspecificaties die u van uw leverancier ontvangt.

Synthetisch rubber: wat er uit de raffinaderij komt

Synthetisch rubber wordt gemaakt van monomeren die worden gewonnen uit aardolie en aardgas en vervolgens worden gepolymeriseerd in een reactor onder gecontroleerde temperatuur-, druk- en katalysatoromstandigheden. Omdat de monomeerverhoudingen binnen krappe vensters kunnen worden aangepast, is het resulterende polymeer van batch tot batch veel consistenter dan plantagerubber.

Het ISO 1629-naamgevingssysteem groepeert deze materialen op basis van de structuur van hun ruggengraat. Soorten met een R-achtervoegsel, zoals NR, SBR, BR, NBR en CR, hebben onverzadigde koolstofketens en harden gemakkelijk uit met zwavel. Soorten met een M-achtervoegsel, inclusief EPDM en siliconen, hebben verzadigde ketens en hebben normaal gesproken peroxide, hars of een soortgelijk uithardingssysteem nodig.

Wat er nog meer in zit: het samengestelde recept

Per 100 delen rubber bevat een verbinding voor algemeen gebruik doorgaans 40 tot 60 phr roet, 5 tot 30 phr procesolie, 3 tot 5 phr zinkoxide, 1 tot 2 phr stearinezuur, 1,5 tot 2,5 phr zwavel, 0,8 tot 2 phr versneller en 1 tot 3 phr antidegradant. Deze cijfers vormen het werkbereik voor een conventionele, met zwavel uitgeharde verbinding, en ze verschuiven aanzienlijk zodra hittebestendigheid, oliebestendigheid of lage compressie-set de specificatie binnendringt.

Rubber Banbury-machine voor het mengen van rubber en kunststof Krachtige mixer met hydraulische bediening en geoptimaliseerde rotor voor het dispergeren van carbon black, procesolie en additieven in rubbercompounds. Bekijk Product →

Elk getal in die zin wordt gemeten in phr, wat staat voor delen per honderd rubber. Het referentiegewicht is altijd 100 delen polymeer, nooit het uiteindelijke samengestelde gewicht, dus een recept kan omhoog of omlaag worden geschaald zonder de verhoudingen opnieuw te berekenen.

De ingrediëntenfamilies vallen in vijf functionele groepen:

• Vulstoffen, voornamelijk roet en neergeslagen silica, voegen sterkte, hardheid en slijtvastheid toe.
• Weekmakers en procesoliën verzachten het mengsel, verbeteren de vloei en verlagen de mengtemperatuur.
• Activatoren zoals zinkoxide en stearinezuur zetten de versneller om in zijn actieve vorm.
• Curatieven, zwavel of peroxide, creëren de verknopingen die het rubber elastisch maken.
• Antidegradanten, waaronder aminen, fenolen en wassen, vertragen de veroudering door zuurstof, ozon en hitte.

Van polymeer tot product: vier verwerkingsstappen

Het omzetten van die ingrediënten in een bruikbaar onderdeel volgt vier stappen, en de samenstelling verandert bij elke stap. Weegfouten van enkele grammen in een batch van 50 kilogram zijn voldoende om de hardheid met meerdere punten op de IRHD-schaal te verschuiven.

3 rollen rubberen kalendermachine voor coaten en kalanderen Kalender met drie rollen, PLC-besturing en instelbare rolafstand voor het coaten van koord, canvas of kalanderen van binnenvoeringen van technische banden. Bekijk Product →

Hoe de compositie op een gegevensblad wordt weergegeven

Een rubberen gegevensblad rapporteert de polymeeridentiteit, monomeerverhoudingen, verontreinigingslimieten en verwerkingsgedrag, waardoor onzichtbare chemie wordt omgezet in cijfers die u kunt vergelijken. Het lezen van deze cijfers aan de hand van de toepassing is de snelste manier om een ​​mismatch op te sporen voordat het materiaal de lijn bereikt.

• Het acrylonitrilgehalte in NBR loopt van ongeveer 18 procent voor een lage oliebestendigheid tot 42 procent voor ernstig brandstofcontact.
• Het gebonden styreen in SBR bedraagt ​​doorgaans ongeveer 23,5 procent in de standaard emulsiekwaliteit, en een hoger styreengehalte verhoogt de grip op nat wegdek en de warmteontwikkeling.
• De verhouding ethyleen en propyleen plus het ENB-gehalte bepalen hoe een EPDM uithardt en hoe goed het ozon verdraagt.
• Mooney-viscositeit ML(1 4) bij 100 graden Celsius ligt meestal tussen 40 en 80 voor een gemengde verbinding.
• Het as-, vluchtige materiaal- en vuilgehalte bepalen het plafond voor de keuze van natuurlijke rubberkwaliteit.

Waar specificatie er het meest toe doet, moeten de verbindingsgegevens worden vergeleken met het voltooide onderdeel, en niet met het polymeer alleen. Overal geldt dezelfde redenering industriële rubberproducten , van plaat- en matten tot slanghoezen en bandverbindingen.

Teruggewonnen rubber: samenstelling na een tweede leven

Teruggewonnen rubber wordt gemaakt van gemalen schroot, meestal afgedankte banden, dat wordt gedevulkaniseerd en weer verfijnd tot een verwerkbaar vel. Het materiaal bevat nog steeds rubberkoolwaterstoffen, maar bevat ook de roet-, olie-, as- en uithardingsresten die in de oorspronkelijke samenstelling zaten.

Recyclingmachine voor afvalbanden voor de productie van rubberpoeder Breek-, zeef- en magnetisch scheidingssysteem dat rubberpoeder van 10 mesh en -40 mesh bereidt uit afgedankte banden. Bekijk Product →

Het proces begint met het slijpen, vervolgens het magnetisch scheiden van staal en het verwijderen van textielvezels. Devulkanisatie volgt, hetzij thermomechanisch, chemisch of microgolfondersteund, en raffinage levert uiteindelijk een gladde plaat op. Een typische terugwinning bevat ongeveer 40 tot 50 procent rubberkoolwaterstof, waarbij de rest bestaat uit roet en minerale vulstoffen.

Het toevoegen van hergebruik verlaagt de grondstofkosten en zorgt ervoor dat schroot niet op de stortplaats terechtkomt. Daarom verschijnt het regelmatig in matten, wielkeggen en andere niet-kritieke goederen. Het is niet geschikt voor dynamische afdichtingen of toepassingen bij hoge temperaturen, waarbij een consistente compressieset belangrijker is dan de prijs.

Veelgestelde vragen

Wordt rubber gemaakt van olie?

Gedeeltelijk. Synthetisch rubber wordt gemaakt van monomeren zoals butadieen, styreen en isopreen die afkomstig zijn uit aardolie en aardgas. Natuurlijk rubber is dat niet, omdat het afkomstig is van de latex van de Hevea brasiliensis-boom. De meeste industriële rubberproducten gebruiken het een of het ander, en veel gebruiken beide in één samenstelling.

Wat is het verschil tussen natuurlijk en synthetisch rubber op moleculair niveau?

Natuurrubber is vrijwel zuiver cis-1,4-polyisopreen, een regelmatige keten die onder spanning kristalliseert en een zeer hoge sterkte geeft. Synthetische soorten zijn opgebouwd uit twee of meer monomeren, zodat de keten over de hele lengte verschillende zijgroepen draagt. Deze zijgroepen zorgen voor oliebestendigheid in NBR of weerbestendigheid in EPDM.

Wat betekent phr in een rubberrecept?

Phr staat voor delen per honderd rubber. Elk ingrediënt wordt uitgedrukt in verhouding tot 100 gewichtsdelen rubberpolymeer, dus een verbinding met 50 phr roet bevat half zoveel zwart als polymeer. Het is een verhoudingssysteem, geen percentage van het uiteindelijke mengsel.

Kan rubber zonder zwavel worden gemaakt?

Ja. EPDM, siliconen en vele speciale kwaliteiten worden uitgehard met peroxiden, fenolharsen of metaaloxiden in plaats van zwavel. Zwavel blijft het meest voorkomende curatieve middel omdat het goedkoop is en goed werkt met onverzadigde ketens zoals NR, SBR en NBR.