Cao su là gì? Nguyên liệu thô, cách thức sản xuất, công dụng và loại dấu

Cao su là gì và nó đến từ đâu?

Cao su là một loại polymer đàn hồi, có thể bị kéo căng, nén và biến dạng dưới tác dụng của lực và sau đó trở lại hình dạng ban đầu. Nó tồn tại ở hai dạng cơ bản: cao su tự nhiên , có nguồn gốc từ nhựa mủ của cây cao su Hevea brasiliensis và cao su tổng hợp , được sản xuất từ nguyên liệu hóa dầu thông qua quá trình trùng hợp công nghiệp. Cả hai đều có chung đặc tính cốt lõi là độ đàn hồi nhưng khác nhau về thành phần, đặc tính hiệu suất và giá thành.

Cao su tự nhiên đã được thu hoạch và sử dụng từ hàng ngàn năm nay. Các nền văn minh tiền Colombia ở Trung Mỹ đã chế tạo ra những quả bóng cao su, vải không thấm nước và giày dép từ mủ cao su từ rất lâu trước khi tiếp xúc với châu Âu. Tiềm năng của vật liệu này trong các ứng dụng công nghiệp chỉ trở nên rõ ràng vào thế kỷ 19 sau khi Charles Goodyear phát hiện ra quá trình lưu hóa vào năm 1839 - một quá trình biến mủ cao su mềm, dính thành vật liệu dẻo dai, đàn hồi được công nhận là cao su ngày nay.

Ngày nay, sản lượng cao su toàn cầu vượt quá 28 triệu tấn mỗi năm, gần như được phân chia giữa loại tự nhiên và loại tổng hợp. Thái Lan, Indonesia và Bờ Biển Ngà là những nước sản xuất cao su tự nhiên lớn nhất thế giới. Cao su tổng hợp, được phát triển lần đầu tiên trong Thế chiến thứ hai khi nguồn cung cấp cao su tự nhiên bị cắt đứt, hiện chiếm khoảng 60% tổng lượng tiêu thụ cao su trên toàn thế giới.

Nguyên liệu cao su thô: Nguồn tự nhiên và tổng hợp

Nguyên liệu thô để sản xuất cao su tự nhiên là mủ cao su - một loại hỗn dịch keo màu trắng đục được tạo ra từ vỏ cây Hevea brasiliensis cây cối. Mủ cao su có khoảng 30–40% trọng lượng là polyisoprene, lơ lửng trong nước cùng với protein, lipid và khoáng chất vi lượng. Chuỗi polymer polyisoprene là thứ mang lại cho cao su tính đàn hồi: chúng là những phân tử dài, cuộn lại, duỗi thẳng khi bị căng và đàn hồi trở lại khi được thả ra.

Cao su tổng hợp có nguồn gốc từ các monome thu được chủ yếu thông qua quá trình lọc dầu và xử lý khí tự nhiên. Các nguyên liệu cao su tổng hợp quan trọng nhất bao gồm:

• Butadien - sản phẩm phụ của quá trình sản xuất ethylene, được sử dụng để sản xuất cao su styren-butadien (SBR) và cao su polybutadien (BR), hai loại cao su tổng hợp được sản xuất rộng rãi nhất.
• Styren — kết hợp với butadien để sản xuất SBR, chiếm khoảng một nửa tổng sản lượng cao su tổng hợp và là nguyên liệu chủ yếu trong lốp xe khách.
• Isobutylen và isopren - được trùng hợp với nhau để tạo ra cao su butyl (IIR), có giá trị nhờ khả năng chống thấm đặc biệt đối với khí và được sử dụng trong lớp lót bên trong lốp xe và nút chặn dược phẩm.
• Etylen và propylene - kết hợp với monome diene để sản xuất cao su EPDM, được sử dụng rộng rãi trong tấm chống thời tiết ô tô, màng lợp và đệm kín ngoài trời.
• Acrylonitrile và butadien - được polyme hóa để tạo ra cao su nitrile (NBR), có khả năng kháng dầu, nhiên liệu và dung môi vượt trội, khiến nó trở thành vật liệu tiêu chuẩn cho ống dẫn nhiên liệu và vòng đệm dầu.
• Cloropren - polyme hóa để tạo ra cao su tổng hợp (CR), một trong những loại cao su tổng hợp sớm nhất, được biết đến với khả năng chống chịu thời tiết, ozon và các hóa chất vừa phải.

Cao su silicon chiếm một danh mục riêng - xương sống polymer của nó được chế tạo từ silicon và oxy chứ không phải carbon, khiến nó khác biệt về mặt hóa học với cả cao su tự nhiên và cao su có nguồn gốc từ dầu mỏ. Điều này mang lại cho silicon khả năng chịu nhiệt độ, khả năng tương thích sinh học và độ ổn định tia cực tím đặc biệt mà cao su chuỗi carbon không thể sánh được.

Cao su được sản xuất như thế nào: Từ nguyên liệu thô đến thành phẩm

Hành trình từ mủ cao su thô hoặc polyme tổng hợp đến sản phẩm cao su thành phẩm bao gồm nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn đều ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính của vật liệu cuối cùng.

Thu hoạch và đông tụ (Cao su thiên nhiên)

Mủ cao su được khai thác từ cây cao su bằng cách rạch một đường chéo nông xuyên qua vỏ cây. Nhựa nhỏ giọt vào cốc thu gom trong vài giờ. Mủ tươi sau đó được đông tụ - thường bằng cách thêm axit formic hoặc axetic - làm cho các hạt cao su kết tụ lại với nhau và tách ra khỏi huyết thanh dạng nước. Chất đông tụ thu được được ép, cuộn thành tấm và hun khói (để sản xuất Tấm hun khói có gân hoặc RSS) hoặc sấy khô bằng không khí nóng (để sản xuất các loại Cao su được chỉ định kỹ thuật). Những tấm cao su khô hoặc kiện cao su vụn này là dạng hàng hóa được giao dịch của cao su tự nhiên.

Hợp chất

Cao su thô - dù là tự nhiên hay tổng hợp - đều không được sử dụng nguyên trạng. Nó được kết hợp với nhiều loại phụ gia trên máy trộn bên trong (máy trộn Banbury) hoặc máy nghiền mở. Một hợp chất cao su điển hình có chứa:

• Chất lưu hóa - lưu huỳnh hoặc peroxit tạo ra liên kết chéo giữa các chuỗi polyme trong quá trình đóng rắn.
• Máy gia tốc và kích hoạt - oxit kẽm, axit stearic và các chất xúc tiến hữu cơ giúp tăng tốc và kiểm soát phản ứng lưu hóa.
• Chất độn gia cố — muội than là quan trọng nhất, làm tăng đáng kể độ bền kéo và khả năng chống mài mòn. Silica được sử dụng trong các hợp chất lốp hiệu suất cao và có lực cản lăn thấp.
• Chất hóa dẻo và dầu chế biến - cải thiện dòng chảy trong quá trình xử lý và thay đổi độ cứng và tính linh hoạt của thành phẩm.
• Chất chống oxy hóa và chất chống oxy hóa - bảo vệ cao su khỏi bị phân hủy bởi oxy, ozon, bức xạ UV và nhiệt trong suốt thời gian sử dụng.

tạo hình

Cao su hỗn hợp được tạo hình trước khi lưu hóa trong khi nó vẫn dẻo nhiệt và có thể hoạt động được. Các phương pháp tạo hình phổ biến bao gồm đúc nén (ép cao su vào khuôn đã được gia nhiệt dưới áp suất), ép phun (bơm cao su vào khuôn kín), chuyển khuôn , đùn (ép cao su qua khuôn để tạo ra các biên dạng, ống và dải) và sự lên lịch (cuộn cao su thành tấm hoặc phủ lên vải).

Lưu hóa

Lưu hóa is the chemical process that converts soft, weak rubber into the strong, elastic material used in finished products. Heat causes sulfur atoms (or peroxide radicals) to form cross-links between adjacent polymer chains, creating a three-dimensional network. The degree of cross-linking determines hardness: lightly cross-linked rubber is soft and elastic; heavily cross-linked rubber becomes hard (ebonite). Most rubber products are cured in presses, autoclaves, or continuous vulcanization lines at temperatures between 140°C and 200°C.

Cao su được sử dụng để làm gì? Danh mục sản phẩm chính

Sự kết hợp giữa tính đàn hồi, độ bền, khả năng chống thấm và cách điện của cao su khiến nó không thể thiếu trong rất nhiều ngành công nghiệp. Ứng dụng lớn nhất tính theo khối lượng là lốp xe - lốp xe khách, xe tải và xe địa hình chiếm khoảng 70% tổng lượng cao su được tiêu thụ trên toàn cầu. Ngoài lốp xe, các sản phẩm cao su còn xuất hiện ở hầu hết mọi lĩnh vực của ngành công nghiệp hiện đại và đời sống hàng ngày.

• Lốp xe và các sản phẩm liên quan đến lốp xe: Lốp xe khách, lốp xe tải, lốp xe đạp, băng tải và hợp chất đắp lại lốp cùng nhau đại diện cho việc sử dụng chủ yếu cả cao su tự nhiên và cao su SBR.
• Ống và ống: Ống làm mát ô tô, ống thủy lực, dây phanh hơi, ống làm vườn, đường dẫn nhiên liệu và ống y tế đều dựa vào tính linh hoạt và khả năng chống chất lỏng của cao su. NBR và EPDM là những vật liệu phổ biến nhất tùy thuộc vào chất lỏng được truyền tải.
• Thắt lưng: Đai truyền động, đai định thời, băng tải và đai chữ V trong máy móc công nghiệp và động cơ ô tô được làm từ hợp chất cao su gia cố, điển hình là EPDM hoặc CR với gia cố bằng dây dệt hoặc thép.
• Giày dép: Đế cao su, ủng và bao ngoài là những mặt hàng cao su được sản xuất hàng loạt đầu tiên. Cao su tự nhiên và SBR vẫn chiếm ưu thế trong giày dép, có giá trị về độ bám và khả năng chống mài mòn.
• Găng tay: Găng tay khám cao su, găng tay nitrile kháng hóa chất và găng tay công nghiệp nặng được sản xuất lần lượt từ cao su tự nhiên, NBR và cao su tổng hợp.
• Cách điện: Vỏ cáp, cách điện dây và băng keo điện sử dụng cao su để bảo vệ dây dẫn khỏi độ ẩm, mài mòn và tiếp xúc ngẫu nhiên.
• Giá đỡ chống rung: Giá đỡ động cơ, miếng đệm cách ly máy móc, vòng bi cầu và miếng đệm đường ray sử dụng vật liệu tổng hợp bánh sandwich bằng cao su tự nhiên hoặc NR/thép để hấp thụ và giảm rung.
• Y tế và dược phẩm: Nút chặn cho lọ thuốc tiêm, găng tay phẫu thuật, ống thông, vòng đo huyết áp và dụng cụ hỗ trợ chỉnh hình đều dựa vào hợp chất cao su cấp y tế.
• Hàng tiêu dùng: Dây cao su, cục tẩy, miếng đệm trong thiết bị nhà bếp, giác hút, thảm tập yoga và dụng cụ thể thao là những sản phẩm hàng ngày phụ thuộc vào độ đàn hồi và độ bám của cao su.

Con dấu cao su : Vật liệu, chủng loại và ứng dụng

Con dấu cao su là một trong những sản phẩm cao su quan trọng nhất và được chỉ định rộng rãi trong kỹ thuật. Chức năng của chúng là ngăn chặn sự di chuyển của chất lỏng, khí hoặc chất gây ô nhiễm qua khớp hoặc bề mặt - một nhiệm vụ đòi hỏi cao su phải phù hợp chặt chẽ với các bề mặt tiếp xúc, nén dưới tải và duy trì khả năng phục hồi đàn hồi qua hàng triệu chu kỳ hoặc nhiều năm tiếp xúc với tĩnh điện.

Các loại con dấu cao su phổ biến

• Vòng chữ O: Các vòng đệm hình xuyến nằm trong rãnh và được nén hướng tâm hoặc dọc trục để tạo thành một bề mặt kín không bị rò rỉ. Vòng chữ O là dạng vòng đệm được sử dụng phổ biến nhất trong hệ thống thủy lực, khí nén, hệ thống ống nước và năng lượng chất lỏng trên toàn thế giới.
• Vòng đệm: Các vòng đệm phẳng hoặc định hình được đặt giữa các bề mặt có mặt bích - khớp nối ống, đầu xi lanh, thân van - để tránh rò rỉ dưới lực kẹp bắt vít. Miếng đệm cao su thường gặp trong hệ thống nước, HVAC và đường ống xử lý.
• Phớt môi (phớt chặn trục hướng tâm): Được sử dụng để giữ lại chất bôi trơn và loại bỏ các chất gây ô nhiễm xung quanh trục quay trong hộp số, cầu trục, máy bơm và động cơ điện. Môi bịt kín duy trì tiếp xúc động với bề mặt trục.
• Màng chắn: Màng cao su dẻo ngăn cách hai khoang trong khi truyền áp suất hoặc chuyển động. Được sử dụng trong bộ điều chỉnh áp suất, máy bơm, van và bộ trợ lực phanh ô tô.
• Hồ sơ đùn và con dấu thời tiết: Các cấu hình cao su ép đùn tùy chỉnh được sử dụng để bịt kín các khoảng trống trên cửa ra vào, cửa sổ, cửa sập và vỏ bọc chống lại không khí, nước, bụi và tiếng ồn. Thường được sản xuất từ ​​EPDM hoặc cao su tổng hợp.

Lựa chọn vật liệu cho gioăng cao su

Hợp chất cao su được sử dụng trong con dấu phải phù hợp cẩn thận với môi trường sử dụng. Sử dụng vật liệu không phù hợp có thể dẫn đến sưng tấy, cứng lại, nứt hoặc hòa tan hóa học — tất cả đều gây ra hư hỏng vòng đệm và rò rỉ hệ thống có thể gây ra thảm họa.

Ngoài việc lựa chọn vật liệu, hiệu suất bịt kín còn phụ thuộc vào máy đo độ cứng (độ cứng), độ hoàn thiện bề mặt của các bộ phận giao phối, lực cản của bộ nén và sự hiện diện của chất bôi trơn hoặc lớp phủ. Đối với các ứng dụng quan trọng — hàng không vũ trụ, dưới biển, thủy lực áp suất cao — thiết kế con dấu bao gồm phân tích phần tử hữu hạn của ứng suất tiếp xúc và thử nghiệm lão hóa tăng tốc để xác minh hiệu suất trong thời gian sử dụng cần thiết.