일반적인 타이어 트레드 컴파운드에서 고무 폴리머는 전체 중량의 약 47%만을 차지합니다. 나머지는 카본 블랙, 프로세스 오일, 산화 아연, 황, 촉진제 및 분해 방지제의 형태로 혼합기에 도착합니다. 이 단일 비율은 고무가 무엇으로 만들어졌는지에 대한 질문에 답하는 가장 빠른 방법입니다. 왜냐하면 사람들이 실제로 자르고, 성형하고, 판매하는 재료는 하나의 물질이 아니기 때문입니다. 이는 폴리머에 주의 깊게 무게를 잰 화학 패키지를 더한 것입니다.
30-40% 신선한 필드 라텍스의 고무 탄화수소 함량
100phr 모든 레시피의 기반이 되는 고정된 기준 중량
1.5-2.5phr 기존 경화 시스템의 황
짧은 대답: 폴리머 백본과 합성 패키지
고무는 필러, 오일, 경화제 및 보호 화학 물질이 결합된 긴 사슬 폴리머로 만들어집니다. 폴리머 자체는 Hevea brasiliensis 나무에서 추출한 cis-1,4-폴리이소프렌이거나 석유 및 천연 가스에서 회수된 모노머의 반응기에서 만들어진 합성 사슬입니다. 레시피의 다른 모든 것은 해당 체인을 처리 가능하고 내구성 있고 예측 가능하게 만들기 위해 존재합니다.
고무는 단일 물질이 아닌 탄성 폴리머 네트워크입니다. 고무 같은 행동은 긴 폴리머 사슬을 서로 묶는 가교 결합에서 비롯됩니다. 이러한 가교가 없으면 동일한 사슬이 가열되면 부드러워지고 흐릅니다.
천연 고무 뒤에 있는 5개의 탄소로 구성된 단량체인 이소프렌은 작은 분자입니다. 중합은 수천 개의 단위를 머리에서 꼬리까지 연결하여 분자량이 몰당 수십만 그램에 도달할 수 있는 사슬로 연결됩니다. 이 길이는 체인이 서로 고정되어 있는 경우 재료가 원래 길이의 몇 배로 늘어나고 회복될 수 있게 해줍니다.
원료 폴리머 자체는 생산 라인에서 거의 쓸모가 없습니다. 가황되지 않은 천연고무는 따뜻한 날씨에는 끈적거리고 추운 날씨에는 부서지기 쉬우며, 섭씨 60도 이상에서는 급격히 강도를 잃습니다. 컴파운딩 패키지는 이러한 약점을 수정합니다. 이것이 바로 여러분이 읽게 될 거의 모든 사양이 폴리머가 아닌 화합물을 설명하는 이유입니다.
천연고무: 나무에서 나오는 것
천연 고무는 약 30~40%의 폴리이소프렌, 55~65%의 물, 작지만 중요한 단백질, 지질, 설탕 및 무기염으로 구성된 유백색 현탁액인 필드 라텍스로 만들어집니다. 고무가 아닌 부분은 무게로 보면 아주 작지만 치료 행동, 냄새, 노화 및 알레르기 위험을 유발합니다.
| 구성 요소 | 일반적인 점유율 | 왜 중요한가요? |
| 시스-1,4-폴리이소프렌 | 30~40% | 소재의 탄성 백본 |
| 물 | 55~65% | 캐리어 상, 응고 및 건조 중에 제거됨 |
| 단백질 | 1~2% | 나무에 있는 라텍스를 안정화시키고 사람들에게 Type I 라텍스 알레르기를 유발합니다. |
| 지질과 수지 | 1~2% | 천연 항산화제 역할을 하며 경화에 영향을 미칩니다. |
| 탄수화물 | 약 1% | 박테리아를 먹이기 때문에 암모니아나 다른 방부제가 첨가됩니다. |
| 재와 미네랄 소금 | 1% 미만 | 잔류물로 남아 데이터 시트에 회분 함량으로 보고됩니다. |
수확은 나무가 약 5~7년 정도 되었을 때 시작됩니다. 채취기는 얇은 나선형 껍질을 깎고, 라텍스는 컵에 담아 운송을 위해 액체를 암모니아와 함께 보존합니다. 공장에서 라텍스는 개미산으로 응고된 후 세 가지 상업적 형태(비훈제 시트, 골이 있는 훈제 시트 또는 기술적으로 지정된 등급으로 판매되는 부스러기 고무) 중 하나로 가공됩니다.
등급 이름은 구성 정보를 담고 있습니다. SVR 10, SIR 20 또는 SMR 20과 같은 표시는 최대 허용 먼지 함량(100분의 1)을 나타내므로 20등급 고무는 10등급 재료에 비해 약 2배의 오염이 허용됩니다.
두 가지 폴리머 경로를 더 자세히 비교하기 위해 천연라텍스와 합성폴리머 공급업체로부터 받은 원자재 사양과 함께 읽어 볼 가치가 있습니다.
합성고무: 정제소에서 나오는 것
합성 고무는 석유와 천연가스에서 회수된 단량체로 만들어진 다음 제어된 온도, 압력 및 촉매 조건 하의 반응기에서 중합됩니다. 모노머 비율은 좁은 창 내에서 조정될 수 있기 때문에 생성된 폴리머는 농장 고무보다 배치별로 훨씬 더 일관성이 있습니다.
| 가족 | 모노머 시작 | 뛰어난 속성 | 일반적인 부품 |
| SBR | 스티렌과 부타디엔 | 젖은 그립감과 내마모성 | 타이어 트레드, 신발 밑창 |
| BR | 부타디엔 | 저온 유연성 | 측벽, 벨트 커버 |
| EPDM | 에틸렌, 프로필렌, ENB 등의 디엔 | 오존 및 내후성 | 루핑, 실외매트, 호스 |
| NBR | 아크릴로니트릴과 부타디엔 | 오일 및 연료 저항성 | 개스킷, 연료 호스, 씰 |
| CR | 클로로프렌 | 난연성 및 내후 안정성 | 벨트, 케이블 재킷 |
| IIR | 몇 퍼센트의 이소프렌을 함유한 이소부틸렌 | 매우 낮은 공기 투과성 | 내부 튜브, 경화 블래더 |
| 실리콘 | 폴리디메틸실록산 | 넓은 서비스 온도 범위 | 씰, 식품 접촉 부품 |
부틸 고무에는 이소프렌이 중량 기준으로 약 1~2%만 포함되어 있습니다. 불포화 단위의 작은 부분은 비활성 사슬이 전혀 가황되도록 하는 것입니다.
ISO 1629 명명 시스템은 이러한 자료를 백본 구조에 따라 그룹화합니다. NR, SBR, BR, NBR 및 CR과 같이 R 접미사가 붙은 등급은 불포화 탄소 사슬을 가지며 황으로 쉽게 경화됩니다. EPDM 및 실리콘을 포함하여 접미사 M이 붙은 등급은 포화 사슬을 가지며 일반적으로 대신 과산화물, 수지 또는 유사한 경화 시스템이 필요합니다.
그 밖의 내용 : 배합 레시피
고무 100부당 범용 화합물은 일반적으로 카본 블랙 40~60phr, 프로세스 오일 5~30phr, 산화 아연 3~5phr, 스테아르산 1~2phr, 황 1.5~2.5phr, 촉진제 0.8~2phr, 분해 방지제 1~3phr을 포함합니다. 이러한 수치는 기존 황 경화 화합물의 작업 범위이며, 내열성, 내유성 또는 낮은 압축 영구 변형이 사양에 들어가면 상당히 달라집니다.
고무 및 플라스틱 혼합용 고무 Banbury 기계 카본 블랙, 프로세스 오일 및 고무 화합물의 첨가제를 분산시키기 위해 유압 제어 및 최적화된 로터를 갖춘 고성능 혼합기입니다. 제품보기 → 해당 문장의 모든 숫자는 phr로 측정되며, 이는 고무 100개당 부품을 나타냅니다. 기준 중량은 항상 폴리머 100부이며 최종 화합물 중량이 아니므로 비율을 다시 계산하지 않고도 레시피의 규모를 확대하거나 축소할 수 있습니다.
카본 블랙은 기계식 고무 제품에서 40 phr 미만인 경우가 거의 없습니다. 그 수준 이하로 자르면 인장 강도와 인열 저항성이 빠르게 떨어지지만, 비록 화합물이 가공하기 쉽고 혼합 비용이 저렴해지더라도 말입니다.
성분군은 5가지 기능 그룹으로 분류됩니다.
- 주로 카본 블랙과 침강 실리카로 구성된 필러는 강도, 경도 및 내마모성을 추가합니다.
- 가소제와 프로세스 오일은 혼합물을 부드럽게 하고 흐름을 개선하며 혼합 온도를 낮춥니다.
- 산화 아연 및 스테아르산과 같은 활성화제는 촉진제를 활성 형태로 전환합니다.
- 경화제, 황 또는 과산화물은 고무를 탄력있게 만드는 가교결합을 생성합니다.
- 아민, 페놀, 왁스를 포함한 분해 방지제는 산소, 오존 및 열 노화를 늦춥니다.
폴리머에서 제품까지: 4가지 가공 단계
이러한 재료를 사용 가능한 부품으로 바꾸는 데는 4단계가 따르며, 각 단계에서 구성이 변경됩니다. 50kg 배치에서 몇 그램의 가중 오류는 IRHD 척도에서 경도를 여러 포인트만큼 이동시키는 데 충분합니다.
코팅 및 캘린더링용 3롤 고무 캘린더 기계 코팅 코드, 캔버스 또는 캘린더링 엔지니어링 타이어 내부 라이너 시트를 위한 PLC 제어 및 조정 가능한 롤 간격을 갖춘 3롤 캘린더입니다. 제품보기 → 합성
성분의 무게를 phr 레시피에 맞게 측정하고 포장합니다. 폴리머 베일은 절단되고 가열되며 종종 사전 저작되어 필러가 들어가기 전에 무니 점도를 범위 내로 가져옵니다.
혼합
내부 믹서 또는 개방형 분쇄기는 카본 블랙과 오일을 폴리머로 접습니다. 너무 뜨겁게 배출되는 혼합물은 믹서에서 부분적으로 타거나 경화되기 때문에 덤프 온도는 중요한 제어 지점입니다.
쉐이핑
캘린더링은 제어된 게이지 시트를 생성하고, 압출은 프로파일과 호스를 형성하며, 압축 또는 사출 성형은 캐비티를 채웁니다. 이 단계에서는 화합물이 여전히 열가소성이므로 재작업이 가능합니다.
가황
열은 경화 시스템을 작동시키고 모양을 영구적으로 고정시킵니다. 두꺼운 부품은 섭씨 150~160도에서 20분 동안 프레스에 들어갈 수 있으며, 얇은 압출 프로파일은 연속적으로 경화될 수 있습니다.
유황 자체만으로는 무거운 부분을 경화시키는 데 몇 시간이 걸릴 수 있습니다. 촉진제는 이를 몇 분으로 단축하므로 상업용 화합물이 황만으로 경화되는 경우는 거의 없습니다.
데이터 시트에 구성이 표시되는 방식
고무 데이터 시트는 폴리머 식별, 모노머 비율, 오염 한계 및 처리 동작을 보고하며, 이는 눈에 보이지 않는 화학 물질을 비교할 수 있는 숫자로 바꿔줍니다. 신청서와 비교하여 해당 숫자를 읽는 것이 자료가 라인에 도달하기 전에 불일치를 찾아내는 가장 빠른 방법입니다.
- NBR의 아크릴로니트릴 함량은 낮은 오일 저항의 경우 약 18%에서 심한 연료 접촉의 경우 최대 42%입니다.
- SBR의 결합 스티렌은 일반적으로 표준 유제 등급에서 약 23.5%이며, 스티렌이 높을수록 젖은 그립과 열 축적이 증가합니다.
- 에틸렌 및 프로필렌 비율과 ENB 함량은 EPDM의 경화 방법과 오존에 대한 내성을 정의합니다.
- 섭씨 100도에서의 무니 점도 ML(1·4)은 일반적으로 혼합 화합물의 경우 40~80 사이에 해당합니다.
- 재, 휘발물질, 먼지 함량이 천연고무 등급 선택의 한계를 정합니다.
두 공급업체가 동일한 등급명을 인용하고 다른 재료를 납품할 수 있습니다. 천연 고무의 배치별 변동은 농장 현실이지만, 합성 등급은 엄격한 사양 범위 내에 있습니다.
천연고무
- 출처: Hevea 나무의 라텍스
- 매우 높은 인장강도와 인열강도
- 탁월한 저온 유연성
- 열악한 오일 및 연료 저항성
- 날씨와 파종 주기에 따라 가격이 변동합니다.
합성고무
- 출처: 정제소 모노머
- 단량체 비율에 따라 조정되는 특성
- 내유성, 내열성, 내오존성 가능
- 배치마다 일관됨
- 공급원료 및 에너지 비용과 관련된 가격
사양이 가장 중요한 경우, 폴리머 자체가 아닌 완성된 부품을 기준으로 화합물 데이터를 확인해야 합니다. 동일한 추론이 전체에 적용됩니다. 산업용 고무 제품 , 시트 및 매트부터 호스 커버 및 벨트 컴파운드까지.
재생 고무: 두 번째 삶 이후의 구성
재생 고무는 분쇄된 스크랩(대부분 수명이 다한 타이어)으로 만들어지며, 탈황 처리되고 다시 가공 가능한 시트로 정제됩니다. 이 재료에는 여전히 고무 탄화수소가 포함되어 있지만 원래 화합물에 있던 카본 블랙, 오일, 재 및 경화 잔류물도 포함되어 있습니다.
고무분말 생산용 폐타이어 재활용 기계 수명이 다한 타이어에서 10메쉬와 -40메쉬의 고무분말을 준비하는 파쇄, 스크리닝, 자력분리 시스템입니다. 제품보기 → 이 공정은 연삭, 강철의 자기 분리, 직물 섬유 제거로 시작됩니다. 탈황은 열-기계적, 화학적 또는 마이크로파 지원을 통해 이루어지며 최종적으로 정제를 통해 매끄러운 시트가 생성됩니다. 일반적인 재생에는 약 40~50%의 고무 탄화수소가 포함되어 있으며 나머지는 카본 블랙과 미네랄 충전재로 구성됩니다.
재생은 일반적으로 기술 화합물에 5~20phr로 로드됩니다. 해당 수준 이상에서는 경화 속도가 증가하는 경우가 많지만 인장 강도와 압축 영구 변형이 눈에 띄게 저하됩니다.
재생을 추가하면 원자재 비용이 낮아지고 스크랩이 매립되지 않게 되므로 매트, 휠 초크 및 기타 중요하지 않은 제품에 정기적으로 나타납니다. 가격보다 일관된 압축 영구 변형이 중요한 동적 씰이나 고온 응용 분야에는 적합하지 않습니다.
자주 묻는 질문
고무는 기름으로 만들어지나요?
부분적으로. 합성고무는 석유나 천연가스에서 나오는 부타디엔, 스티렌, 이소프렌 등의 단량체로 만들어집니다. 천연 고무는 Hevea brasiliensis 나무의 라텍스에서 나오므로 그렇지 않습니다. 대부분의 산업용 고무 제품은 둘 중 하나를 사용하며 많은 경우 단일 화합물에 두 가지를 모두 사용합니다.
분자 수준에서 천연 고무와 합성 고무의 차이점은 무엇입니까?
천연 고무는 거의 순수한 시스-1,4-폴리이소프렌으로, 변형 시 결정화되고 매우 높은 강도를 제공하는 일반 사슬입니다. 합성 등급은 두 개 이상의 단량체로 구성되므로 사슬은 길이에 따라 서로 다른 측면 그룹을 가지고 있습니다. 이러한 측면 그룹은 NBR의 내유성 또는 EPDM의 내후성을 생성합니다.
고무 레시피에서 phr은 무엇을 의미하나요?
Phr은 고무 100개당 부품을 나타냅니다. 모든 성분은 고무 폴리머 중량 100부에 대해 표시되므로 카본 블랙 50phr의 화합물에는 폴리머의 절반 정도의 블랙이 포함되어 있습니다. 이는 완성된 믹스의 백분율이 아닌 비율 시스템입니다.
유황 없이 고무를 만들 수 있나요?
예. EPDM, 실리콘 및 다양한 특수 등급은 황 대신 과산화물, 페놀 수지 또는 금속 산화물로 경화됩니다. 유황은 가격이 저렴하고 NR, SBR 및 NBR과 같은 불포화 사슬과 잘 작용하기 때문에 가장 일반적인 치료법으로 남아 있습니다.
구성 이야기는 적용이 시작되는 곳에서 끝납니다. 화합물은 폴리머, 필러 로드 및 경화 시스템이 열, 오일과 일치하고 부품 굴곡이 실제로 충족될 때만 정확합니다.
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