ما هو المطاط المصنوع من؟ اللاتكس الطبيعي والبوليمرات الاصطناعية والمواد المضافة

يمكن أن توضع لوحتان مطاطيتان على نفس المنصة وتبدوان متطابقتين - نفس السُمك ونفس السطح الأسود - لكن إحداهما تبقى على قيد الحياة لمدة خمسة فصول صيف في الهواء الطلق بينما تتشقق الأخرى خلال موسم واحد. الفرق ليس أبدًا كلمة "مطاط" الموجودة على الملصق؛ هذا هو ما يتكون منه المطاط بالفعل.

باختصار، يبدأ كل مطاط على شكل سلاسل بوليمر طويلة. يستخدم المطاط الطبيعي مادة البولي إيزوبرين المستخرجة من أشجار المطاط كاللاتكس السائل؛ يستخدم المطاط الصناعي سلاسل مصنوعة من المونومرات البترولية مثل البوتادين والستايرين. لا يعمل أي منهما بمفرده: يتم مزجهما مع عوامل المعالجة، والحشو، والزيوت، والمواد الحافظة، ثم يتم مبركن بالحرارة لقفل السلاسل في شبكة مرنة واحدة.

الإجابة المختصرة: سلاسل البوليمر بالإضافة إلى صيغة مركبة

يطلق المهندسون على المطاط اسم المطاط الصناعي: وهو بوليمر يتمدد تحت الحمل ويعود للخلف عند إطلاقه. البوليمر هو جزيء عملاق يتكون من آلاف الوحدات المتكررة المرتبطة ببعضها البعض لتشكل سلسلة، ووحدة بناء المطاط الطبيعي هي الأيزوبرين (C5H8). ومع ذلك، فإن البوليمر الخام وحده يكون لزجًا في الصيف، وقاسيًا في الشتاء، وضعيفًا تحت الحمل. وهذا هو السبب في أن المطاط الحقيقي يكون دائمًا مركبًا، وهي وصفة يشكل فيها البوليمر حوالي نصف إلى ثلثي الوزن فقط. تنقسم المكونات المتبقية إلى خمس عائلات:

1. البوليمر الأساسي - بولي إيزوبرين طبيعي أو إلاستومر صناعي، يحدد الطابع الأساسي للمنتج.
2. نظام المعالجة - الكبريت أو البيروكسيدات، التي تخلق الروابط المتقاطعة أثناء الفلكنة.
3. الحشو - أسود الكربون، أو السيليكا، أو الطين، أو الطباشير، مما يضيف القوة والتحكم في التكلفة.
4. زيوت المعالجة والملدنات التي تعمل على تليين المرق من أجل الخلط والتقويم السلس.
5. المواد الواقية - مضادات الأكسدة ومضادات الأوزون والشموع التي تبطئ الحرارة والأوزون والعوامل الجوية.

المطاط الطبيعي: بولي ايزوبرين من شجرة اللاتكس

يأتي المطاط الطبيعي من شجرة المطاط Hevea brasiliensis. يقطع العمال لولبًا رفيعًا في اللحاء، وتنزف الشجرة مادة اللاتكس، وهو سائل حليبي يحتوي على ما يقرب من 30-35 بالمائة من محتواه عبارة عن هيدروكربون مطاطي معلق في الماء، وغالبًا ما يكون مثبتًا بالأمونيا حتى لا يتخثر في الكوب. البوليمر الموجود بالداخل هو cis-1,4-polyisoprene، وتفسر هندسته النابضة المنتظمة المرونة الاستثنائية للمطاط الطبيعي: عندما يتم تمديده، تصطف السلاسل وتتبلور، وهذا هو السبب في أن المطاط الطبيعي غير المملوء يمكن أن يصل إلى قوة شد تقترب من 25 ميجا باسكال.

لمعالجته، يتم تخثر اللاتكس بحمض الفورميك، ثم يتم لفه وتجفيفه في صفائح مدخنة مضلعة أو ضغطه في درجات كتلية للشحن. ولا تنتج شجرة واحدة سوى بضعة كيلوغرامات من المطاط الجاف سنويا، وهو ما يجعل المطاط الطبيعي سلعة زراعية يتأرجح سعرها مع مواسم الحصاد وطرق الشحن.

لوح من المطاط الطبيعي للغلق وامتصاص الصدمات بعد شرح كيفية معالجة اللاتكس إلى صفائح، تعتبر هذه الصفائح المطاطية الطبيعية مثالًا مناسبًا: فهي توفر مرونة عالية، ومقاومة للتمزق، وأداء مستقر للختم، ومقاومة الانزلاق، واستخدامات التبطين بين -50 درجة مئوية و70 درجة مئوية. عرض المنتج →

يكمن ضعفه الكيميائي في نفس الرابطة المزدوجة التي تمنحه الربيع: الأوزون والأشعة فوق البنفسجية والزيوت الهيدروكربونية تهاجم هذا الموقع بسهولة، لذلك يتشقق المطاط الطبيعي غير المعالج في الهواء الطلق ويتضخم في الوقود. هذه هي الأسباب الرئيسية التي تجعل المُركّبين يضيفون مواد حماية أو يتحولون إلى البدائل الاصطناعية.

المطاط الصناعي: بوليمرات مصنوعة من البترول

يتم تصنيع المطاط الصناعي عن طريق بلمرة المونومرات المشتقة من النفط الخام والغاز الطبيعي. وهي تمثل الآن ما يقرب من ثلثي الاستهلاك العالمي للمطاط، لأن كل وصفة يمكن ضبطها ضد تهديد محدد - النفط، أو الحرارة، أو الأوزون، أو التآكل، أو اللهب. تتنبأ المونومرات الموجودة على الملصق بالأداء:

يُظهر النتريل (NBR) كيف تترجم المونومرات مباشرة إلى خصائص: حيث يؤدي رفع محتوى الأكريلونيتريل من حوالي 18 إلى 45 بالمائة إلى تحسين مقاومة الزيت بشكل مطرد مع استبدال المرونة في درجات الحرارة المنخفضة. المشترين الذين يتخطون هذه التفاصيل ينتهي بهم الأمر إلى تضخم الأختام في السائل نفسه الذي تم شراؤه لاحتوائه.

نبر Rubber Sheet with Tunable Oil Resistance بعد مناقشة محتوى الأكريلونيتريل وتورم الزيت، توضح هذه الطبقة المطاطية من النتريل اختيار المواد: فهي تناسب تطبيقات الختم المعرضة للزيت حيث تكون مقاومة السوائل أكثر أهمية من المرونة في درجات الحرارة المنخفضة أو تحمل الأوزون. عرض المنتج →

EPDM يقوم بالتجارة المعاكسة. يتجاهل عمودها الفقري المشبع الأوزون وأشعة الشمس والماء - وبالتالي قبضته على الحشيات الخارجية والأسقف - ولكن نفس الكيمياء لا تمنحه أي مقاومة للزيوت الهيدروكربونية تقريبًا.

إبدم Rubber Sheet for Outdoor Sealing مباشرة بعد الملاحظة على العمود الفقري المشبع لـ EPDM المقاوم للأوزون وأشعة الشمس والماء، تناسب هذه الورقة الحشيات الخارجية والأسقف والعزل، مع نطاق عمل يتراوح من -40 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية على الرغم من مقاومة الزيت المحدودة. عرض المنتج →

ماذا يدخل في مركب المطاط

يتم جرعات الصيغ في phr - أجزاء لكل مائة مطاط من حيث الوزن. يقرأ المركب الأسود النموذجي تقريبًا مثل هذا:

• الكبريت، 1-3 phr: الرابط المتشابك؛ القليل جدًا يترك مطاطًا ضعيفًا، في حين أن الكثير منه يحوله إلى إيبونيت صلب.
• المسرعات، أقل من 2 ساعة: مواد كيميائية تجعل الكبريت يجف بسرعة عند درجة حرارة منخفضة.
• أكسيد الزنك، 3-5 phr، بالإضافة إلى حمض دهني، 1-2 phr: منشطات تسمح للمسرعات بالعمل.
• أسود الكربون، 20-50 phr: السبب وراء كون معظم المطاط الصناعي أسود اللون، وهو عبارة عن مادة حشو يمكنها مضاعفة قوة الشد وعمر التآكل.
• الطين أو الطباشير: مواد حشو منخفضة التكلفة تعمل على ضبط الصلابة والسعر في الأجزاء غير الحرجة.
• زيوت المعالجة، 5-20 ساعة: تليين المزيج للطحن والتقويم.
• مضادات الأكسدة، ومضادات الأوزون، والشموع، 1-5 في الساعة مجتمعة: الشيخوخة البطيئة وتكسير الأوزون.

حرك أي خط وسيتحرك المنتج معه: أضف الشمع وستقاوم الورقة الأوزون؛ استبدل أسود الكربون بالسيليكا وسترتفع قوة التمزق جنبًا إلى جنب مع السعر؛ ويرتفع الكبريت والصلابة على الشور على نطاق واسع. هذا هو السبب في أن الصفحتين اللتين لهما نفس مواصفات السُمك لا يمكنهما التصرف على نحو متماثل.

الفلكنة: الخطوة التي تقفل السلاسل معًا

المطاط غير المفلكن عبارة عن مجموعة متشابكة من السلاسل المستقلة التي تنزلق فوق بعضها البعض - مبتذلة وضعيفة وعديمة الشكل في يوم حار. في عام 1839، وجد تشارلز جوديير أن تسخين المطاط بالكبريت يغيره بشكل دائم: حيث تقوم ذرات الكبريت بتوصيل السلاسل المجاورة بروابطها المزدوجة التفاعلية، وتلحم آلاف الخيوط السائبة في شبكة واحدة.

الروابط الحمراء في الرسم البياني هي تلك الجسور الكبريتية، وهو نفس التفاعل الذي يتم إجراؤه داخل كل مكبس فلكنة. الأرقام عملية وليست فولكلورية: تتم عملية المعالجة بالضغط عادةً عند درجة حرارة 140-180 درجة مئوية لبضع دقائق حتى ساعة اعتمادًا على سمك الجزء، وتحدد كثافة الوصلة المتقاطعة الصلابة النهائية. يتخطى السيليكون وبعض درجات EPDM الكبريت ويعالج باستخدام البيروكسيدات أو خطوط الهواء الساخن بالميكروويف بدلاً من ذلك، ولهذا السبب تظل صفائح السيليكون مرنة عند درجات حرارة قد تؤدي إلى تحلل المطاط المعالج بالكبريت.

كيف يصبح البوليمر الخام ورقة أو حصيرة أو حزام

ولا تصبح الوصفة منتجًا إلا من خلال الآلات، والتسلسل هو نفسه سواء كان الناتج عبارة عن حصيرة بقرة أو حزام ناقل:

1. الخلط - تقوم الخلاطات الداخلية (Banbury)، أو العجن، أو المطاحن المفتوحة ذات الدرفتين بقص البوليمر وتوزيع مواد الحشو والزيوت والمواد الكيميائية؛ تحدد درجة حرارة الخلط والطاقة مدى تجانس المركب.
2. التشكيل - الصقل يحول المركب إلى صفائح متصلة، وتشكل الطاردات مقاطع جانبية، وتضغط أجزاء القالب تحت الحرارة والضغط.
3. الفلكنة - تعمل المكابس أو الأوتوكلاف أو براميل Rotocure أو خطوط الميكروويف على تثبيت الخصائص المرنة النهائية.

تغذي المراحل بعضها البعض: الحشو سيئ التشتت لا يتعافى أبدًا عند التقويم، وتظهر فجوة غير متساوية في اللفة مرة أخرى كتغير في السُمك بعد المعالجة. ولهذا السبب تتعامل المعالجات مع الخلط والتشكيل والمعالجة كسلسلة واحدة متواصلة، ودليلنا لاختيار خلاطات المطاط، وأدوات الصقل، والمكابس يشرح منطق الاختيار خطوة بخطوة.

إذن، ما هو المطاط المصنوع؟ بوليمر - سلاسل إيزوبرين طبيعية من لاتكس الأشجار أو سلاسل صناعية من البترول - بالإضافة إلى تركيبة جرعات من العلاجات والحشوات والزيوت والمواد الحافظة، ملحومة في شبكة مرنة واحدة عن طريق الفلكنة. قم بمطابقة البوليمر مع التعرض الذي سيواجهه: NBR للزيت، EPDM للشمس والطقس، المطاط الطبيعي أو SBR للتآكل والتكلفة، السيليكون لدرجات الحرارة القصوى.

إذا كنت تقوم بشراء صفائح أو حصائر أو أحزمة، فاطلب ورقة البيانات المركبة - نوع البوليمر، وصلابة Shore A، وقوة الشد، والاستطالة - لأن هذه الأرقام، وليس كلمة "مطاط"، تتنبأ بكيفية تقادم الجزء في تطبيقك. باعتبارنا شركة مصنعة لمعدات معالجة المطاط والمنتجات المطاطية النهائية، فإننا نعمل في كل نقطة من تلك السلسلة؛ تعرف على كيفية ربط المركبات بالتطبيقات الحقيقية في حلول منتجاتنا المطاطية.