Сырая резиновая смесь мягкая, липкая и пластичная: она сохраняет любую форму, которую ей придали, и почти не возвращается к исходному виду после деформации. Упругим материалом для амортизаторов, уплотнителей и манжет она становится только после вулканизации. Разбираем, что при этом происходит, от чего зависит результат и где этот процесс встречается в производстве резинотехнических изделий. Речь идёт о промышленном изготовлении РТИ, а не о ремонте шин и камер — это отдельная тема.
Что происходит при вулканизации
Каучук состоит из длинных полимерных цепей, которые в сыром виде почти не связаны друг с другом. В смесь вводят вулканизирующую систему — классически серу, для ряда каучуков пероксиды и другие агенты, а также ускорители и добавки. При нагреве между цепями образуются поперечные связи — «сшивки», и получается пространственная сетка. Материал перестаёт течь, становится упругим и после деформации возвращается к исходной форме.
Процесс необратим: вулканизированную резину нельзя переплавить и сформовать заново, как термопласт.
- 1
Смесь
Каучук, наполнители и вулканизирующая система смешиваются в компаунд — он ещё мягкий и пластичный.
- 2
Формование
Смесь принимает форму изделия — в пресс-форме или при выходе из головки экструдера.
- 3
Нагрев и выдержка
При нагреве идёт сшивка цепей; нужны определённые температура и время выдержки.
- 4
Съём и контроль
Деталь извлекают, удаляют облой; при необходимости материал дополнительно выдерживают.
От чего зависит результат
Температура
Определяет скорость сшивки: режим подбирают под конкретный каучук и вулканизирующую систему.
Время выдержки
У толстостенной детали прогрев идёт дольше, чем у тонкой, поэтому время зависит от толщины изделия.
Давление
Прижимает смесь к стенкам формы и помогает получить точную геометрию детали без пустот.
Рецептура компаунда
Тип каучука, наполнители и вулканизирующая система задают, при каких условиях и как быстро резина «созреет».
Недовулканизация и перевулканизация
Степень вулканизации — это число сшивок в материале. Она, наряду с рецептурой, определяет твёрдость, упругость и стойкость к деформации. Отклонение в любую сторону ухудшает свойства детали.
Недовулканизация — сшивок мало:
- Резина мягче заданной и хуже держит нагрузку
- Хуже восстанавливает форму после сжатия
- Быстрее изнашивается при трении и многократной деформации
Перевулканизация — слишком долгая или горячая выдержка:
- Резина жёстче заданной, хуже тянется
- Выше риск растрескивания при изгибе
- У ряда каучуков свойства при перегреве не растут, а ухудшаются
Где вулканизация встречается в производстве РТИ
Прессование
Смесь закладывают в форму, смыкают её под давлением, и резина вулканизируется прямо в нагретой форме.
Литьё под давлением
Компаунд впрыскивают в нагретую форму, где он выдерживается до готовности перед извлечением детали.
Экструзия
Профиль выходит из экструдера ещё невулканизированным и вулканизируется на следующем участке линии.
Привулканизация к металлу
В резинометаллических изделиях резина сшивается вместе с металлической арматурой, на которую нанесён адгезионный слой.
У некоторых материалов, например у силиконов и фторкаучуков, после формования применяют дополнительную выдержку в печи — постотверждение. Термопластичные эластомеры обходятся без вулканизации: они перерабатываются как обычные термопласты.
Вулканизация идёт внутри технологий формования: о них — в статьях прессование РТИ и литьевые РТИ или экструзионные профили. Как степень вулканизации связана с твёрдостью — в статье твёрдость резины по Шору, а как резина стареет уже после изготовления — в статье хранение и старение РТИ. Материал без вулканизации — ТПЭ. Где вулканизация особенно важна для работы изделия — в статьях резиновые диафрагмы и мембраны и резиновые буферы и упоры. Общий обзор изделий — на странице РТИ на заказ.
Что сообщить технологу при заказе
Режим вулканизации заказчику выбирать не нужно — это задача технолога. Но чтобы он мог подобрать компаунд и режим, нужно описать задачу:
- 1Рабочая среда и температура (масло, вода, озон, химические среды)
- 2Требуемая твёрдость по Шору или допуск по ней
- 3Габариты и толщина стенки детали — от них зависит время выдержки
- 4Требования к упругости и сохранению формы после сжатия, если они критичны
- 5Тираж и допустимая цена детали
Часто задаваемые вопросы
Что такое вулканизация простыми словами?
Это процесс, при котором сырая резиновая смесь под действием нагрева превращается в упругую резину: между молекулами каучука образуются поперечные связи, и материал начинает возвращаться к исходной форме после деформации.
Чем вулканизация отличается от плавления и застывания термопласта?
Термопласт при нагреве размягчается, а при остывании снова твердеет — это обратимо. Вулканизация необратима: вулканизированную резину нельзя переплавить и сформовать заново.
Можно ли «довулканизировать» резину, если деталь получилась мягкой?
Как правило, нет: результат определяется режимом при формовании. Поэтому режим отрабатывают на пробных образцах до запуска серии.
Влияет ли вулканизация на твёрдость и срок службы РТИ?
Да. Степень вулканизации вместе с рецептурой определяет твёрдость, упругость и стойкость к деформации, а недовулканизированная или перевулканизированная деталь служит хуже.
Нужно ли заказывать вулканизацию отдельно при заказе РТИ?
Нет, это этап технологии формования. Заказчик указывает материал, твёрдость и условия работы, а режим подбирает технолог.
Нужна деталь из резины под вашу задачу?
Пришлите чертёж или образец и условия работы — технолог подберёт материал и режим формования.