O właściwościach mieszanek kauczukowych

O właściwościach mieszanek…

W Europie istnieje ponad 6000 firm produkujących wyroby gumowe. 98% z nich to małe i średnie przedsiębiorstwa, które często odpowiadają na bardzo specyficzne i często niszowe potrzeby swoich klientów. W Polsce liczba firm w sektorze produkcji wyrobów gumowych oscyluje w granicach 880. Większość z nich to średnie przedsiębiorstwa zatrudniające ponad 50 pracowników - ok. 92%; pozostałe 8% to mali producenci zatrudniający od 10 do 49 pracowników. Dlatego też nie wszyscy producenci wyrobów gumowych posiadają stosowne zaplecze do wytwarzania mieszanek kauczukowych i kupują je od wyspecjalizowanych w tym zakresie dostawców.

Jak wspominałem w jednym z wcześniejszych artykułów poświęconych technologii gumy, skład mieszanek kauczukowych przeznaczonych do produkcji wyrobów gumowych może być bardzo złożony. Dobór odpowiednich mieszanek odbywa się na podstawie informacji dotyczących przeznaczenia wyrobów gotowych i ich specyficznych właściwości fizykochemicznych oraz sposobu przetwórstwa i wulkanizacji, które determinują zastosowanie określonej bazy kauczukowej. Nierzadko bardzo istotnym parametrem jest także cena.

Dokładne receptury mieszanek kauczukowych zazwyczaj nie są ujawniane przetwórcom ze względu na sekrety handlowe. Recepturowanie nowych mieszanek opiera się bowiem na wieloletnim doświadczeniu ich wytwórców i są one modyfikacjami istniejących rozwiązań. Rzadko podejmuje się próby opracowania zupełnie nowych receptur i zazwyczaj są one zbędne, a przy tym czaso- i pracochłonne, ponieważ trzeba sobie wówczas poradzić z ogromną ilością zmiennych uzależnionych od stosowanych surowców. Tak naprawdę liczą się zgromadzone informacje techniczne, umiejętność ich analizy oraz zdolność ich kreatywnego wykorzystania.

Pomijając powyższe, dokładny skład mieszanki kauczukowej wcale nie jest przetwórcy potrzebny - ważne są dla niego parametry przerobowe otrzymanego materiału. Dlatego też otrzymuje on wraz z mieszanką kauczukową stosowną kartę charakterystyki oraz, na życzenie, świadectwo jakości.

Karta charakterystyki mieszanki kauczukowej zawiera m.in. informacje o:

  • składnikach – przykładowo: mieszanina surowców, w skład której wchodzi syntetyczny kauczuk NBR, sadza, zmiękczacz estrowy, substancje przeciwstarzeniowe i środki sieciujące, nie zawiera składników klasyfikowanych jako niebezpieczne
  • jej właściwościach fizykochemicznych - takich jak np. barwa, lepkość Mooneya, optymalny czas i temperatura wulkanizacji dla standardowych płytek o grubości 2 milimetrów
  • właściwościach fizykochemicznych wulkanizatów - m.in. twardości Shore’a, wytrzymałości na rozciąganie, wydłużeniu przy zerwaniu, temperaturze kruchości, odporności na starzenie cieplne w powietrzu czy zmianie masy pod działaniem cieczy wzorcowej.

Zatrzymajmy się na punkcie najważniejszym dla przetwórcy - właściwościach fizykochemicznych mieszanki kauczukowej. Oprócz suchych danych liczbowych dotyczących lepkości oraz parametrów wulkanizacji, warto poprosić dostawcę o udostępnienie stosownych wykresów zarejestrowanych z wykorzystaniem wiskozymetru Mooneya i reometru. Pokrótce przeanalizujemy, co można z nich wyczytać…


rysunek-1
Rys. 1. Ząbkowany wirnik wraz z żebrowaną połówką komory wiskozymetru Mooneya

Lepkościomierz Mooneya jest najszerzej rozpowszechnionym aparatem do oznaczania plastyczności kauczuków i ich mieszanek, stosowanym zarówno do bieżącej kontroli, jak też do oceny właściwości przerobowych. Przy jego pomocy można ocenić początkowe właściwości próbki – odporność na ścinanie, gdy jest jeszcze zimna, jej minimalną lepkość po ogrzaniu oraz oszacować czas podwulkanizacji. Lepkość Mooneya wg normy to opór, jaki stawia badany materiał obracającemu się dyskowi o ząbkowanej powierzchni (rys. 1). Próbkę zaciska się w ogrzewanej, cylindrycznej komorze – materiał otacza cały wirnik. Ważne jest, aby podczas testu komora była zamknięta z odpowiednią siłą. Badanie przeprowadza się zazwyczaj w temperaturze 100°C, stosując tzw. duży wirnik oznaczany literą „L”, o średnicy 38,1 milimetra. Próbkę pozostawia się do rozgrzania przez 1 minutę po zamknięciu płyt. Następnie rotor zaczyna wykonywać 2 obroty na minutę i w czasie 4 minut rejestruje się wykres (rys. 2) [przebieg testu – Mooney Viscometer Operation – YouTube].

rysunek-2
Rys. 2. Wykres zmian lepkości z wiskozymetru Mooneya

Protokół z pomiaru powinien zawierać: nazwę próbki, sposób jej przygotowania, lepkość Mooneya z dokładnością do pełnej jednostki, rozmiar wirnika (L= duży, S= mały), czas ogrzewania próbki w komorze przed uruchomieniem silnika, czas pomiaru lepkości po uruchomieniu silnika, temperaturę badania, prędkość obrotową wirnika (jeżeli jest inna niż 2 obroty na minutę), rodzaj użytej folii ochronnej (jeśli użyto) oraz markę i model użytego przyrządu. Wynik zapisuje się następująco:

50 − UML 1 + 4(100°C)

ochronna folia poliestrowa, lepkościomierz Monsanto MV2000

gdzie: 50 - wartość lepkości, U - próbka niepoddana wcześniejszemu uplastycznieniu na walcarce (ang. unamssed), M - Mooney, L - duży wirnik, 1 - czas ogrzewania próbki, 4 - czas trwania pomiaru, 100°C  - temperatura, w jakiej przeprowadzono test.

Czytaj więcej:
Nauka 97