مما يتكون المطاط: اللاتكس الطبيعي والبوليمرات الاصطناعية والمركبات

في مركب مداس الإطار النموذجي، يشكل البوليمر المطاطي حوالي 47 بالمائة فقط من الوزن الإجمالي. ويصل الباقي إلى الخلاط في صورة أسود الكربون، وزيت المعالجة، وأكسيد الزنك، والكبريت، والمسرعات، ومضادات التحلل. هذه النسبة الفردية هي أسرع طريقة للإجابة على سؤال ما هو المطاط الذي يصنع منه، لأن المواد التي يقوم الناس بقطعها وتشكيلها وبيعها ليست مادة واحدة. إنه بوليمر بالإضافة إلى حزمة كيميائية موزونة بعناية.

الإجابة المختصرة: العمود الفقري للبوليمر بالإضافة إلى الحزمة المركبة

يتكون المطاط من بوليمر طويل السلسلة مدمج مع الحشوات والزيوت والمواد العلاجية والمواد الكيميائية الواقية. البوليمر نفسه هو إما رابطة الدول المستقلة-1،4-بولي أيسوبرين مستخرج من شجرة Hevea brasiliensis، أو سلسلة اصطناعية مبنية في مفاعل من المونومرات المستخرجة من النفط والغاز الطبيعي. كل شيء آخر في الوصفة موجود لجعل هذه السلسلة قابلة للمعالجة ومتينة ويمكن التنبؤ بها في الخدمة.

الإيزوبرين، المونومر الخماسي الكربون الموجود في المطاط الطبيعي، هو جزيء صغير. وتربط البلمرة آلاف هذه الوحدات وجها لوجه في سلسلة يمكن أن يصل وزنها الجزيئي إلى عدة مئات الآلاف من الجرام لكل مول. هذا الطول هو ما يسمح للمادة بالتمدد إلى عدة أضعاف طولها الأصلي والتعافي، بشرط تثبيت السلاسل ببعضها البعض.

البوليمر الخام بمفرده يكون عديم الفائدة في خط الإنتاج. المطاط الطبيعي غير المفلكن يكون لزجًا في الطقس الدافئ وهشًا في الطقس البارد، ويفقد قوته بسرعة فوق 60 درجة مئوية. تعمل الحزمة المركبة على إصلاح نقاط الضعف هذه، ولهذا السبب فإن كل المواصفات التي ستقرأها تقريبًا تصف مركبًا، وليس بوليمر.

المطاط الطبيعي: ما يخرج من الشجرة

يتكون المطاط الطبيعي من اللاتكس الميداني، وهو عبارة عن معلق حليبي يتكون من 30 إلى 40 بالمائة من البولي إيزوبرين، و55 إلى 65 بالمائة من الماء، وجزء صغير ولكنه مهم من البروتينات والدهون والسكريات والأملاح المعدنية. الجزء غير المطاطي صغير الحجم من حيث الوزن، ولكنه يؤدي إلى سلوك العلاج والرائحة والشيخوخة ومخاطر الحساسية.

يبدأ الحصاد عندما يبلغ عمر الشجرة حوالي خمس إلى سبع سنوات. تقوم أداة التنقيب بحلق دوامة رقيقة من اللحاء، ويمر اللاتكس في كوب، ويتم حفظ السائل مع الأمونيا للشحن. في المصنع، يتم تخثر اللاتكس بحمض الفورميك ثم معالجته في أحد الأشكال التجارية الثلاثة: صفائح غير مدخنة، أو صفائح مدخنة مضلعة، أو فتات المطاط الذي يباع تحت درجات محددة تقنيًا.

لإجراء مقارنة أعمق بين طريقي البوليمر، يجب تفصيل اللاتكس الطبيعي والبوليمرات الاصطناعية يستحق القراءة جنبًا إلى جنب مع مواصفات المواد الخام التي تتلقاها من المورد الخاص بك.

المطاط الصناعي: ما يخرج من المصفاة

يُصنع المطاط الصناعي من المونومرات المستردة من النفط والغاز الطبيعي، ثم يتم بلمره في مفاعل تحت ظروف درجة الحرارة والضغط والمحفزات التي يمكن التحكم فيها. نظرًا لأنه يمكن تعديل نسب المونومر ضمن نوافذ ضيقة، فإن البوليمر الناتج يكون أكثر اتساقًا من دفعة إلى دفعة من مطاط المزرعة.

يقوم نظام التسمية ISO 1629 بتجميع هذه المواد حسب هيكل عمودها الفقري. تحتوي الدرجات ذات اللاحقة R، مثل NR وSBR وBR وNBR وCR، على سلاسل كربون غير مشبعة ويمكن علاجها بسهولة بالكبريت. تحتوي الدرجات ذات اللاحقة M، بما في ذلك EPDM والسيليكون، على سلاسل مشبعة وعادةً ما تحتاج إلى بيروكسيد أو راتينج أو نظام معالجة مشابه بدلاً من ذلك.

ماذا يحدث أيضًا: الوصفة المركبة

لكل 100 جزء من المطاط، يحتوي المركب ذو الأغراض العامة عادة على 40 إلى 60 في المائة من أسود الكربون، و5 إلى 30 في المائة من زيت المعالجة، و3 إلى 5 في المائة من أكسيد الزنك، و1 إلى 2 في المائة من حمض دهني، و1.5 إلى 2.5 في المائة من الكبريت، و0.8 إلى 2 في المائة من المسرعات، و1 إلى 3 في المائة من مادة مضادة للتحلل. هذه الأرقام هي نطاق العمل للمركب التقليدي المعالج بالكبريت، وتتغير بشكل كبير بمجرد دخول المقاومة للحرارة أو مقاومة الزيت أو مجموعة الضغط المنخفض إلى المواصفات.

ماكينة بانبوري المطاطية لخلط المطاط والبلاستيك خلاط عالي الأداء مزود بتحكم هيدروليكي ودوار محسّن لتشتيت أسود الكربون وزيت المعالجة والمواد المضافة في مركبات المطاط. عرض المنتج →

يتم قياس كل رقم في هذه الجملة بوحدة phr، والتي تمثل أجزاء لكل مائة مطاط. يكون الوزن المرجعي دائمًا 100 جزء من البوليمر، وليس الوزن المركب النهائي أبدًا، لذلك يمكن زيادة أو تقليل الوصفة دون إعادة حساب النسب.

تنقسم عائلات المكونات إلى خمس مجموعات وظيفية:

• تضيف الحشوات، خاصة أسود الكربون والسيليكا المترسبة، القوة والصلابة ومقاومة التآكل.
• تعمل الملدنات وزيوت المعالجة على تليين المزيج وتحسين التدفق وخفض درجة حرارة الخلط.
• تقوم المنشطات مثل أكسيد الزنك وحمض دهني بتحويل المسرع إلى شكله النشط.
• تعمل المواد العلاجية، مثل الكبريت أو البيروكسيد، على إنشاء الروابط المتشابكة التي تجعل المطاط مرنًا.
• تعمل مضادات التحلل، بما في ذلك الأمينات والفينول والشموع، على إبطاء شيخوخة الأكسجين والأوزون والحرارة.

من البوليمر إلى المنتج: أربع خطوات معالجة

تحويل هذه المكونات إلى جزء قابل للاستخدام يتبع أربع خطوات، ويتغير التركيب في كل خطوة. تعتبر أخطاء الوزن التي تبلغ بضعة جرامات في دفعة 50 كجم كافية لتغيير الصلابة بعدة نقاط على مقياس IRHD.

ماكينة تقويم مطاط 3 رولات للطلاء والتقويم تقويم ثلاثي الأسطوانات مع تحكم PLC ومسافة لفة قابلة للتعديل لسلك الطلاء أو القماش أو صفائح البطانة الداخلية للإطارات الهندسية. عرض المنتج →

كيف يظهر التكوين في ورقة البيانات

تشير ورقة البيانات المطاطية إلى هوية البوليمر، ونسب المونومر، وحدود التلوث، وسلوك المعالجة، مما يحول الكيمياء غير المرئية إلى أرقام يمكنك مقارنتها. إن قراءة هذه الأرقام مقابل التطبيق هي أسرع طريقة لاكتشاف عدم التطابق قبل أن تصل المادة إلى الخط.

• يتراوح محتوى الأكريلونيتريل في NBR من حوالي 18 بالمائة لمقاومة الزيت المنخفضة إلى 42 بالمائة للتلامس الشديد مع الوقود.
• عادة ما يكون الستايرين المقيد في SBR حوالي 23.5 بالمائة في درجة المستحلب القياسية، كما أن ارتفاع الستايرين يزيد من قبضة الرطوبة وتراكم الحرارة.
• تحدد نسبة الإيثيلين والبروبيلين بالإضافة إلى محتوى ENB كيفية علاج EPDM ومدى تحمله للأوزون.
• لزوجة موني ML(1 4) عند 100 درجة مئوية عادة ما تتراوح بين 40 و80 بالنسبة للمركب المختلط.
• يحدد محتوى الرماد والمواد المتطايرة والأوساخ سقف اختيار درجة المطاط الطبيعي.

عندما تكون المواصفات أكثر أهمية، يجب التحقق من بيانات المركب مقابل الجزء النهائي، وليس البوليمر وحده. وينطبق نفس المنطق عبر منتجات المطاط الصناعي ، من الصفائح والحصر إلى أغطية الخراطيم ومركبات الحزام.

المطاط المستصلحة: التكوين بعد حياة ثانية

يتم تصنيع المطاط المستصلح من الخردة الأرضية، ومعظمها من الإطارات المنتهية الصلاحية، والتي يتم تفكيكها وصقلها مرة أخرى إلى ورقة قابلة للمعالجة. لا تزال المادة تحتوي على الهيدروكربون المطاطي، ولكنها تحمل أيضًا بقايا الكربون الأسود والزيت والرماد والمعالجة التي كانت موجودة في المركب الأصلي.

آلة إعادة تدوير نفايات الإطارات لإنتاج مسحوق المطاط نظام التكسير والغربلة والفصل المغناطيسي الذي يقوم بتحضير 10 شبكات و-40 مسحوق مطاطي من الإطارات المنتهية الصلاحية. عرض المنتج →

تبدأ العملية بالطحن ثم الفصل المغناطيسي للصلب وإزالة ألياف النسيج. يتبع ذلك عملية إزالة الفلكنة، إما بمساعدة ميكانيكية حرارية أو كيميائية أو بالموجات الدقيقة، وينتج في النهاية عن التكرير طبقة ناعمة. تحتوي عملية الاستصلاح النموذجية على ما يقرب من 40 إلى 50 بالمائة من الهيدروكربون المطاطي، ويتكون التوازن من أسود الكربون والحشوات المعدنية.

تؤدي إضافة المستصلحات إلى خفض تكلفة المواد الخام وتحويل الخردة من مدافن النفايات، ولهذا السبب تظهر بانتظام في الحصائر ومساند العجلات وغيرها من السلع غير الحيوية. إنه غير مناسب للأختام الديناميكية أو التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية حيث تكون مجموعة الضغط المتسقة أكثر أهمية من السعر.

الأسئلة المتداولة

هل المطاط مصنوع من الزيت؟

جزئيا. يتكون المطاط الصناعي من المونومرات مثل البوتادين والستايرين والأيزوبرين التي تأتي من النفط والغاز الطبيعي. المطاط الطبيعي ليس كذلك، لأنه يأتي من مادة اللاتكس الموجودة في شجرة الهيفيا البرازيلية. تستخدم معظم المنتجات المطاطية الصناعية أحدهما أو الآخر، ويستخدم الكثير منهما كليهما في مركب واحد.

ما الفرق بين المطاط الطبيعي والاصطناعي على المستوى الجزيئي؟

المطاط الطبيعي هو تقريبًا cis-1,4-polyisoprene نقي، وهي سلسلة منتظمة تتبلور تحت الضغط وتعطي قوة عالية جدًا. يتم إنشاء الدرجات الاصطناعية من اثنين أو أكثر من المونومرات، وبالتالي فإن السلسلة تحمل مجموعات جانبية مختلفة على طولها. هذه المجموعات الجانبية هي التي تخلق مقاومة الزيت في NBR أو مقاومة الطقس في EPDM.

ماذا يعني phr في وصفة المطاط؟

يشير Phr إلى أجزاء لكل مائة مطاط. يتم التعبير عن كل مكون بالنسبة إلى 100 جزء من البوليمر المطاطي من حيث الوزن، لذا فإن المركب الذي يحتوي على 50 phr من أسود الكربون يحتوي على نصف كمية الأسود الموجودة في البوليمر. إنه نظام نسبة، وليس نسبة مئوية من الخليط النهائي.

هل يمكن صنع المطاط بدون الكبريت؟

نعم. تتم معالجة EPDM والسيليكون والعديد من الدرجات المتخصصة باستخدام البيروكسيدات أو الراتنجات الفينولية أو أكاسيد المعادن بدلاً من الكبريت. يظل الكبريت هو العلاج الأكثر شيوعًا لأنه غير مكلف ويعمل بشكل جيد مع السلاسل غير المشبعة مثل NR وSBR وNBR.