加硫および加硫ゴムとは何ですか？

加硫ゴムは従来のゴムよりもはるかに強力です。より大きな圧力や応力に耐えることができ、弾性も非常に優れているため、多くのメーカーが自社のビジネスで加硫ゴムの使用を好んでいます。加硫ゴムは強度と弾性が向上しているため、反ったり変形したりすることなく、より大幅に伸ばすことができます。加硫は、ゴムが擦り傷による摩耗やその他の損傷からよりよく保護されることも意味します。

しかし、加硫とは一体何で、どのように機能するのでしょうか?この記事では、加硫、加硫ゴムの歴史と用途について詳しく見ていきます。

加硫とは何ですか?

ゴムには天然ゴムと合成ゴムの2種類があります。天然ゴムはやや強度があり、臭いも少ないのに対し、合成ゴムは熱や老化に強いです。合成ゴムは、天然ゴムに含まれるタンパク質にアレルギーのある人向けの製品にも使用されています。現在米国で使用されているゴムの 70% は合成ゴムですが、どちらのタイプも世界中で一般的に使用されています。

天然ゴムはポリイソプレン分子で構成されています。ゴム生産植物の細胞またはラテックス管から得られます。ラテックスを生産できる植物は 200 以上ありますが、天然ゴムのほとんどはゴムの木 (Hevea Brasiliensis) から採取されます。

合成ゴムは、石油副産物から製造される人工ポリマーです。凝固した天然ゴムおよび合成ゴムは、初期状態ではあまり役に立ちません。粘着性があり、熱可塑性があり、柔らかく、引張強度と弾性が非常に低いため、使用する前に加硫などのプロセスを行う必要があります。天然ゴムおよびほとんどの種類の合成ゴムは、加硫して特性を向上させ、使用に十分な強さと強度を与えることができます。加硫プロセスでは、ゴムに硫黄を加えて加熱し、弾性と強度を向上させます。

ポリイソプレン (天然ゴム) とスチレンブタジエンゴム (SBR) は、最も頻繁に加硫されるポリマーです。これらのゴムは車両のタイヤの製造によく使用されます。

加硫技術はさまざまですが、通常、生ゴムまたはその他のエラストマー材料を、5 ～ 30% の硫黄またはその他の薬剤 (架橋反応を誘発するため)、活性化剤、促進剤、遅延剤と混合して架橋分子ネットワークを形成することが含まれます。 。

硫黄のみを使用した加硫は非常に時間がかかり、酸化劣化を引き起こして機械的特性が低下する可能性があります。このため、加硫をより低い温度で効率よく行うために促進剤が添加されます。 (これにより、必要な硫黄の量も減り、加硫ゴムの老化特性が改善されます)。

一般的に使用される添加剤には、酸化亜鉛 (活性化剤)、グアニジン、チアゾール、キサンテート、チウラム (促進剤)、酢酸、塩化カルシウム (凝固剤)、アミン、フェノール類、亜リン酸塩 (酸化防止剤)、着色顔料、油、消泡剤などがあります。エージェント。

ゴムを成形または成形するときに亀裂が生じるのを防ぐために、混合段階では積極的な加硫を避けなければなりません。

加硫プロセスの背後にある科学

加硫はゴムの製造方法とその適用方法に革命をもたらしました。加硫が発見される前は、天然ゴムは酸と熱を使用して凝固し、可鍛性を与えていました。高温になるとゴムがベタベタして溶け始めます。しかし、温度が低すぎるとすぐに脆くなってしまいます。工業環境でゴムを使用するのは高価であり、これらの方法を使用するのは非現実的でした。

では、ゴムはどのようにして加硫されるのでしょうか？木から採取された天然ラテックス樹液にはイソプレン分子が含まれています。ラテックスが乾燥すると、分子が密集して隣接する分子の炭素二重結合を攻撃します。二重結合が切断され、電子が再形成されてイソプレン分子が結合し、モノマーに変わります。このプロセスは、多くのイソプレン分子が結合してモノマー (ポリマー) の長い鎖または鎖を形成するまで続きます。

イソプレンのモノマー鎖の集合体はポリイソプレンと呼ばれ、静電結合を形成して互いにくっつきます。これにより、引っ張られるとストランドが相互に動き、緩めると元の状態に戻り、ゴムにある程度の自然な弾性が与えられます。

硫黄を加え、適切な温度と圧力を加えると、硫黄原子がイソプレン鎖内の炭素原子の二重結合を攻撃し、結合します。硫黄原子もまた、それ自体と結合して、イソプレンのさまざまな鎖を結び付けます。これは、永久的な状態での架橋として知られています。

架橋は、加硫ゴムに引張強度を与える反応機構です。最も簡単に言えば、架橋はポリマー鎖を結合する化学プロセスです。これは、茹でていないスパゲッティのボウルにたとえることができます。ボールからそれぞれの糸を引き抜くのは非常に簡単ですが、調理して乾燥すると、それらは互いにくっついて引き離すのが難しくなります。

架橋されていないポリマー鎖は自由に動き回りますが、架橋された鎖は加熱や引っ張りによる応力下でも流動する可能性がはるかに低くなります。また、耐溶剤性も高く、より強固なコーティングや結合用途に使用できます。

架橋により網目状の構造が生まれ、ゴムはより安定した弾性を持ち、一度形成されると簡単には分解されません。ゴムの化学変化によるこの永続的な性質は、熱硬化性と呼ばれます。

加硫には 3 つの段階、すなわち誘導、架橋、最適状態があります。

• 誘導（またはスコーチ）段階では、180°F ～ 230°F の温度でゆっくりとした架橋反応が始まります。架橋によりゴムの成形が不可能になるため、成形ゴムは通常、加熱する前に成形されます。
• 架橋または硬化段階中に、永久的な架橋が形成されます。混合物を250〜400°Fまで加熱して加硫を加速し、迅速な架橋をもたらします。
• 最適な状態では、加硫ゴムは張力下で最大 10 回の変形サイクル後に元の長さに戻ることができます。硬化プロセスが最適な状態を超えて継続する場合、それは過硬化として知られています。硬化または過硬化の最終最適状態とは、ゴムコンパウンドのすべての特性が弾性挙動に達するまで形成されることを意味します。

形成される架橋は、加硫剤の量、反応時間、温度、ゴム自体の性質によって異なります。

ゴムの加硫を発明したのは誰ですか?

人類は何千年もの間、ゴムを使用してきました。古代のオルメカ人はゴム科学の最も初期の実践者であり、ブドウの樹液と煮沸したゴムの樹液を混合して独自の加硫ゴムを作成しました。これは防水のために使用され、もちろんバスケットボールの初期の形式でもありました。

1820年代、チャールズ・マッキントッシュという化学者が発明家のトーマス・ハンコックと協力してこのプロセスを改良しました。天然ゴムをベンゼンに溶かし、加熱してゴムシートや防水布を製造しました。後年に硫黄がプロセスに追加されました。

しかし、私たちが知っている現代の加硫加工は、チャールズ グッドイヤーに起因すると考えられます。グッドイヤー氏は、雑貨店で救命胴衣を見つけて以来、ゴムに夢中になりました。グッドイヤーは時間と資源のすべてをゴムに投資しました。ある日、彼は誤ってゴムとガムの混合物を熱いストーブの上にこぼしてしまい、「革のように焦げて」固まってしまいました。彼は、適切なタイミングでプロセスを停止することで、ゴムの粘着力と安定性がさらに高まると信じていました。グッドイヤーはゴムの「硬化」を開始し、サンプルをトーマス・ハンコックに送りました。ハンコックは表面に硫黄があることに気づき、ゴムの加工に硫黄を添加し始めました。

グッドイヤーは、ハンコックがイギリスの特許を破ってから数週間後に、加硫加工に関する米国の特許を取得した。加硫という用語はハンコックの友人に由来し、ローマの火の神ヴァルカンを指します。

グッドイヤーの発見は産業革命を引き起こしましたが、悲しいことに彼の粘り強さは報われず、彼は20万ドル以上の借金を抱えて亡くなりました。有名なグッドイヤー タイヤ会社は、業界への彼の重要な貢献を称えて、後に彼の名にちなんで名付けられました。

前述したように、加硫プロセス中に硫黄のみを使用することは、あまり効果的ではなく、速くも経済的でもありません。そのため、アメリカの化学者ジョージ・エンスラガーが、加硫プロセスに促進剤を添加すると硬化プロセスが改善されることを発見するまで、ゴムは広く使用されませんでした。彼が発明した加硫法は、今日でも広く使用されています。

加硫ゴムの用途と利点は何ですか?

加硫処理により、弾性、硬度、引き裂き強度、耐有機溶剤性、耐摩耗性が向上します。また、弾力性、低吸水性、耐酸化性に優れ、電気絶縁体としても優れています。

天然ゴムが正しく加硫されていれば、分子レベルで存在する弱点がなく、その利点が維持され強化されます。加硫後、新しく作られたポリマー鎖がゴムを強化します。縮んで硬くなります。これにより、加硫ゴムは損傷や変形を受けにくくなり、引張強度が向上します。

この耐久性は、激しいアクティビティでの耐久性と耐水性が最も重要となる多くの製品 (スポーツ時計のストラップやゴム靴のソールなど) で使用するのに最適な素材です。加硫ゴムの最も一般的な用途はタイヤです。タイヤは、強度をさらに高めるためにカーボン ブラックで強化されることがよくあります。世界中で年間 10 億本以上のタイヤが製造されています。

加硫ゴムは、ゴムホース、靴底、断熱材、振動ダンパー、消しゴム、ショックアブソーバー、子供のおもちゃ、コンベアベルト、ゴムで裏打ちされたタンクなどの製造にも使用されます。

加硫ゴムは環境に優しいのでしょうか？

加硫ゴムは天然ゴムよりも丈夫で分解しにくいですが、高温の堆肥化容器内では加硫ゴムが生分解するという証拠があります。加硫の利点は、ゴム製品は非常に耐久性があるため、簡単に再生または再利用できることです。古いゴムタイヤは、再生したり、アスファルト、造園用マルチ、芝生の詰め物、家畜用マットとして再利用したりできます。化合物に添加することもできます。

結論

加硫により、コスト効率の高い方法で、より強く、より丈夫で、より長持ちするゴム製品が作成されます。ハンコックやグッドイヤーなどの発明者のおかげで、加硫ゴムは手頃な価格で入手しやすく、毎年使用および再利用できる製品になりました。

グローバル O リングでの加硫

グローバル O リングは社内で加硫処理を行うことができます。コードストックを結合してカスタム O リングを定期的に作成しています。当社では、熱を使用してゴムコードストックを O リングに加硫スプライスして架橋し、非常に強力な接合を作成します。

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