Rovat: Anyagismeret

A gumi a műszaki alapanyagok között

Amikor műszaki alapanyagokról beszélünk általában a nagy szilárdságú és merevségű fémek jutnak az eszünkbe. Számos alkalmazás van viszont amikor egyéb fontos tulajdonságok is előtérbe kerülnek, és ilyen a rugalmasság, a hajlékonyság, a tapadás, melyeknek éppen a nagy szilárdságú és magas merevségű alapanyagok nem felelnek meg teljes mértékben. A gumit a technika és tudomány már régóta használja. Közismert rezgés és ütődés csillapító hatása.

Elasztikus viselkedésének köszönhetően képes rugalmas kapcsolatot létrehozni merev és rideg szerkezetek között. Az épületrészek közötti dilatáció a legtöbbször valamilyen gumi alapú anyag. Mozgásnak vegy rezgésnek kitett csővezetékekbe is szokás szakaszonként úgynevezett gumi kompenzátort beépíteni, mely képes kiegyenlíteni az egyes szakaszok eltérő mozgását, deformációját.

A tömítések is a leggyakrabban gumiból vagy gumi alapú anyagból készülnek. Könnyen defromálható, ezért az érintekző felületek kisebb érdességét kiegyenlíti, ezáltal a szivárgást megakadályozza.

A kaucsuk

Az Amazonas vidékén élő indiánok már évszázadokkal ezelőtt használták a kaucsukfát vagy ahogy ők nevezték: a könnyező fát. Bemetszették a fa kérgét és a kifolyó fehér, tejszerű folyadékot, a kaucsukrészecskéket tartalmazó látexet összegyűjtötték. Kicsapás után a kaucsuk felvette a különböző tárgyak alakját. A kaucsukfa csak bizonyos éghajlatú és páratartalmú helyeken él meg. A kaucsukültetvények az egyenlítő közeli trópusi sávban találhatók, nagyjából az északi és a déli szélesség 20. foka közötti sávban, ahol a csapadék éves mennyisége körülbelül 1500-2000 mm.

Ismerjük meg közelebbről a kaucsukot

A kaucsuk a polimerek családjába tartozik. Lehet természetes eredetű vagy mesterségesen előállított. A polimerek az élet minden területén megtalálhatók: műanyagok, fóliák, tömítések, csövek, abroncsok, stb. formájában.

A természetes kaucsuk az elasztomerek osztályába sorolható. Ezeknek az anyagoknak nagyon nagy a molekulatömege. A molekulák hosszú lánc alakúak, az őket alkotó alapegységeket monomereknek hívjuk. Ezek szénből és hidrogénből álló szerves anyagok.

A természetes kaucsuk monomerje az izoprén. A hosszú láncmolekulákból álló polimer összetételétől függenek az anyag tulajdonságai: minél hosszabb és minél szabályosabb a felépítése, annál rugalmasabb az anyag. A természetes kaucsuk alkotóelemei mind azonos módon helyezkednek el a láncban, ezért ez az anyag száz százalékosan sztereoreguláltnak mondható.

Másrészt viszont annak ellenére, hogy minden láncmolekula rugalmas, a természetes kaucsuk egy képlékeny, alakítható anyag, mert a szomszédos molekulák egymástól viszonylag függetlenek, egymáshoz képest elmozdíthatók. A természetes kaucsuk deformálható, és az erő hatásának megszűnte után sem nyeri vissza eredeti alakját. Ahhoz, hogy rugalmas legyen, a láncmolekulákat vulkanizálással minél szabályosabban össze kell kötni egymással. Minél szabályosabb térhálót képeznek a lánc molekulák, annál rugalmasabb lesz az anyag.

Helyettesítő anyagok

Idővel jelentősen megnőtt a kaucsukfogyasztás és részben az autóiparnak köszönhetően világszinten emelkedett a gumiipari termékek gyártási mennyisége is. Eleinte az ültetvényeken lévő kaucsukfákból gyűjtött látex mennyiségét növelték, majd elkezdtek szintetikus vagyis műkaucsukokat is gyártani.

Az új alapanyagok esetenként jobban megfelelnek a célnak mint a természetes kaucsuk. Ilyen például a butilkaucsuk amiből elsősprban abroncstömlőt gyártanak.

A gumiabroncs iparágban használt kaucsukmennyiség 60%-a műkaucsuk, melyet kőolajból kapott szénhidrogénekből állítanak elő. Ettől függetlenül még mindig szükség van 40% természetes kaucsukra is. A természetes kaucsuk aránya a tehergépjárművek és a földmunkagép abroncsok alapanyagában magasabb, mert nagy ellenálló képessége e területeken igen fontos.

A természetes és a műkaucsuk több tulajdonságban is különbözik egymástól. Az egyik legfontosabb különbség ezek közül a hiszterézis. A műkaucsuknak nagy a hiszterézise, sokkal nagyobb, mint a természetes kaucsuknak. Ezért előnyös műkaucsukot használni olyan abroncsok gyártásához, melyeknek jól kell tapadniuk az útfelülethez.

A hiszterézis

A hiszterézis biztosítja a gumiabroncs tapadását.

A tökéletesen rugalmas anyag minden energiát visszaad, amit közöltek vele. A deformált acélrugó például visszanyeri eredeti alakját az erőhatás megszűntével.

Az olyan anyagok, amelyeknek hiszterézisük van, és ilyen anyag a gumi is, nem adnak vissza minden energiát, hanem annak egy része átalakul bennük hővé és erővé. Az abroncs gördülés közben deformálódik miközben a talaj egyenetlenségei is belemélyednek a gumiba. Ekkor a késleltetve fellépő mechanikai jelenség, a hiszterézis hatására vízszintes irányú erő ébred a gumiban, amely ellene hat annak, hogy az abroncs elcsússzon az útfelületen. Ezt nevezik tapadásnak és ennek köszönhető a jármű úttartásának biztonsága.

Aktív töltőanyagok és kémiai adalékok

Ahhoz, hogy különböző gumiipari termékeket vagy leginkább gumiabroncsot tudjunk gyártani, a természetes és a műkaucsukhoz is szükség van különféle egyéb anyagok, aktív töltőanyagok és vulkanizálási hatóanyagok hozzáadására is.

A korom
Kormot a huszadik század első évtizedeiben kezdtek el a gumigyártásban felhasználni. Az abroncsiparban jelenleg is fontos szerepet töltenek be. A korommal erősített gumi sokkal kopásállóbb, mint a korommal töltetlen kaucsukból készült.
A kormot földgáz vagy szénhidrogének elégetésével vagy részleges termikus lebontásával állítják elő. A korom alkotja az abroncs alapanyag keverékének mintegy harmadát és használatának köszönhetően feketére színezi a gumikereket. Ennek megvan az az előnye is, hogy hatékonyan semlegesíti az ultraibolya sugarak hatását és így megakadályozza a gumi repedezését.

A szilika
A homokból nyert szilíciumoxidok tulajdonságai régóta ismertek, beleértve a gumi szakítószilárdságára gyakorolt kedvező hatását is. A szilika alkalmazásának az egyértelmű előnyei az alacsony gördülési ellenállásban, a hideg felületen való jó tapadásban, és a magasabb kopásállóságban nyilvánulnak meg. A szilikával készült abroncs a korommal töltött gumikhoz viszonyított alacsonyabb gördülési ellenállásnak köszönhetően kapták a zöld abroncs elnevezést.

A kén
A kén manapság a vulkanizálás legfőbb kelléke. A vulkanizálás során alakul át a plasztikus képlékeny kaucsuk elasztikus, vagyis rugalmas gumivá. A vulkanizáló szeren kívül a vulkanizálás hatóanyagaihoz tartoznak még a gyártás során egymás mellett is alkalmazott vulkanizálási gyorsítók és késleltetők, amelyek optimalizálják a hő hatását a vulkanizálás folyamán.

Más adalékanyagok például az alkotórészek egyenletes eloszlását segítik elo a keverékben, vagy megkönnyítik az extrudálást, növelik a gumi tapadását az esetlegesen felhasznált belső merevítő szálakhoz, ami leggyakrabban szövet vagy acél kord.

Végül pedig az abroncskeverék tartalmaz olyan anyagokat, amelyek a gumi élettartamát hosszabbítják meg, úgy mint antioxidánsokat, ózonvédőszereket, stb.


1 tonna gumiabroncs alapanyaghoz szükség van

• 500 kg kaucsukra, melynek nagy része műkaucsuk, kis része természetes;
• 175 kg koromra;
• 175 kg szilikára;
• 100 kg olajra;
• 20 kg gyantára;
• 20 kg cinkoxidra;
• 10 kg antioxidánsra;
• 10 kg viaszra;
• 7,5 kg sztearinsavra;
• 7,5 kg kénre;
• 5 kg vulkanizáció gyorsítóra;
• és esetleg színezékekre.

 

 

Kapcsolódó témák:

Anyagismeret