لاستیک چیست؟ مواد اولیه، نحوه ساخت، استفاده و انواع مهر و موم

لاستیک چیست و از کجا می آید؟

لاستیک یک پلیمر الاستیک است که می تواند تحت فشار کشیده، فشرده و تغییر شکل داده و سپس به شکل اولیه خود بازگردد. به دو شکل اساسی وجود دارد: لاستیک طبیعی ، از شیره لاتکس درخت لاستیک به دست می آید Hevea brasiliensis ، و لاستیک مصنوعی تولید شده از مواد اولیه پتروشیمی از طریق پلیمریزاسیون صنعتی. هر دو ویژگی اصلی کشش را دارند اما در ترکیب، ویژگی های عملکرد و هزینه متفاوت هستند.

لاستیک طبیعی هزاران سال است که برداشت و استفاده می شود. تمدن‌های پیش از کلمبیا در میان آمریکا، توپ‌های لاستیکی، پارچه‌های ضدآب و کفش‌ها را مدت‌ها قبل از تماس با اروپا از لاتکس می‌ساختند. پتانسیل این ماده در کاربردهای صنعتی تنها در قرن نوزدهم پس از کشف ولکانیزاسیون توسط چارلز گودیر در سال 1839 آشکار شد - فرآیندی که لاتکس نرم و چسبنده را به ماده ای سخت و انعطاف پذیر تبدیل کرد که امروزه به عنوان لاستیک شناخته می شود.

امروزه تولید جهانی لاستیک بیش از 28 میلیون تن در سال است که تقریباً بین انواع طبیعی و مصنوعی تقسیم می شود. تایلند، اندونزی و ساحل عاج بزرگترین تولیدکنندگان لاستیک طبیعی در جهان هستند. لاستیک مصنوعی که برای اولین بار در طول جنگ جهانی دوم و زمانی که منابع لاستیک طبیعی قطع شد توسعه یافت، اکنون تقریباً 60٪ از کل مصرف لاستیک در سراسر جهان را تشکیل می دهد.

مواد خام لاستیکی: منابع طبیعی و مصنوعی

ماده خام لاستیک طبیعی لاتکس است - یک سوسپانسیون کلوئیدی سفید شیری که در پوست بدن تولید می شود. Hevea brasiliensis درختان لاتکس تقریباً 30 تا 40 درصد وزنی پلی ایزوپرن است که در آب با پروتئین ها، لیپیدها و مواد معدنی معلق است. زنجیره های پلیمری پلی ایزوپرن همان چیزی است که به لاستیک خاصیت ارتجاعی می بخشد: آنها مولکول های بلند و پیچ خورده ای هستند که تحت کشش صاف می شوند و پس از رها شدن به عقب برمی گردند.

لاستیک های مصنوعی از مونومرهایی که عمدتاً از طریق پالایش نفت و فرآوری گاز طبیعی به دست می آیند به دست می آیند. مهمترین مواد اولیه لاستیک مصنوعی عبارتند از:

• بوتادین - محصول جانبی تولید اتیلن، که برای ساخت لاستیک استایرن- بوتادین (SBR) و لاستیک پلی بوتادین (BR)، دو لاستیک مصنوعی که به طور گسترده تولید می شوند، استفاده می شود.
• استایرن - ترکیب با بوتادین برای تولید SBR، که تقریباً نیمی از کل تولید لاستیک مصنوعی را تشکیل می دهد و ماده غالب در تایرهای خودروهای سواری است.
• ایزوبوتیلن و ایزوپرن - پلیمریزه شده با هم برای ساخت لاستیک بوتیل (IIR)، که به دلیل نفوذ ناپذیری استثنایی آن در برابر گازها ارزش دارد و در آسترهای داخلی تایر و درپوش های دارویی استفاده می شود.
• اتیلن و پروپیلن - ترکیب با یک مونومر دی ان برای تولید لاستیک EPDM، که به طور گسترده در آب‌بندی خودروها، غشاهای سقف‌ها و درزگیرهای فضای باز استفاده می‌شود.
• اکریلونیتریل و بوتادین - پلیمریزه شده برای تولید لاستیک نیتریل (NBR) که مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر روغن‌ها، سوخت‌ها و حلال‌ها دارد و آن را به ماده استاندارد شیلنگ‌های سوخت و مهر و موم روغن تبدیل می‌کند.
• کلروپرن - پلیمریزه شده برای ساختن نئوپرن (CR)، یکی از اولین لاستیک های مصنوعی، که به دلیل مقاومت در برابر عوامل جوی، ازن و مواد شیمیایی متوسط شناخته شده است.

لاستیک سیلیکونی دسته‌بندی خاص خود را اشغال می‌کند - ستون فقرات پلیمری آن از سیلیکون و اکسیژن به جای کربن ساخته شده است و از نظر شیمیایی آن را از لاستیک‌های طبیعی و مشتق شده از نفت متمایز می‌کند. این به سیلیکون مقاومت استثنایی دمایی، زیست سازگاری و پایداری اشعه ماوراء بنفش می دهد که لاستیک های زنجیره کربنی نمی توانند با آن مطابقت کنند.

چگونه لاستیک ساخته می شود: از مواد اولیه تا محصول نهایی

سفر از لاتکس خام یا پلیمر مصنوعی به محصول نهایی لاستیکی شامل چندین مرحله است که هر یک به طور قابل توجهی بر خواص ماده نهایی تأثیر می گذارد.

برداشت و انعقاد (لاستیک طبیعی)

لاتکس از درختان لاستیک با ایجاد یک برش مورب کم عمق از پوست استفاده می شود. شیره به مدت چند ساعت در فنجان های جمع آوری چکه می کند. سپس لاتکس تازه منعقد می شود - معمولاً با افزودن اسید فرمیک یا استیک - باعث می شود ذرات لاستیک به هم چسبیده و از سرم آبکی جدا شوند. انعقاد حاصل فشرده می شود، به شکل ورقه در می آید، و یا دود می شود (برای تولید ورق دودی آجدار، یا RSS) یا با هوای گرم خشک می شود (برای تولید گریدهای لاستیکی مشخص شده فنی). این ورق‌های خشک شده یا عدل‌های لاستیک خرد شده شکل کالایی معامله شده از لاستیک طبیعی هستند.

مرکب شدن

لاستیک خام - چه طبیعی و چه مصنوعی - همانطور که هست استفاده نمی شود. با طیف وسیعی از افزودنی ها در مخلوط کن های داخلی (مخلوط کننده های Banbury) یا آسیاب های باز ترکیب می شود. یک ترکیب لاستیکی معمولی شامل:

• مواد ولکانیزه کننده - گوگرد یا پراکسیدهایی که در طول پخت، پیوندهای عرضی بین زنجیره های پلیمری ایجاد می کنند.
• شتاب دهنده ها و فعال کننده ها - اکسید روی، اسید استئاریک و شتاب دهنده های آلی که واکنش ولکانیزاسیون را تسریع و کنترل می کنند.
• پرکننده های تقویت کننده - کربن سیاه مهمترین عامل است که استحکام کششی و مقاومت در برابر سایش را به طور چشمگیری افزایش می دهد. سیلیس در ترکیبات لاستیک با عملکرد بالا و مقاومت غلتشی کم استفاده می شود.
• روان کننده ها و روغن های پردازش - بهبود جریان در طول پردازش و اصلاح سختی و انعطاف پذیری در محصول نهایی.
• آنتی اکسیدان ها و آنتی اوزونانت ها - محافظت از لاستیک در برابر تخریب توسط اکسیژن، ازن، اشعه ماوراء بنفش و گرما در طول عمر مفید.

شکل دادن

لاستیک مرکب قبل از ولکانیزاسیون شکل می گیرد در حالی که گرمانرم و قابل کار باقی می ماند. روش های رایج شکل دهی عبارتند از قالب گیری فشاری (فشردن لاستیک در قالب گرم شده تحت فشار)، قالب گیری تزریقی (تزریق لاستیک به قالب های بسته) قالب گیری انتقالی , اکستروژن (اجبار کردن لاستیک از طریق قالب برای تولید پروفیل ها، لوله ها و نوارها) و تقویم کردن (کائوچو را به ورق بغلتانید یا روی پارچه بپوشانید).

ولکانیزاسیون

ولکانیزاسیون 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.

لاستیک برای چه مواردی استفاده می شود؟ دسته بندی محصولات عمده

ترکیب لاستیک از خاصیت ارتجاعی، دوام، نفوذ ناپذیری و عایق الکتریکی آن را در طیف وسیعی از صنایع ضروری می کند. بزرگترین کاربرد از نظر حجم، لاستیک‌ها است - لاستیک‌های مسافری، کامیونی و آفرود تقریباً 70 درصد از کل لاستیک مصرف شده در سطح جهان را تشکیل می‌دهند. فراتر از تایرها، محصولات لاستیکی تقریباً در تمام بخش‌های صنعت مدرن و زندگی روزمره ظاهر می‌شوند.

• لاستیک و محصولات مرتبط با لاستیک: لاستیک‌های مسافری، لاستیک‌های کامیون، لاستیک‌های دوچرخه، تسمه‌های نقاله و ترکیبات بازپخت تایر با هم نشان‌دهنده استفاده غالب از لاستیک طبیعی و SBR هستند.
• شیلنگ و لوله: شیلنگ‌های خنک‌کننده خودرو، شیلنگ‌های هیدرولیک، خطوط ترمز هوا، شیلنگ‌های باغی، خطوط سوخت و لوله‌های پزشکی به انعطاف‌پذیری لاستیک و مقاومت در برابر سیال متکی هستند. NBR و EPDM متداول ترین مواد بسته به مایعی هستند که منتقل می شوند.
• کمربند: تسمه‌های محرک، تسمه‌های تایم، تسمه‌های نقاله و تسمه‌های V در ماشین‌های صنعتی و موتورهای خودرو از ترکیبات لاستیکی تقویت‌شده، معمولاً EPDM یا CR با تقویت‌کننده طناب نساجی یا فولادی ساخته می‌شوند.
• کفش: زیره‌های لاستیکی، چکمه‌ها و کفش‌های روفرشی جزو اولین کالاهای لاستیکی تولید انبوه بودند. لاستیک طبیعی و SBR همچنان در کفش غالب هستند و از نظر چسبندگی و مقاومت در برابر سایش ارزش زیادی دارند.
• دستکش: دستکش های معاینه لاتکس، دستکش های نیتریل برای مقاومت شیمیایی و دستکش های صنعتی سنگین به ترتیب از لاستیک طبیعی، NBR و نئوپرن تولید می شوند.
• عایق برق: روکش های کابل، عایق سیم و نوار الکتریکی از لاستیک برای محافظت از هادی ها در برابر رطوبت، سایش و تماس تصادفی استفاده می کنند.
• پایه های ضد لرزش: پایه‌های موتور، لنت‌های جداسازی ماشین‌آلات، یاتاقان‌های پل و لنت‌های راه‌آهن از لاستیک طبیعی یا کامپوزیت‌های ساندویچ NR/فولاد برای جذب و کاهش لرزش استفاده می‌کنند.
• پزشکی و دارویی: درپوش‌های ویال‌های دارویی تزریقی، دستکش‌های جراحی، کاتترها، کاف‌های فشار خون و تکیه‌گاه‌های ارتوپدی همگی به ترکیبات لاستیکی درجه پزشکی متکی هستند.
• کالاهای مصرفی: نوارهای لاستیکی، پاک کن، واشر در تجهیزات آشپزخانه، مکنده، تشک یوگا، و تجهیزات ورزشی محصولات روزمره هستند که به کشسانی و چسبندگی لاستیک بستگی دارند.

مهر و موم لاستیکی : مواد، انواع و کاربردها

مهر و موم های لاستیکی از مهم ترین و پرکاربردترین محصولات لاستیکی در مهندسی هستند. عملکرد آنها جلوگیری از عبور سیالات، گازها یا آلاینده ها از طریق یک اتصال یا رابط است - وظیفه ای که به لاستیک نیاز دارد تا کاملاً با سطوح جفت شونده مطابقت داشته باشد، تحت بار فشرده شود و بازیابی الاستیک خود را در میلیون ها چرخه یا سال قرار گرفتن در معرض استاتیک حفظ کند.

انواع مهر و موم لاستیکی رایج

• حلقه های O: مهر و موم های چنبره ای شکل که در یک شیار قرار می گیرند و به صورت شعاعی یا محوری فشرده می شوند تا یک رابط نشتی ایجاد کنند. اورینگ ها رایج ترین شکل آب بندی مورد استفاده در هیدرولیک، پنوماتیک، لوله کشی و سیستم های قدرت سیال در سراسر جهان هستند.
• واشر: مهر و موم های مسطح یا پروفیلی که بین سطوح فلنجی - اتصالات لوله، سر سیلندر، بدنه سوپاپ ها - برای جلوگیری از نشت تحت نیروی گیره پیچ قرار می گیرند. واشرهای لاستیکی در سیستم های آب، تهویه مطبوع و لوله کشی فرآیندی رایج هستند.
• مهر و موم های لبه ای (مهر بند شعاعی): برای حفظ روان کننده ها و حذف آلاینده ها در اطراف محورهای چرخان در گیربکس ها، محورها، پمپ ها و موتورهای الکتریکی استفاده می شود. لبه آب بندی تماس پویا با سطح شفت را حفظ می کند.
• دیافراگم ها: غشاهای لاستیکی انعطاف پذیر که در حین انتقال فشار یا حرکت، دو محفظه را از هم جدا می کنند. در تنظیم کننده های فشار، پمپ ها، سوپاپ ها و تقویت کننده های ترمز خودرو استفاده می شود.
• پروفیل های اکستروژن و آب بندی آب و هوا: پروفیل های لاستیکی سفارشی اکسترود شده برای آب بندی شکاف ها در درها، پنجره ها، دریچه ها و محفظه ها در برابر هوا، آب، گرد و غبار و صدا استفاده می شود. معمولاً از EPDM یا نئوپرن ساخته می شود.

انتخاب مواد برای مهر و موم لاستیکی

ترکیب لاستیکی مورد استفاده در مهر و موم باید به دقت با محیط سرویس مطابقت داده شود. استفاده از مواد نامناسب منجر به تورم، سخت شدن، ترک خوردن یا انحلال شیمیایی می‌شود که همگی باعث خرابی آب‌بند و نشت بالقوه فاجعه‌بار سیستم می‌شوند.

فراتر از انتخاب مواد، عملکرد مهر و موم به طول سنج (سختی)، پرداخت سطحی قطعات جفت، مقاومت مجموعه فشرده سازی و وجود روان کننده ها یا پوشش ها بستگی دارد. برای کاربردهای حیاتی - هوافضا، زیردریایی، هیدرولیک فشار بالا - طراحی مهر و موم شامل تجزیه و تحلیل المان محدود تنش تماس و آزمایش‌های پیری تسریع‌شده برای تأیید عملکرد در طول عمر مورد نیاز است.