مواد اولیه و تجهیزات صنعت لاستیک
مواد اولیه و تجهیزات صنعت لاستیک
مواد اولیه مصرفی در صنعت لاستیک مورد مصرف در صنعت تایر دامنه بسیار وسیعی از مواد طبیعی و غیر طبیعی وهمچنین آلی و غیر آلی را شامل می شود ؛ بطوریکه می توان این مواد را در ۹ گروه مختلف تقسیم بندی نمود که در این مبحث به تفصیل در مورد خواص و کاربرد های آنها بحث خواهد گردید.
انواع مواد اولیه مصرفی در صنعت تایر عبارتند از :
۱- کائوچوی طبیعی
۲- کائوچو های مصنوعی شامل انواع کائوچوهای SBR , BR , CR , IR , IIR
۳- پرکننده های سیاه( تقویت کننده ) شامل انواع مختلف دوده ها
۴- پرکننده های غیر سیاه شامل پرکننده های نیمه تقویت کننده ، غیر فعال و ارزان کننده
۵- نرم کننده ها و روانساز ها شامل انواع روغن ها و کمک فرایند ها
۶- عوامل محافظت کننده فرسودگی
۷- عوامل چسبندگی شامل عوامل چسبندگی به الیاف و سطوح فلزی
۸- سایر افزودنی ها شامل عوامل رهایش از قالب ، سخت کننده ها ، ضدمیکروب ها و…..
۹- عوامل پخت شامل گوگرد ، شتابدهنده ها ،فعال کننده ها و سیستم های پخت رزینی و پراکسیدی
۱- کائوچوی طبیعی
رابر طبیعی یا سیس ۱، ۴- پلی ایزوپرن دارای منومر اولیه سیس ۱، ۴- ایزوپرن است. این الاستومر از انعقاد شیرۀ درختان لاستیک (Heva Brasiliensis)، که اغلب در جنوب شرقی آسیا به عمل می آیند (%۸۵ لاستیک دنیا از این ناحیه تأمین می شود). قبل از سال ۱۹۳۰ لاستیک طبیعی تنها لاستیک مورد مصرف تجاری بود. رنگهای دلخواه می تواند با ترکیب رنگدانه های مناسب (به عنوان مثال، قرمز: اکسید آهن، سیاه: کربن، سیاه و سفید: اکسید روی) حاصل شود. امروزه یک سوم کل الاستومر مصرفی را این لاستیک تشکیل می دهد که دو سوم آن در تولید تایر به کار می رود. درصد مصرفی فوق احتمالاً
در آینده ای قابل پیش بینی کاهش عمده ای نخواهد داشت چون لاستیک طبیعی نسبت به سایر لاستیکهای مصنوعی از یک سری مزایای بی نظیر برخوردار است. یکی از این مزایا چسبندگی ساختاری فوق العاده آن نسبت به سایر لاستیکهای مصنوعی می باشد. این کیفیت چسبندگی لاستیک طبیعی در ساخت محصولات لاستیکی مختلف از اجزاء لاستیکی پخت نشده ضروری می باشد. دومین مزیت آن است که لاستیک طبیعی یکی از چند الاستومری است که موقع کشیده شدن متبلور می گردد ( در هنگام رهایش مانند بسیاری از الاستومرها حالت آمورف زیادی دارد). این خاصیت باعث می شود آمیزه های صمغی لاستیک،استحکام کششی خوبی را داشته باشد (آمیزه های بدون دوده و یا پر کننده). اکثر الاستومرها مثلSBR باید در آمیزه خود دوده داشته باشد تا استحکام کششی و ماجولس قابل قبولی پیدا کنند.
سومین ویژگی مهم لاستیک طبیعی نسبت به الاستومرهای دیگر داشتن خواص دینامیکی فوق العاده است، چون در حالت پخت شده خاصیت ارتجاعی بسیار زیادی دارد. به خاطر داشتن خاصیت ارتجاعی بسیار زیاد، در سیکل تنشهای تغییر شکلی، انرژی جنبشی به صورت حرارتی کمتر هدر می رود. در نتیجه، محصولاتی که تحت سیکلهای تغییر شکل ثابت قرار می گیرند ( مانند تایرها ) حرارت کمتری ایجاد می کنند. و محصولاتی که تحت شرایط دینامیکی فوق از لاستیک طبیعی ساخته می شوند در مقایسه با محصولات ساخته شده از لاستیکهای مصنوعی احتمال کمتری برای شکسته شدن دارند.
البته لاستیک طبیعی معایب مهمی نیز دارد. یکی از این معایب آن است که لاستیک طبیعی ذاتاً خواص فرسودگی ضعیفی دارد. بر اثر حرارت، عوامل محیطی و حمله ازن فرسوده می شود. آمیزۀ لاستیک طبیعی در اثر فرسوده شدن نرم گشته و ترک بر می دارد. باید یک ضد تخریب قوی برای آن به کار برد. در برابر حمله روغن نیز مقاومت ضعیفی دارد.
بطور کلی، رابرهای طبیعی از نظر شیمیایی در مقابل اسیدهای معدنی رقیق، قلیا و نمکها مقاوم هستند. رابر طبیعی، براحتی توسط مواد شیمیایی اکسید کننده، اکسیژن اتمسفری، ازن، روغن ها، بنزن واستن ها مورد حمله قرار گرفته وغالباً دارای مقاومت شیمیایی کم در مقابل نفت و مشتقات آن و بسیاری مواد شیمیایی آلی هستند، بطوری که در معرض آنها نرم می شوند. علاوه بر این، در مقابل تابش اشعه UV (به عنوان مثال، قرار گرفتن در معرض نور خورشید) بسیار حساس هستند. در مجموع این ماده برای کاربردهایی که به مقاومت سایشی، مقاومت الکتریکی و خواص جذب ضربه یا ارتعاش نیاز دارند، بسیار مناسب است. با وجود این، به واسطه محدودیت مکانیکی رابر طبیعی، و همچنین بسیاری رابرهای مصنوعی، توسط ولکانیزاسیون و ترکیب با افزودنیهای دیگر این مواد به محصولات پایدارتر و سخت تر تبدیل می شوند. فرآیند ولکانیزاسیون شامل اختلاط رابر طبیعی یا مصنوعی خام با ۲۵ درصد وزنی سولفور و حرارت مخلوط در ۱۵۰ درجه سانتیگراد است. مواد رابر حاصله به واسطه واکنش های زنجیری بین رشته های کربن مجاور به مراتب سخت تر و قوی تر از مواد اولیه هستند.
کشت درخت کائــوچو:
درخت هوآ برازیلینسیس معمولاً تا حدود ۲۰ متر رشد می کند. در کشت این درخت معمولاً از خاکهای اسیدی و شنی بیشتر از خاکهایی که از نظر مواد آلی و معدنی غنی هستند،استفاده می شود. آب و هوای گرم و توام با بارندگی و درجه حرارت ۷۰ تا ۹۵ درجه فارنهایت برای رشد این درخت مناسب تر می باشد. نهال های جوان این درخت برای اولین سال در گلخانه رشد
داده شده و سپس در داخل مزرعه در ردیفهای منظمی (معمولاً تعدادی بین ۱۰۰ تا ۱۵۰ درخت در هر جریب زمین) کاشته می شوند.حدوداً بعد از ۷ سال می توان از این درخت شیرابه گرفت، ولی امروزه با رشد تکنولوژی “به زراعی” نه تنها این زمان به ۵ سال کاهش یافته است، بلکه مقدار شیرابه حاصله را نیز با به کار بردن هورمونهای گیاهی افزایش داده اند. از نظر تجربی، وقتی قطر درخت در فاصله ۲ فوتی از سطح زمین به ۲۲ اینچ برسد، درخت برای شیرابه گیری آماده می باشد. معمولاً در این زمان، بلندی درخت به ۳۰ فوت خواهد رسید.
هشت نوع کائوچو از شیرابه درخت هوا حاصل می شود که مهمترین انواع آنها عبارتند از ورقه های دودی آج دار و کرپ های کم رنگ و قهوه ای. اما جدیدترین طرح طبقه بندی بر اساس میزان ناخالصی کائوچو می باشد که با درصد بیان می شود بعنوان
مثال SMR5 دارای ۰۵/۰ درصد ناخالصی بوده و SMR20 دارای ۲/۰ درصد ناخالصی می باشد . در ثبت مشخصات این گونه کائوچو ها پارامتر های دیگر مانند خاکستر، نیتروژن، مواد فرار و شاخص ابقای پلاستیسیته نیز در نظر گرفته می شود .
۲- کائوچو های مصنوعی
۲-۱ کائوچوی بوتادین رابر (BR – CIS)
نام های دیگر:سیس ۱و۴ ـ پلی بوتادین Cis-1,4-Polybutadiene Rubber، دی ان Diene، اَمریپل Ameripol، تاکتین Taktene، یوروپرن سیس Europrene Cis، بونا سی بی Buna CB
تاریخچه و چگونگی تولید:
پلی بوتادین جزء اولین الاستومرها یا لاستیک هایی بود که اختراع شد، ۷۰% از پلی بوتادین تولیدی، برای ساخت لاستیک و تایر استفاده می شود و ۲۵% تا ۳۰% از آن به عنوان افزودنی به لاستیک های دیگر اضافه می شود تا استحکام مکانیکی آنها را بهبود بخشد.
تولید سالیانه این پلیمر در سال ۱۳۸۰ بیش از ۲٫۱ میلیون تن بود که از لحاظ تناژ مصرف در بین لاستیک ها، بعد از لاستیک استایرن بوتادین SBR یا Styrene Butadiene Rubber در رتبه دوم قرار دارد.
پلی بوتادین برای اولین بار در سال ۱۹۱۰ توسط یک دانشمند روسی به نام سرگئی واسیلیویچ لِبِدِو Sergei Vasilyevich Lebedev پلیمریزه شد، او در سال ۱۹۲۶ فرآیندی را برای تولید بوتادین از اتانول اختراع کرد و در سال ۱۹۲۸ توانست برای توسعه تولید پلی بوتادین از سدیم به عنوان یک کاتالیزور استفاده کند. با توجه به این کشف، کشور اتحادیه جماهیر شوروی اولین کشوری بود که در اواخر سال ۱۹۳۰ موفق به تولید صنعتی این پلیمر گردید. از جمله کشورهایی که به تحقیق و توسعه تولید پلی بوتادین کمک بسیاری کردند آلمان و آمریکا بودند. پس از جنگ جهانی دوم در اواسط دهه ۱۹۵۰ پیشرفت های عمده ای که در زمینه کاتالیزور به خصوص تولید کاتالیزور زیگلر ناتا صورت گرفت منجر به تولید انواع جدید و بهبود یافته اغلب پلیمرها از جمله پلی بوتادین شد.
برای بدست آوردن خواص مطلوب، لاستیک پلی بوتادین به صورت آلیاژ با لاستیک طبیعی و استایرن برای تولید SBR و HIPS و اکریلو نیتریل برای تولید ABS مصرف می شود و در این صورت از مقاومت سایشی و جهندگی بالایی برخوردار می شود.
خواص:لاستیک پلی بوتادین در برابر سائیدگی و ترک خوردگی بسیار مقاوم و بسیار بادوام است. مقاومت در برابر سایش، حرارت زایی کم و داغ نکردن تحت تنش های دینامیکی و ثابت، ترک نخوردن، انعطاف پذیری در دمای پایین، مقاومت خوب در برابر اسید ها، باز ها، الکل ها و حلال های اکسیژنه و …
کاربرد: بیشترین کاربرد آن در ساخت لاستیک های اتومبیل های سواری، کامیون و اتومبیل های مسابقه است همچنین آج تایر نیز از کوپلیمرهای پلی بوتادین می باشد، ساخت کفش، تسمه و نوار نقاله، اسفنج های لاستیکی، شیلنگ و واشر، توپ گلف .
۲-۲ الاستومراستایرن بوتادین رابر[CH 2– CH=CH – CH2] [CH2 – CH] (SBR)
رابر استایرن بوتادین (SBR)، یک کوپلیمر از استایرن و بوتادین است. این رابر تحت نام تجاری Buna S شناخته شده است. اگر این الاستومری « همه منظوره» نامیده می شود احتمالاً SBR در مقابل سایر لاستیکها به این تعریف نزدیک تر است. الاستومر امروزه در دنیا بالاترین میزان مصرف را دارد. در مقایسه با سایر الاستومرها این لاستیک نسبتاً ارزان بوده و به مقدار زیاد مصرف می شود. مقاومت شیمیایی آن مشابه رابر طبیعی است و دارای مقاومت پایین در مقابل اکسید کننده ها، هیدروکربن ها و روغن های معدنی است. از این رو از نظر شیمیایی مزیت خاصی نسبت به دیگر رابرها ندارد
این رابر در تایر اتومبیل، تسمه ها، واشرها، لوله های خرطومی و دیگر محصولات متنوع استفاده می شود. SBR به تنهایی استحکام کششی ضعیفی دارد، با این وجود وقتی با دوده و روغن به طور مؤثر آمیزه کاری شود خواص فیزیکی آن بسیار بهبود می یابد. SBR به طور معمول ۲۳درصد پیوند کربنی استایرنی دارد، ولی میزان آن می تواند از ۲۰ تا ۵۰ درصد باشد هر چه میزان استایرن افزایش پیدا کند خاصیت ارتجاعی آن کاهش می یابد.
باید توجه داشت که اساساً دو نوع پلیمریزاسیون امولسیون برای SBR وجود دارد. یک نوع با عنوان داغ و نوع دیگر با عنوان سرد مشخص می شوند. SBR داغ با پلیمریزاسیون امولسیون رادیکال آزاد در ۵۰ درجه سانتیگراد بدست می آید،
در صورتی که نوع سرد آن از پلیمریزاسیون امولسیون در ۵ درجه سانتیگراد و با استفاده از یک سیستم شروع کننده رادیکال آزاد بسیار فعال حاصل می شود. SBR داغ در جریان جنگ جهانی دوم توسعه پیدا کرد ولی پس از جنگ در سال ۱۹۵۴ SBR سرد به عنوان محصولی اصلاح شده معرفی گردید. SBR سرد مقاومت سایشی و پارگی بهتر و نیز استحکام کششی و ماجولس بالاتری از SBR داغ نشان می دهد. در بعضی موارد به خاطر جرم مولکولی زیاد تر فرآیند آن مشکل می شود. لذا SBR سرد معمولاً در ابتدا به فرم batch منبسط شده با روغن ساخته می شود ( روغن قبل از انعقاد به لاتکس اضافه می شود ) تا به فرآورش بعدی در کارخانه کمک کند. بعضی مواقع دوده نیز به صورت دوغاب قبل از انعقاد به آن افزوده می شود.
انستیتو بین المللی تولید کنندگان لاستیک مصنوعی، SBR را با عناوین زیر مشخص می کند:
۱۰۰۰ : پلیمر داغ
۱۱۰۰ : پلیمر داغ حاوی دوده و پیمانه اصلی
۱۵۰۰: پلیمر سرد
۱۶۰۰: پلیمر سرد حاوی دوده در پیمانه اصلی
۱۷۰۰: پلیمر سرد حاوی روغن در پیمانه اصلی
۱۸۰۰: پلیمر سرد حاوی روغن و دوده در پیمانه اصلی
نوع سوم SBR که امروزه مصرف می شود معمولا از فرآیند پلیمریزاسیون محلول و با استفاده از کاتالیزور آلکیل لیتیوم بدست می آید. این نوع در دهه ۱۹۶۰ به بازار آمد ولی بخاطر گرانتر بودن، مصرف بسیار محدودی دارد.با این وجود SBR حاصل از فرآیند محلول نسبت به SBR حاصل از فرایند امولسیون مزایایی دارد.اولاً این نوع، میزان وینیل با آرایش سیس بسیار بیشتری دارد.( در SBR امولسیونی، میزان آرایش سیس معمولا بین ۸ تا ۱۵درصد می باشد).ثانیا توزیع جرم مولکولی این نوع بسیار باریکتر از SBR امولسیونی نوع داغ و سرد می باشد.از این رو خواص فیزیکی ممتازی دارد،ولی SBR امولسیونی در هنگام آسیاب کردن بهتر فرآیند می شود.SBR حاصل از فرآیند محلول، واحد های استایرن و بوتادین را به صورت رندم در خود دارد و می تواند در تایر مصرف گردد، ولی SBR حاصل از فرآیند محلول به صورت بلوک چنین نیست.SBR حاصل از فرآیند محلول و به صورت بلوک معمولا در قالبگیری تزریقی و چسب مصرف می گردد
پرکننده های سیاه
کاربرد دوده در آمیزه های الاستومری به بیش از ۱۰۰ سال قبل بر می گردد. دوده ها ازجمله محصولات تکنیکی با مقیاس تولید خیلی بالاست این موقعیت دوده ها مرهون خواص تقویت کنندگی آنها روی آمیزه های لاستیکی است که اساس تولید تایر ها و صنعت لاستیک امروز جهان را تشکیل می دهند. به دلیل تقویت کنندگی منحصر بفرد دوده ها ، امکان اینکه آنها را بتوان با سایر مواد کاملاٌ تعویض کرد وجود ندارد.
مطابق فرایند تولید ، دوده ها را به سه گروه مختلف تقسیم بندی نمودند :
فرایند کوره ای :دوده از طریق تجزیه حرارتی بخار روغن تشکیل می گردد. دوده های حاصل دارای خواص فرایند پذیری و و لکانش مناسبی هستند – بیشترین کاربرد در صنعت لاستیک دارند
دوده های حرارتی :از گاز طبیعی در محفظه پیش حرارت داده شده بدون هوا تولید می شوند این دوده ها غیر فعال هستند و خواص آمیزه را خیلی کم بهبود می دهند.
دوده های کانالی :این دوده ها بیشتر از سایر دوده ها اسیدی هستند بنابراین باعث تاخیر ولکانش می شوند و از طریق احتراق جزئی هیدروکربن های گازی تولید می شوند
سایر دوده ها:دوده های استیلی، دوده های شعله ایی و دوده های تولید شده در قوس الکتریکی
۳-۱ ) اثر دوده بر خواص فرایند ی آمیزه
۱- اثر دوده بر فرایند اختلاط : بدلیل اینکه دوده و سایر عوامل افزودنی باید با رابر مخلوط شوند زمان اختلاط و میزان انرژی مصرفی عوامل مهمی در تعیین قیمت محصول نهایی ست. بنابراین سرعت اختلاط دوده با رابر جزء مسائل مهم تکنولوژی است . دو عامل باید مد نظر قرار گیرد یکی مقدار دوده آزاد که باید مخلوط گردد و دیگری توده هایی که باید در رابر توزیع شود تا سطح کافی جهت تماس بین پرکننده و رابر فراهم شود.
درجه فشردگی ذرات دوده مهم ترین عامل تعیین کننده سرعت پخش دوده در رابر می باشد بطور کلی تحت هر شرایطی در توزیع پر کننده ها موارد زیر مشاهده می شود
۱-۱ ) هرچه ذرات ریز تر باشند پراکنش مشکل تر است
۱ -۲) پخش دوده های کانالی از کوره ای مشکل تر است
۱-۳) دوده ها با ساختمان بالا هر چند آرامتر مخلوط می شوند اما به میزان بیشتری پراکنده می شوند
۱-۴) وجود روغن سرعت پراکنش دوده را کاهش می دهد
هر چقدر میزان دوده بیشتر، ذرات دوده کوچکتر و ساختمان آن بالاتر باشد نیروی بیشتری جهت اختلاط لازم است Mvبا افزایش میزان دوده و همچنین ساختمان دوده افزایش می یابد
۳-۲ ) اثر دوده بر خواص فیزیکی و مکانیکی محصولات لاستیکی
انتخاب نوع مناسبی از دوده توسط دو مشخصه مهم یعنی سطح و ساختمان تعیین می گردد . بطور کلی هراندازه سطح دوده بیشتر باشد؛ قدرت کششی، مقاومت در برابر پارگی ، سایش و خستگی تقویت می گردد اما از طرفی حرارت زایی زیاد تر می شود و ساختمان دوده به هنگام فرایند آمیزه حائز اهمیت است مانند دیسپرژن و اکستروژن پذیری.
۱- اثر دوده بر سختی :افزایش میزان دوده ،افزایش سطح و ساختمان باعث افزایش سختی می شود. شدت افزایش به نوع کائوچوها نیز بستگی دارد در شرایط مشابه رابرهای کریستالی افزایش بیشتری نسبت به رابرهای غیر کریستالی دارند.
۲- اثر دوده بر قدرت کششی انواع دوده هایی که دارای ساختمان پایین و سطح زیاد می باشند در درصد های بهینه بیشترین قدرت کششی را فراهم می آورند و با افزایش دوده از میزان بهینه مقدار آن کاهش می یابد
۳- اثر دوده بر مدولوسافزایش درصد دوده و همچنین بالا رفتن ساختمان دوده باعث افزایش مدولوس می شود
۴- اثر دوده بر ازدیاد طول در نقطه پارگی با افزایش ساختمان دوده و نیز میزان دوده در آمیزه لاستیکی درصد ازدیاد طول کاهش می یابد.
۵- اثر دوده بر جهندگیبا افزایش درصد دوده در آمیزه و یا افزایش سطح آن ،جهندگی کاهش می یابد .در این حالت ساختمان دوده در درجه دوم اهمیت است در هنگامی که سطح ثابت باشد افزایش ساختمان میزان جهندگی را کاهش می دهد.
اثر دوده بر قابلیت هدایت الکتریکی و حرارتیافزایش میزان دوده به همراه پخش مناسب آن هدایت الکتریکی را افزایش می دهد.
۴-پرکننده های غیر سیاه:
فیلر های روشن با فعالیت بالا به طور شیمیایی سیلیکاها می باشند .مهمترین آنها در صنعت لاستیک از طریق فرایند رسوبی ساخته می شوند. فیلر های سیلیکایی با فعالیت بالا از اسید های سیلیسیک بدست می آیند. اما کلسیم سیلیکاتها کمتر فعال می باشند اما آسان تر فرایند می شوند مانند دوده ها در این مورد نیز برای توصیف صفات اختصاصی ذرات .اندازه تکی ذرات و مساحت ویژه آنها مورد استفاده قرار می گیرد ذرات اولیه و ذرات ثانویه اینجا هم مطرح است .
همه پرکننده های سیلیکایی دارای ویژگی سطحی شدیداٌ قطبی هستند که مراکز آنها اغلب گروه های هیدروکسیل متصل شده به سیلیکون می باشند. فعالیت سطحی باعث جذب مواد خارجی روی سطوح فیلر می شود تا که سطوح کاملا ٌاشباع شود . همه فیلر های سیلیکاهای رسوبی و سلیکات در فرایند تولید دارای یک مقدار مشخص آب می باشند که چون بر فرایند ولکانش اثر دارد کنترل آن مهم می باشد. با افزایش درصدآب زمان بخش فیلر در داخل رابر طولانی تر می شود . و با سیستم پخت گوگردی زمان اسکورچ افزایش می یابد و رنگ آمیزه شفاف روشن تر می شود و روی خواص فرایند آمیزه نیز نقش دارد.
سلیکای خالص، نماینده فیلر های فعال می باشد با مساحت سطح ویژه بالا، محصول ولکانیزه شده حاصل در مقایسه با دوده های تقویت کننده استحکام کششی و مقاومت پارگی تقریبا معادل نشان می دهد اما مقاومت سایشی تا حدود ۲۰ %کاهش می یابد مقدار سختی نیز کمتر است. سلیکاها بدلیل مساحت سطح بزرگشان آمیزه های با ویسکوزیته بالا بدست می دهند که فرایند پذیری را مشکل تر می کند. این امر بوسیله مصرف فعال کننده های فیلر (سیلان ها )تعدیل می شود.
فیلر های سیاه غیر فعال:
در زمره فیلر های رنگ روشن غیر فعال کربنات کلسیم و کائولین در مقادیر زیاد برای ارزان کردن آمیزه های با رنگ روشن و همین طور آمیزه های حاوی دوده استفاده می شوند
کربنات کلسیم بصورت شسته شده و رسوبی یک فیلر مهم بحساب می آید که در شرایط خاص نمونه رسوبی آن می تواند نیمه تقویت کننده باشد.
کائولین: بعضی از گونه های آن غیر فعال بوده مانند کائولن Gیا خاک چینی China Clayو بعضی از گونه های آن نیمه فعال می باشند مانند Dixie Clay
اکسید روی : انواع ZnOبطور قابل توجهی فعالیت های متفاوتی دارند . البته ZnOبیشتر به عنوان فعال کننده سیستم پخت به کار می رود. البته در لاستیک های ولکانیزه شده خیلی الاستیک با سختی بالا (فنر های لاستیکی )به عنوان فیلر فعال استفاده می شود .
تالک: یک فیلر غیر فعال است و خواص آمیزه را تضعیف می کند .
پودرلاستیک : در کنار فیلر هایی که در این بخش مورد بررسی قرار گرفت محصولات دیگر مانند پودر لاستیک که از ضایعات رابر ولکانیزه شده بدست می آیند نیز به مرور مصرف آن افزایش می یابد که بدلیل غیر فعال بودن باعث افت خواص می گردد. اما از نظر ملاحظات زیست محیطی بسیار مورد توجه قرار گرفته است .
۵- نرم کننده ها و روانسازها:
در کنار فیلر ها ، پلاستی سایزر ها بزرگترین نقش کمی را در ساختمان یک آمیزه لاستیکی ایفا می کنند.
دلایل مصرف پلاستی سایزرها عبارتند از:
کاهش میزان مصرف الاستومر به واسطه مصرف بالای دوده
بهبود در جریان یابی آمیزه و صرفه جویی در مصرف انرژی
بهبود بخش فیلر در آمیزه
بهبود در فرایند پذیری و چسبندگی آمیزه
تاثیر روی خواص فیزیکی و مکانیکی آمیزه بخصوص ازدیاد طول و الاستیسیته
طبقه بندی پلاستی سایزرها
روغن های معدنی بیشتر برای رابر های مصنوعی استفاده می شود
محصولات طبیعی شامل اسید های چرب روغن های نباتی، چسب و زرین به منظور بهبود خواص فرایند پذیری و چسبندگی و توزیع فیلر بکار می رود
پلاستی سایزرها ی مصنوعی با میزان بسیار کم جهت بهبود انعطاف پذیری ،افزایش قابلیت الاستیک
رابر های مصنوعی برای فرایند شدن از NR سخت ترند و چسبندگی کمتری نیز دارند به همین دلیل به پلاستی سایز بیشتر نیاز دارند
اثر متقابل پلاستی سایزرکائوچو:
براین اساس دو گروه پلاستی سایزر داریم
پلاستی سایزر اولیه :که در کائوچو ها حل می شوند این گروه به حرکت ماکرو مایکرو براونی زنجیر های پلیمر و از آنجا که پلاستی سایزر کائوچو را متورم می کنند به موجب آن به کاهش ویسکوزیته کمک می کند
بنابر این ویسکوزیته ی آمیزه ی لاستیکی ولکانیزه نشده را بطور قابل توجهی کاهش می دهند .خواص الاستیکی مناسب و سختی پایین ایجاد می کند ؛ از نظر قطبیت باید سازگاری داشته باشد
۲-پلاستی سایزر ثانویه: این پلاستی سایزر ها خیلی کم یا اصلا در رابر حل نمی شوند آنها به عنوان روان کننده ها بین زنجیر های ملکول های رابر عمل می کند آنها هیچ گونه اثر ظاهری روی ویسکوزیته آمیزه ندارند قابلیت شکل دهی آن را بهبود می بخشند روغن های معدنی – پارافین از این جمله هستند . باید توجه داشت این مواد در مقادیر کم بطور سریع به سطح مهاجرت می کند و به همین جهت چسبندگی آمیزه های لاستیکی را کم می کند
۵-۱ ) انواع پلاستی سایزرها
۱-پلاستی سایزر بر پایه روغن – روغن های معدنی – پارافین و کورزین –رزین های کومارون
۲-اسید های چرب و مشتقات آنها
۳-چربی ها حیوانی و گیاهی
۴-پلاستی سایزرهای مصنوعی
* پلاستی سایز رهای با پایه روغن
– روغن های معدنی :از نظر کمی با داشتن قیمت کم و سازگاری شان با شمار زیادی از انواع الاستومرها از اهمیت بالای برخوردارند :انواع هیدروکربن های آروماتیک، نفتنیک، پارافنیک با یکدیگر فرق می کنند برای شناسایی تفاوت آنها از ثابت و یسکوزیته – دانسیته VDKو هم چنین ضریب شکست استفاده می شود .
– پارافین ها وکورزین ها: هیدروکربن های پارافینی بدون شاخه با طول زنجیر ۱۷ کربن و بیشتر به شکل جامد است. پارافین با ۱۷ تا ۳۰ کربن دارای نقطه ذوب ۵۲ تا ۶۲ درجه سانتیگراد و پارافین های با وزن ملوکولی بالاتر و با ۴۰ تا ۷۰ اتم کربن دارای نقطه ذوب ۸۰ تا ۱۰۵ درجه سانتیگراد پارافین های شاخه ای با وزن مولکولی معادل نسبت به انواع معمولی (خطی) نرم تر و دارای قابلیت انعطاف پذیری بیشتری می باشد و همچنین حالت پلاستیک آنها بیشتر و نقطه انجماد آنها نیز کمتر است
– رزین های کومارون و ایندینپلاستی سایز رها و چسبناک کننده های بسیار مفیدی برای NRوSRکه با Phr 5/1 در آمیزه قابل استفاده هستند
* اسید های چرب و مشتقات آنها
این مواد در مقادیر کم بعنوان فعال کننده پخت استفاده می شود. بکار گیری مقادیر زیاد این مواد اثر پلاستی سایزری روی آمیزه دارد اما روی چسبندگی خام اثر منفی دارند. در کنار اسید های چرب، نمک های فلزی اسید های چرب نقش مهمی را بعنوان کمک فرایند ایفا می کنند (بخصوص صابون های روی)در مقایسه با اسید های چرب نمک هایشان بدلیل قابلیت حل شدن و بالاتر بودن مهاجرت به سطح می توانند عملکرد بهتری داشته باشند. اینها جدا از اینکه جزء روان ساز های عالی هستند تولید آمیزه و فرایند های بعدی آن را بهبود و تسهیل می نمایند همچنین دمای آمیزه در حین اختلاط و مراحل بعدی (اکستروژن و کلندرینگ)را کاهش می دهد و در مصرف انرژی صرفه جویی می کنند. استئارات روی ، صابون های سدیم و پتاسیم و کلسیم از این دسته به حساب می آیند.
* چربی های حیوانی و گیاهی
بسیاری از آنها ویسکوزیته حین فرایند را کم کرده و جذب دوده را بهبود می بخشند روزینها (قطران کاج) برای NRپلاستی سایزر مفیدی است – مشتقات اسید آبیتیک ،علاوه پلاستی سایزری چسبندگی خام را برهای مصنوعی را نیز افزایش می دهند
* پلاستی سایزرهای مصنوعی
این مواد بدلیل قیمت بالای خود نسبت به روغن های معدنی در مقادیر کمتری مورد استفاده قرار می گیرند. بدلیل امکان ایجاد تنوع در ترکیبات آنها و همچنین عملکرد ویژه و اصلاح شده آنها تعداد این ترکیبات خیلی زیاد است . این مواد اغلب برای الاستومر های قطبی مانند NBR و CR که امتزاج پذیری مناسبی با روغن های معدنی غیر قطبی ندارند بکار می روند. بر روی زمان ایمنی آمیزه اثری ندارند اما به علت پایین آوردن ویسکوزیته آمیزه باعث بهبود چسبندگی در آمیزه خام و رفتار اکستروژنی آمیزه می گردند و همچنین جهندگی و انعطاف پذیری محصول در دمای پایین بهتر میشود.
انواع پلاستی سایزر های مصنوعی عبارتند از :
۱- پلاستی سایزر های اتری مانند دی بنزیل اتر و تیو اتر ها
۲- پلاستی سایزر های استری مانند دی بیوتیل و دی اکتیل فتالات (DOP , DBP )
۳- هیدرو کربن های کلره شده مانند پارافین ها و نفتالین ها.
۶- محافظت کننده های فرسودگی:
۶-۱ ) عوامل محافظت کننده از فرسودگی خستگی و حمله اوزونی
۶-۲) عوامل محافظت کننده در برابر فرسودگی حرارتی
۶-۳) عوامل محافظت کننده در برابر اثرات ترک خوردن و سفید و بور شدن
۶-۴) عوامل محافظت کننده در برابر فرسودگی ناشی از بخار
فرسودگی (aging) یک اصطلاح کلی برای تغییراتی است که در خواص مواد در طی مدت نگهداریهای طولانی مدت و بدون تاثیر مواد شیمیایی رخ می دهد و سبب می شود مواد بطور جزئی و یا بطور کامل تخریب گردند. لاستیک ها( خام و پخت شده ) بطور ویژه در برابر این اثرات مستعد هستند. در رابر های دی انی هرچند گروههای غیر اشباع با گوگرد پخت می شوند اما همزمان نسبت به اکسیژن ، اوزون و سایر مواد فعال حساسیت نشان می دهند.
فرسودگی اکسیژنی : واکنش هایی که در معرض اکسیژن قرار می گیرند واکنش های زنجیره ای هستند و اثرات آنها با توجه به نوع الاستومر به شرح زیر می باشد.
الف ) سبب شکست زنجیره های پلیمری می شود و شبکه های مولکولی را سست می کند( تخریب و نرم شدگی ) این موردبرای الاستومر های NR , IR و IIR رخ می دهد
ب ) سبب ایجاد پیوند عرضی می شود که دانسیته اتصالات عرضی را زیاد می کند( حلقوی شدن و سخت شدن ) این مورد برای الاستومر های SBR , NBR , CR و EPDM رخ می دهد
پ ) بطور شیمیایی با زنجیره های پلیمری پیوند مولکولی برقرار می کند ( بدون اثر ) این مورد برای الاستومر EPDM رخ می دهد.
اکسیداسیون تسریع شده در حضور ترکیبات فلزی : بیشتر ترکیبات فلزات سنگین مانند مس و منگنز دارای واکنش کاتالیزوری روی اکسیداسیون آمیزههای رابری هستند بویژه اگر مقادیری از منگنز و مس در NR وجود داشته باشد. از این رو به این مواد سم الاستومر NR گفته می شود . اما حساسیت کائوچو های مصنوعی نسبت به آن بسیار کم می باشد .
فرسودگی حرارتی در غیاب اکسیژن :در حضور حرارت و غیاب اکسیژن واکنش های مختلفی می تواند روی دهد مانند فرسودگی در بخار و یا غوطه ور شدن در روغن که تغییرات زیر در آمیزه مشاهده می شود.
الف ) تجزیه حرارتی اتصالات عرضی و هیدرولیز شدن ساختار های حساس به آب ( نرم شدن )
ب ) استمرار تشکیل شبکه اتصال های عرضی داخل مولکولها و بین مولکول ها( سخت شدن )
پ ) جابجایی اتصالات عرضی بدون تغییر در کل آنها
خستگی : هنگامی که لاستیک برای مدت طولانی در معرض تغییرات تنش های مکانیکی قرار می گیرد، ترک هایی به آهستگی در سطح آن گسترش پیدا می کند و تا وقتی که منجر به شکست کامل محصول شوند رشد می کنند. این ترک ها عمود بر جهت تنش های وارد شده رشد می کنند. در NR این ترک ها سریع تشکیل می شوند و به کندی رشد می کننداما در SBR شروع کندتری برای ترک ها مشاهده می شود ولی رشد سریعتری دارند. افزایش دما و فرکانس تغییرات باعث تسریع در آن می شود ( ترک تحت کشش دینامیکی ).
تشکیل ترک اوزونی : هنگامی که رابر ولکانیزه شده شامل پیوند دوگانه در شرایط جوی در معرض یک فرایند افزایش طول استاتیک قرار بگیرد. ترک هایی عمود برجهت کشش وارد شده به کندی در سطح آن ظاهر می شود و به کندی نیز رشد می کند و در نهایت منجر به شکست آمیزه می شود. وجود مقدار کمی ازون در اتمسفر علت پیدایش این پدیده به حساب می آید.
نکته : بدون کشش این پدیده مشاهده نمی شود بلکه یک کشش بحرانی و زیاد لازم است. این کشش در NR کمتر از ۱۰ درصد طول اولیه می باشد. با افزایش میزان کشش تعداد ترک هابه سرعت افزایش می یابد. سرعت تشکیل شدیداٌ به دما و رطوبت بستگی دارد . الاستومر های کاملاٌ اشباع در مقابل حملات اوزون مقاوم هستند.
اثر خراش ویا شکاف برداشتن : این اثر فقط در لاستیک های ولکانیزه شده با رنگ روشن ( بدون دوده ) دیده می شود و عبارتست از ترک های ریز و بهم متصل بدون جهت مشخص که در آمیزه های که بدون اعمال کشش به مدت طولانی در معرض نورخورشید قرار بگیرد ایجاد می شود. قطعات ساخته شده با دوده چون تشعشع با انرژی بالا را جذب می کنند، این اثر را نشان نمی دهند.
پدیده یخ زدگی : این اثر بصورت تیره شدن سطح شفاف لاستیک ظاهر می شود و بواسطه اثر گرما، رطوبت و اتمسفر حاوی اوزون روی سطح لاستیک های ولکانیزه شده دارای فیلر های روشن مشاهده می شود. مکانیزم انجام این فرایند بطور روشن مشخص نمی باشد.
۶-۱)مشاهدات کلی و طبقه بندی محافظت کننده های فرسودگی
پلیمر های دی انی بطور قابل توجه ای بیشتر از پلیمر های اشباع شده بوسیله یک و یا ترکیبی از عوامل تخریب کننده مورد حمله قرار می گیرند . همچنین سیستم ایجاد اتصالات عرضی نیز دارای اثر قابل توجهی روی استحکام حرارتی و فرسودگی رابر ها می باشد .سیستم پخت موثر و عوامل اتصال عرضی بدون گوگرد دارای اثرات قوی تری هستند .
محافظت کننده های با حفاظت در مقابل حمله اوزون و خستگی
مهمترین ترکیبات موثر برای محافظت از حمله اوزونی و نیز خستگی تحت تنش استاتیک و دینامیکی ، پارافنیلن دی آمین های نیتروژن دار می باشد که انرژی بحرانی برای ایجاد ترک های استاتیک را افزایش می دهند و همچنین رشد ترک تحت تنش استاتیک و دینامیک را کنترل و کند تر می کند.
6PPD بخاطر بزرگتر بودن گروههای آلکیل نسبت به IPPD کمتر و کند تر به سطح مهاجرت می کند؛ بهمین دلیل اثر آن با IPPD متفاوت است و مدت طولانی تری اثر می کند . البته سرعت مهاجرت به ماهیت الاستومر ( قطبی و غیر قطبی بودن ) نیز بستگی دارد. در NBR قطبی مهاجرت کمتر از NR و SBR است.
آنتی اکسیدانت های رنگبر با حفاظت در مقابل خستگی بدون حفاظت در برابر اوزون
پر مصرف ترین آنها شامل مشتقات اکتیله شده (ODPA) ، استایرینه شده (SDPA) و یا استونه شده (ADPA) هستند.
آنتی اکسیدانتهای با حفاظت کم یا بدون محافظت در مقابل اوزون و پدیده خستگی
آنوکس HB (TMQ) بعنوان یک آنتی اکسیدانت بخاطر وزن مولکولی بالایش دارای تحرک کم در آمیزه ولکانیزه شده می باشد . با افزایش وزن مولکولی، TMQ کمتر فرار می شود و برای ایجاد مقاومت حرارتی در آمیزه لاستیکی ولکانیزه شده مناسب تر می باشد .
۷- عوامل چسبندگی:
۷-۱ ) چسبندگی رابر به الیاف
در بسیاری از محصولات لاستیکی نیاز شدیدی به اتصال بین لاستیک و عامل انتقال نیرو در ساختار این محصولات وجود دارد مانند الیاف مصنوعی، فلزی و حتی الاف شیشه ای. این موضوع در عمل برای قطعات با کاربرد دینامیکی حائز اهمیت می باشد. تا دهه ۱۹۴۰ کتان تنها عامل انتقال نیرو بود تا اینکه الیاف ریون ، نایلونهای ۶ و ۶۶ و پلی استر تولید شدند .
رزین های رزورسینول – فرمالدهید قدیمی ترین چسب برای ایجادچسبندگی بین لاستیک و منسوج می باشد . دیپ های RFL اصلاح شده با تجهیزات ویژه دیپ بر روی الیاف پوشش داده می شوند.
۷-۲) چسبندگی و چسب های لاستیک به فلز
یک عامل اتصال که پیوند خوبی بین لاستیک و فلز برقرار می کند لایه آبکاری شده برنج می باشد و مزیت عمده آن پایداری زیاد پیوند در مقابل حرارت و حلال ها است . البته یکسری مواد مانندایزوسیاناتها، هیدرو کلراید رابر و اپوکسیدها، بعنوان چسب می توانند بدون استفاده از لایه برنجی چسبندگی خوبی بین رابر و فلز ایجاد کنند.
۸- سایر عوامل افزودنی :
سایر عواملی که با توجه به نیاز های خاص و موردی می تواند در فرمولاسیون آمیزه های پلیمیری مصرف گردندعبارتند از :
۸-۱)مواد سخت کننده، برای تولید بعضی از قطعات با سختی بالا علاوه بر پرکننده های فعال و غیر فعال افزودنیهای دیگر مثل رزین ها و مقادیر زیاد گوگرد بکار برده می شود.
۸-۲) عوامل رهایش قالب، قطعات پخت شده پرسی کم و بیش حالت چسبندگی به قالب را دارند که در حین بیرون آوردن قطعه پخت شده از درون قالب منجر به آسیب دیدن قطعه و یا قالب می شود. مهمترین عوامل جدایش از قالب عبارتند از محلول های صابون، عوامل سیلیکونی و یا مخلوطی از این دو.
۸-۳)عوامل رهایش و جلوگیری از چسبندگی بین آمیزه های خام، از پودر تالک، استئارات روی و یا محلول های صابون برای جلوگیری از چسبندگی ناخواسته قطعات پخت نشده در دمای اتاق استفاده می کنند، البته در خلال عملیات پخت ممانعتی ایجاد نمی کند.
۸-۴) عوامل اسفنجی کننده،آلی و غیر آلی برای تولید لاستیک اسفنجی مورد استفاده قرار می گیرند. این گروه از مواد عموماٌ در دو فرایند مورد استفاده قرار می گیرند؛ فرایند اسفنجی کردن برای تولید لاستیک اسفنجی و فرایند انبساطی برای برای تولید لاستیک با سلول بسیار کوچک. این مواد در دمای اتاق پایدار بوده اما در دماهای بالاتر قبل و یا بعد از پخت بصورت گاز تجزیه می گردند، گازی که تشکیل می شود N2 , CO2 بوده و خلل و فرج را در محصول لاستیکی ایجاد می کند.
مهمترین عوامل اسفنجی غیر آلی عبارتند از بی کربنات سدیم ترکیب شده با اسید آلی ضعیف مانند اسید تارتاریک و اسید استیکو نیتریت سدیم با کلراید آلومنیوم و مهمترین ترکیبات آلی عبارتند از ترکیبات آزو ( دی آزو آمینو بنزن )، مشتقات هیدرازین (بنزن سولفوهیدرازید) و ترکیبات N نیتروزوDNPT) (.
یک عامل اسفنجی خوب باید شرایط زیر را داشته باشد .
حاوی مقدار زیادی گاز رها شدنی باشد
سمی نباشد
بوی بد نداشته باشد
آمیزه پخت شده را تغییر رنگ ندهد
پخش مناسب در آمیزه داشته باشد
در واکنش پخت تاثیر نداشته باشد
پدیده فرسودگی را تشدید نکند
محدوده دمایی تجزیه آن مناسب شرایط کاربرد قطعه باشد
۸-۵) عوامل پرداخت سطح، این مورد وقتی قطعات به روش پخت در هوای داغ یا بخار (OPEN AIR ) پخت می شوند ، داشتن سطح صاف و صیقلی بدون داشتن یک پوشش لاکی مشکل خواهد بود همچنین وقتی هدف داشتن یک سطح با درخشندگی ویژه باشد استفاده از این مواد مفید خواهد بود . مهمترین این مواد عبارتند از روغن های خشک شونده و لاک پلی یورتان . آمیزه های لاستیکی و لاک باید با یکدیگر سازگاری و همخوانی داشته باشد. از اینرو آمیزه نباید دارای پارافین ، روغن های معدنی و یا مقادیر زیاد پلاستی سایزر هایی باشد که به سطح آمیزه مهاجرت می کنند . زیرا باعث کاهش چسبندگی می گردد. همینطور لاک نباید در فرایند پخت تاثیر گذار باشد .
۸-۶) عوامل بهبود دهنده بو، در بسیاری از موارد نوعاٌ بوی آمیزه نامطبوع است. افزودن مواد بهبود دهنده بو، می توان بوی لاستیک را بطور جزئی مطبوع کرد یا با بوی جدید پوشش داد.
۸-۷) عوامل ضد میکروبی و ضد موریانه، این مواد مخصوص قطعات لاستیکی مورد استفاده در منازل و یا بیمارستان ها می باشد و برای اجتناب از انتشار عوامل بیماری زا و یا محدود و کنترل کردن آن استفاده می شود. دستکش ها، قطعات لاستیکی بهداشتی و کفش های لاستیکی از جمله مواردی هستند که موادی مانند سالیسیل آلدئید و مشتقات دی هیدروکسی، دی کلرو دی فنیل متان در آنها استفاده می شود .
۸-۸) ریکلیم، ضایعات ایجاد شده هنگام تولید قطعات لاستیکی را بعداز بازیافت می توان دوباره مورد استفاده قرار بگیرد.
۸-۹) حلال ها، حلال های مفید علاوه بر اینکه حلال خوبی برای حل کردن رابرخام و آمیزه های آن است، خواصی چون سمی نبودن، امکان بازیافت، قابلیت اشتعال کم و جوشیدن در محدوده مورد نظر را داشته باشد.
۹- عوامل پخت :
فرایند ولکانیزاسیون عبارتست از تبدیل مولکول های بلند رابر به یک شبکه رابری بوسیله تشکیل اتصالات عرضی . عوامل ولکانیزاسیون غالباٌ عبارتند از گوگرد، پراکسید ها، رزین های ویژه ولکانش و تشعشع پر انرژی. هرچه اتصالات عرضی بیشتری در الاستومر ایجاد شود آمیزه لاستیکی ولکانیده شده محکم تر بوده و میزان نیرو های تنشی لازم برای تغییر شکل مشخص در آن افزایش می یابد .
درجه ولکانیزاسیون : تعداد اتصالات عرضی که در یک الاستومر ایجاد می شود به مقدار عامل ولکانش ،فعالیت آن و مدت واکنش بستگی دارد که به تعداد این اتصالات عرضی در واحد حجم درجه ولکانش یا دانسیته اتصالات عرضی می گویند.
۹-۱ ) عوامل پخت گوگردی
۹-۱-۱ ) گوگرد
مهمترین عامل ولکانیزاسیون آمیزه های لاستیکی گوگرد می باشد. برای تهیه قطعات لاستیکی نرم و منعطف میزان مصرف بین ۲۵/۰ تا ۵ پارت است و برای قطعات لاستیکی سخت بین ۲۵ تا ۴۰ پارت می باشد. غیر از گوگرد عنصری ترکیبات دارای گوگرد نیز می توانند برای ولکانیزاسیون بکار برده شوندآنها در حین ولکانش، گوگرد آزاد می کنند. نقش مهم ترکیبات گوگرد دهنده در سیستم های ولکانیزاسیون موثر و نیمه موثر می باشد.
مزایای استفاده از گوگرد در اتصالات عرضی عبارتند از :
۱- تنظیم راحت موازنه بین حالات شروع و خاتمه پخت
۲- انعطاف پذیری لازم در آمیزه کاری
۳- امکان پخت با هوای داغ
۴- خواص فیزیکی و مکانیکی مناسب در قطعات تولیدی
۵- امکان کنترل طول و دانسیته اتصالات عرضی
۶- هزینه پایین
۹-۱-۲ ) شتابدهنده ها
گوگرد به تنهایی عامل ولکانیزاسیون کندی است حتی با استفاده از مقدار بسیار زیاد گوگرد در درجه حرارت های بالاو صرف زمان گرمادهی طولانی، باز هم اتصالات عرضی تشکیل شده وضعیت مناسبی نداشته و آمیزه ولکانیزه شده حاصل ویژگی های مقاومتی و فرسودگی نامطلوبی خواهد داشت. تنها با استفاده از شتابدهنده ها است که می توان به کیفیتی مناسب و ویژگی های مورد نظر دست یافت. دست یابی به تمام ویژگی ها تنها با یک ماده عمومی امکان پذیر نمی باشد و طیف وسیعی از مواد را شامل می شوند و تقریباٌ تمام شتابدهنده های موجود برای آنکه کاملاٌ فعال شوند به اکسید های فلزی و یک اسید چرب نیاز دارند.
تقسیم بندی شتابدهنده ها براساس ساختار شیمیایی آنها عبارتست از:
۹-۱-۲-۱) شتابدهنده های تیازول :
مهمترین گروه شتابدهنده ها هستند و می توان با استفاده از آنها بهترین حد ویژگی های فیزیکی و مکانیکی را در آمیزه ولکانیزه شده بدست آورد. این شتابدهنده ها خود به دو گروه مرکاپتان ها و بنزو تیازول سولفنامید ها تقسیم بندی می شوند.
الف ) شتابدهنده های مرکاپتان : معروف ترین اعضاء این خانواده مرکاپتو بنزو تیازول (MBT) و دی بنزو تیازول دی سولفاید(MBTS) و ZMBT می باشند . این مواد شتابدهنده هایی با مصارف عمومی نامیده می شوند . با MBT ولکانیزاسیون به سرعت آغاز می شود اما با MBTS با اندکی تاخیر صورت می گیرد، زیرا MBTS باید در ابتدا به MBT تجزیه شود. این مواد ایمنی فرایند خوب و سرعت پخت متوسط برای آمیزه ایجاد می کنند . این مواد معمولاٌ دانسیته اتصالات عرضی پایین ایجاد می کنند این مواد همراه با شتابدهنده های ثانویه مانند گوانیدین ها، تیورام ها و دی تیو کربامات ها استفاده می شوند؛ در این حالت اثر هم افزایی نیز دارند.
اثر هم افزایی اثری است که در صورت استفاده از دو نوع شتابدهنده مشاهده می شود و باعث افزایش مضاعف سرعت پخت می گردد.
این نوع شتابدهنده برای تمامی انواع روش های پخت مناسب اند اما در اغلب موارد وجود شتابدهنده ثانویه همراه آنها ضروری است. این مواد برای انواع الاستومر ها ی NR , IR , BR , SBR و NBR کارایی دارند و MBTS برای CR بعنوان تاخیر انداز نیز عمل می کند.
ب ) شتابدهنده های بنزو تیازول سولفنامید : این موادنیز از مشتقات ۲ – مرکاپتو بنزو تیازل هستند که در آنها یک آمین به اتم گوگرد متصل می شود. مشهورترین اعضاء این خانواده عبارتند از CBS , TBBS , OBTS , DCBS . شروع ولکانیزاسیون در این گروه نسبت به گروه اول کند تر می باشد و TBBS بالاترین دانسیته اتصالات عرضی را ایجاد می کند. آمیزههای حاوی این شتابدهنده ها از ویژگی هایاستحکام و کشسانی بسیار خوبی برخوردارند و مقاومت خستگی مناسبی نیز دارند. این مواد برای رابرهای NR , IR , BR , SBR و NBR و حتی EPDM مناسب بوده اما برای CR مناسب نیست.
۹-۱-۲-۲) شتابدهنده های دی تیو کاربامات :
این شتابدهنده ها اولین شتابدهنده های آلی ولکانیزاسیون هستند و بعنوان شتابدهند های بسیار سریع شناخته می شوند. انواع دی تیو کربامات های روی، آمونیوم و سایر فلزات از نظر فنی و مقدار اسکورچ تایم با یکدیگر اختلاف دارند. سرعت ولکانیزاسیون آنها به قدری زیاد است که درصورتی که از آنها به تنهایی در آمیزه استفاده شود، از زمان ایمنی فرایند مناسبی برخوردار نخواهیم بود.
الف ) دی تیو کربامات های روی (ZDMC) و مشتقات آن که از جایگزینی گروه متیل با یک گروه دیگر بدست می آید بدلیل سرعت بالای پخت این قابلیت را دارد که در آمیزه های حاوی گوگرد ، پخت را در درجه حرارت های پایین شروع کند. برای رابر های EPDM و IIR مناسب است و در صورت استفاده از آنها در رابرهای NR و SBR بخاطر پدیده ریورژن نباید دما از ۱۳۵ درجه سانتیگراد بالاتر برود.
ب ) دی تیو کرباماتهای آمونیوم : شتابدهنده های قابل حل در آب(PPC) بی نهایت سریع بوده و بندرت می توانند بدون خطر ایجاد اسکورچ در رابر جامد مخلوط شود.
پ ) دی تیو کربامات های سدیم : اینها نیز محلول در آب هستند (NaDMC) و سرعت آنها کمی کمتر از نوع آمونیوم دار است.
ت ) دی تیو کربامات های سلنیوم و تلوریم : دارای ساختاری شبیه دی تیو کربامات های روی هستند ولی بدلیل گران بودن فقط برای کاربرد های ویژه مصرف می شوند و برای IIR , CSM و EPDM مناسب هستند .
ث ) دی تیو کرباماتهای سرب ، کادمیم ،مس و بیسموت : این ها نیز شبیه دی تیو کربامات های روی هستند. این مواد نیز سرعت پخت بالایی دارند اما شروع ولکانیزاسیون کند تری نسبت به دی تیو کربامات روی دارند. این نوع برای پخت کابل ها و قطعات قالبی بر پایه SBR , IIR , EPDM و NR کارایی دارند.
۹-۱-۲-۳) شتابدهنده های گزانتات :
مشتقات اسید گزانتیک بوده و معمولاٌ بصورت بازی یا نمک های روی هستند. سریعترین نوع شتابدهنده ها بوده و تنها برای موارد ویژه و الاستومر های جامد بکار می روند . بخاطر سرعت زیاد ولکانیزاسیون ، پلاتوی منحنی پخت بسیار کوتاه است، بهمین دلیل درجه حرارت پخت پایین برای آن توصیه می شود ( ۸۰ تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد ).
۹-۱-۲-۴) شتابدهنده های تیورام :
از دیمر شدن مولکولهای تیو کربامات ها بدست می آیند، ترکیب اولیه آنها تترامتیلن تیورام دی سولفید (TMTD ) است. سایر شتابدهنده های این گروه از تغییر در گروه آلکیل و مقدار گوگرد آن بدست می آیند مشهور ترین آنها عبارتند از TMTM , TETD و MPTD .
این مواد باید تجزیه شوند تا فعالیتشان آغاز گردد، بنابراین شروع ولکانیزاسیون آنها آهسته تر می باشد.
* درسیستم های معمولی پخت سرعت شروع و خاتمه واکنش به ترتیب زیر افزایش می یابد TMTD , TMTM . MPTD, TETD, DPTT تیورام ها دراین سیستم در کنارMBT برای کائوچوهای مصنوعی که از فعالیت کمتری برخوردارند مانند IIR و EPDM استفاده می شوند.
* در سیستم های نیمه موثر پخت، معمولاٌ با سولفنامید ها ترکیب می شوند و پایداری مناسبی در برابر پدیده ریورژن ایجاد می کنند.
* در سیستم های موثر و بدون سولفور، می توانند بعنوان گوگرد دهنده بکار روند . مهمترین ماده برای این کاربرد TMTD می باشد.
بطورکلی شتابدهنده های این خانواده دارای استحکام کششی و خواص الاستیک مناسبی بوده وپدیده ریورژن محدود می شود و اثر لکه زایی ندارد.
۹-۱-۲-۵) شتابدهنده های دی تیوکاربامید سولفنامید :
از توسعه ساختمان دی تیوکربامات ها و سولفنامید ها بوسیله گودریچ بدست آمدند اولین محصولات تجاری آن OTOS و OTTBS می باشند. از خصوصیات آمیزه های تولیدی با آنها ولکانیزاسیون سریع، زمان شروع پخت طولانی با دانسیته اتصالات عرضی بالا که در برابر ریورژن مقاوم است . OTOS شدیدترین اثر هم افزایی را در کنارMBTS و OBTS را دارد.
۹-۱-۲-۶) شتابدهنده های گوانیدین :
مشهورترین شتابدهنده این خانواده دی فنیل گوانیدین (DPG) و دی ارتو – تولیل گوانیدین (DOTG) و ارتو تولیل بی گوانیدین(OTBG ) است. این مواد اغلب بعنوان شتابدهنده ثانویه بکار می روند. اگر تنها استفاده شوند دارای زمان ایمنی طولانی و سرعت پخت مناسب هستند . مقاومت ضعیف در برابر فرسودگی دارند. بیشتر با مرکاپتان ها استفاده می شوند. آمیزه های تولیدی با آنها خواص کششی و الاستیسیته خوبی دارند. اثر لکه زایی دارد و برای رابر هایNR,IR BR , SBR و NBR مناسب است اما برای IIR و EPDM کمتر مفید است.
۹-۱-۲-۷) شتابدهنده های آلدئید – آمین :
محصولات این گروه دامنه فعالیت گسترده ای دارند. قسمتی از این گروه به شتابدهنده های نسبتاٌ سریع تعلق دارند مانند محصول تراکمی بوتیر آلدئید و آنیلین (BAA) و یا هپتاآلدئید با آنیلین (HEXA) و قسمتی از این گروه به شتابدهنده های ضعیف تعلق دارند مانند هگزامتیلن تترا آمین (HMT)و تری کروتونیلیدین تترا آمین (TGT) .
۹-۱-۲-۸) شتابدهنده های تیو اوره :
محصولات ویژه ای برای ولکانش CR , EPDM و اپی کلروهیدرین ها می باشند . قدیمی ترین شتابدهنده در این گروه دی فنیل تیو اوره یا تیو کاربانیلید (DPTU) می باشد. اتیلن تیو اوره (ETU) ، ۲- مرکاپتوایمیدازولین و دی اتیلن تیواوره (DETU) و آنتی اکسیدانت ۲- مرکاپتوبنزو ایمیدازول (MBI) از این خانواده هستند.
۹-۱-۲-۹) شتابدهنده های دی تیو فسفات :
زینک دی بیوتیل دی تیو فسفات (ZDBP) و دی ایزوپروپیل دی تیو فسفات مس (CuIDP) و آمونیوم دی تیو فسفات ها از این خانواده هستند . رفتار آنها بسیار شبیه دی تیو کربامات ها بوده و می توانند جایگزین آنها شوند ، البته کندتر از آنها عمل کرده و از نظر اقتصادی نیز به صرفه نیست . در EPDM بجای دی تیوکربامات ها ترجیح داده می شود زیرا شکفتگی روی سطح محصول محدود می شود و از تشکیل نیتروز آمین های سمی نیز جلوگیری می شود.
۹-۱-۳ ) فعال کننده سیستم پخت :
به همراه شتابدهند های آلی استفاده از فعال کننده های آلی و یا معدنی برای دستیابی به پتانسیل و کارایی کامل آنها ضروری است اکسید روی مهمترین افزودنی این گروه می باشد بغیر از آن می توان از اکسید منیزیم در کلروپرن و یا PbO و Ca(OH)2 نیز استفاده کرد .
سیستم الاستومر– گوگرد– شتابدهنده– اکسید روی با افزایش یک اسید چرب ( اسید استئاریک ) فعال می شود .
فعال کننده های بازی زمان ولکانیزاسیون را کاهش می دهند و خواص استحکامی آمیزه پخت شده را بهبود می دهند.اسید های چرب و نمک های نها فرایند پذیری بهتری ارائه می دهند و پخش فیلر و مواد شیمیایی در فاز الاستومر را بهبود می دهند.
۹-۱-۴ ) تاخیر انداز های ولکانیزاسیون :
اغلب باید زمان شروع ولکانیزاسیون را به تاخیر انداخت تا ایمنی کافی برای فرایند پذیری آمیزه ایجاد شود . مشهورترین تاخیر انداز CTP (PVI) است که منحنی را دستخوش تقدم و تاخر موازی می کند و هیچ گونه تاثیری بر روی سرعت پخت ندارد.
نظرات بسته شده است، اما بازتاب و پینگ باز است.