Waar is het rubber van gemaakt? Natuurlijke latex, synthetische polymeren en additieven

Twee rubberen platen kunnen op dezelfde pallet zitten en er identiek uitzien – dezelfde dikte, hetzelfde zwarte oppervlak – en toch overleeft de ene vijf zomers buiten, terwijl de andere binnen één seizoen barst. Het verschil zit hem nooit in het woord ‘rubber’ op het etiket; het is waar het rubber eigenlijk van gemaakt is.

Kortom, elk rubber begint als lange polymeerketens. Natuurlijk rubber maakt gebruik van polyisopreen dat als vloeibare latex uit rubberbomen wordt getapt; synthetisch rubber maakt gebruik van kettingen die zijn opgebouwd uit op aardolie gebaseerde monomeren zoals butadieen en styreen. Geen van beide werkt op zichzelf: beide worden gemengd met verharders, vulstoffen, oliën en beschermmiddelen en vervolgens met hitte gevulkaniseerd om de kettingen in één elastisch netwerk te vergrendelen.

Het korte antwoord: polymeerketens plus een samengestelde formule

Ingenieurs noemen rubber een elastomeer: een polymeer dat uitrekt onder belasting en terugveert als het wordt losgelaten. Een polymeer is een gigantisch molecuul dat is opgebouwd uit duizenden zich herhalende eenheden die met de uiteinden aan elkaar zijn verbonden tot een keten. De bouwsteen van natuurlijk rubber is isopreen (C5H8). Ruw polymeer alleen is echter plakkerig in de zomer, stijf in de winter en zwak onder belasting. Daarom is echt rubber altijd een compound, een recept waarbij het polymeer slechts ongeveer de helft tot tweederde van het gewicht uitmaakt. De overige ingrediënten vallen in vijf families:

1. Basispolymeer: natuurlijk polyisopreen of een synthetisch elastomeer, dat het kernkarakter van het product bepaalt.
2. Uithardingssysteem: zwavel of peroxiden, die de verknopingen creëren tijdens vulkanisatie.
3. Vulstoffen – roet, silica, klei of krijt, die de sterkte vergroten en de kosten onder controle houden.
4. Procesoliën en weekmakers, die de grondstof verzachten voor soepel mengen en kalanderen.
5. Beschermende middelen – antioxidanten, antiozonanten en wassen die de aanval door hitte, ozon en verwering vertragen.

Natuurrubber: polyisopreen uit boomlatex

Natuurlijk rubber is afkomstig van Hevea brasiliensis, de rubberboom. Werknemers sneden een dunne spiraal in de bast, en de boom liet latex ontsnappen – een melkachtige vloeistof waarvan ongeveer 30 tot 35 procent uit rubberkoolwaterstof bestaat, gesuspendeerd in water, vaak gestabiliseerd met ammoniak, zodat het niet stolt in de beker. Het polymeer aan de binnenkant is cis-1,4-polyisopreen, en de ordelijke, veerkrachtige geometrie verklaart de uitzonderlijke elasticiteit van natuurlijk rubber: wanneer ze worden uitgerekt, worden de kettingen uitgelijnd en kristalliseren. Daarom kan zelfs ongevuld natuurlijk rubber een treksterkte van bijna 25 MPa bereiken.

Om het te verwerken wordt latex gecoaguleerd met mierenzuur, vervolgens gerold en gedroogd tot geribde rookplaat of samengeperst tot blokkwaliteiten voor verzending. Eén enkele boom levert slechts een paar kilo droog rubber per jaar op, waardoor natuurrubber een landbouwproduct blijft waarvan de prijs schommelt met oogsten en vrachtroutes.

Natuurrubberplaat voor afdichting en schokabsorptie Nadat we hebben uitgelegd hoe latex tot vellen wordt verwerkt, is dit vel van natuurlijk rubber een relevant voorbeeld: het biedt een hoge elasticiteit, scheurweerstand en stabiele prestaties voor afdichting, antislip en voering tussen -50 ℃ en 70 ℃. Bekijk Product →

De chemische zwakte zit in dezelfde dubbele binding die het veer geeft: ozon, UV-licht en koolwaterstofoliën vallen die plek gemakkelijk aan, zodat onbehandeld natuurlijk rubber buitenshuis barst en opzwelt in brandstof. Dat zijn de belangrijkste redenen waarom compounders beschermende middelen toevoegen of overstappen op synthetische alternatieven.

Synthetisch rubber: polymeren opgebouwd uit aardolie

Synthetische rubbers worden gemaakt door monomeren te polymeriseren die zijn afgeleid van ruwe olie en aardgas. Ze zijn nu verantwoordelijk voor grofweg tweederde van de mondiale rubberconsumptie, omdat elk recept kan worden afgestemd op een specifieke bedreiging: olie, hitte, ozon, slijtage of vlammen. De monomeren op het etiket voorspellen de prestaties:

Nitril (NBR) laat zien hoe monomeren zich direct vertalen in eigenschappen: het verhogen van het acrylonitrilgehalte van ongeveer 18 naar 45 procent verbetert gestaag de oliebestendigheid, terwijl de flexibiliteit bij lage temperaturen wordt ingeleverd. Kopers die dat detail overslaan, krijgen zeehonden die opzwellen in de vloeistof waarvoor ze zijn gekocht.

NBR-rubberplaat met instelbare oliebestendigheid Na de bespreking van het acrylonitrilgehalte en de oliezwelling illustreert dit nitrilrubbervel de materiaalkeuze: het is geschikt voor aan olie blootgestelde afdichtingstoepassingen waarbij vloeistofweerstand belangrijker is dan flexibiliteit bij lage temperaturen of ozonbestendigheid. Bekijk Product →

EPDM maakt de tegenovergestelde handel. De verzadigde ruggengraat is bestand tegen ozon, zonlicht en water (vandaar zijn greep op pakkingen en dakbedekking buitenshuis), maar door dezelfde chemie is het vrijwel niet bestand tegen koolwaterstofoliën.

EPDM-rubberplaat voor afdichting buiten Direct na de opmerking over de verzadigde ruggengraat van EPDM die bestand is tegen ozon, zonlicht en water, past deze plaat op buitenpakkingen, dakbedekking en isolatie, met een werkbereik van -40 ℃ tot 150 ℃, hoewel een beperkte oliebestendigheid. Bekijk Product →

Wat zit er nog meer in een rubbercompound?

Formules worden gedoseerd in phr: delen per honderd rubber per gewicht. Een typische zwarte verbinding luidt ongeveer als volgt:

• Zwavel, 1-3 phr: het verknopingsmiddel; te weinig laat zwak rubber achter, terwijl veel meer het in hard eboniet verandert.
• Versnellers, minder dan 2 phr: chemicaliën die ervoor zorgen dat zwavel snel uithardt bij lagere temperaturen.
• Zinkoxide, 3-5 phr, plus stearinezuur, 1-2 phr: activatoren die de versnellers laten werken.
• Koolzwart, 20-50 phr: de reden dat het meeste industriële rubber zwart is, en een vulstof die de treksterkte en de levensduur kan verdubbelen.
• Klei of krijt: goedkope vulstoffen die de hardheid en prijs van niet-kritieke onderdelen aanpassen.
• Procesoliën, 5-20 phr: verzacht het mengsel voor malen en kalanderen.
• Antioxidanten, antiozonanten en wassen, 1-5 phr gecombineerd: langzame veroudering en ozonscheuren.

Beweeg een willekeurige lijn en het product beweegt mee: voeg was toe en de plaat is bestand tegen ozon; ruil carbon black in voor silica en de scheursterkte stijgt samen met de prijs; verhoogt het zwavelgehalte en de hardheid stijgt op de Shore A-schaal. Dit is de reden waarom twee platen met dezelfde diktespecificatie zich niet hetzelfde kunnen gedragen.

Vulcanisatie: de stap die de ketens samenbrengt

Niet-gevulkaniseerd rubber is een wirwar van onafhankelijke ketens die langs elkaar heen glijden: plakkerig, zwak en vormeloos op een warme dag. In 1839 ontdekte Charles Goodyear dat het verwarmen van rubber met zwavel het rubber permanent verandert: zwavelatomen overbruggen aangrenzende ketens bij hun reactieve dubbele bindingen, waardoor duizenden losse strengen tot één enkel netwerk worden samengevoegd.

De rode schakels in het diagram zijn de zwavelbruggen: dezelfde reactie die in elke vulkaniseerpers wordt uitgevoerd. De cijfers zijn praktisch en niet folklore: het uitharden onder druk gebeurt doorgaans enkele minuten tot een uur bij 140-180°C, afhankelijk van de dikte van het onderdeel, en de verknopingsdichtheid bepaalt de uiteindelijke hardheid. Siliconen en sommige EPDM-soorten slaan zwavel over en harden in plaats daarvan uit met peroxiden of heteluchtleidingen in de magnetron. Daarom blijven siliconenplaten flexibel bij temperaturen die met zwavel uitgehard rubber zouden aantasten.

Hoe ruw polymeer een plaat, mat of riem wordt

Het recept wordt pas machinaal een product en de volgorde is hetzelfde, of de output nu een koemat of een lopende band is:

1. Mengen - interne mengers (Banbury), kneders of open tweewalsmolens schuiven het polymeer af en verspreiden de vulstoffen, oliën en chemicaliën; mengtemperatuur en energie bepalen hoe uniform de verbinding is.
2. Vormgeven: kalanderen verandert de verbinding in een continu vel, extruders vormen profielen en persen vormdelen onder hitte en druk.
3. Vulcanisatie – persen, autoclaven, Rotocure-trommels of microgolflijnen vergrendelen de uiteindelijke elastische eigenschappen.

De fasen voeden elkaar: een slecht gedispergeerd vulmiddel herstelt zich nooit bij de kalander, en een ongelijkmatige rolspleet verschijnt opnieuw als diktevariatie na uitharding. Dat is de reden waarom verwerkers het mengen, vormen en uitharden als één doorlopende keten beschouwen, en onze gids voor het kiezen van rubbermixers, kalanders en persen doorloopt die selectielogica stap voor stap.

Waar is het rubber van gemaakt? Een polymeer – natuurlijke isopreenketens uit boomlatex of synthetische ketens uit aardolie – plus een gedoseerde formule van genezende middelen, vulstoffen, oliën en beschermmiddelen, door vulkanisatie tot één elastisch netwerk gelast. Zorg ervoor dat het polymeer past bij de blootstelling waaraan het wordt blootgesteld: NBR voor olie, EPDM voor zon en weer, natuurlijk rubber of SBR voor slijtage en kosten, siliconen voor extreme temperaturen.

Als u platen, matten of banden aanschaft, vraag dan naar het samengestelde gegevensblad (polymeertype, Shore A-hardheid, treksterkte, rek) omdat deze cijfers, en niet het woord 'rubber', voorspellen hoe een onderdeel in uw toepassing zal verouderen. Als fabrikant van zowel rubberverwerkingsapparatuur als eindproducten van rubber werken wij op elk punt van die keten; zie hoe de verbindingen geschikt zijn voor echte toepassingen in onze oplossingen voor rubberproducten.