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1930 년대 말 미국은 세계 천연 고무 공급량의 절반 이상을 사용했습니다. 오늘날 천연 고무는 미국의 50,000 개가 넘는 제조 제품에서 발견 될 수 있으며 미국은 매년 30 억 파운드 이상의 천연 고무를 수입합니다. 그러나 현대 제조 공정에 사용되는 고무의 70 % 이상이 합성 고무입니다.
천연 고무의 배경
천연 고무는 라텍스로 시작합니다. 라텍스는 물에 현탁 된 폴리 이소프렌이라고 불리는 중합체로 구성됩니다. 함께 연결된 많은 (폴리) 개별 단위 (mer)로 구성된 장쇄 분자는 중합체를 형성합니다. 고무는 엘라스토머라고하는 특수한 형태의 폴리머로, 폴리머 분자가 늘어나거나 구부러지는 것을 의미합니다.
2,500 개 이상의 공장에서 우유 같은 수 액형 라텍스를 생산합니다. 유는 많은 사람들에게 가장 친숙한 라텍스 생산 공장 일 수 있지만 상업용 라텍스는 단일 열대 나무 인 Hevea brasiliensis에서 비롯됩니다. 이름에서 알 수 있듯이 고무 나무는 남미의 열대 지방에서 유래했습니다. 3,000여 년 전에 Mesoamerican 문명은 라텍스를 모닝 글로리 주스와 혼합하여 고무를 만듭니다. 라텍스 대 나팔꽃 주스의 비율을 변경하면 고무의 특성이 변경되었습니다. 탄력 볼부터 고무 샌들까지 Mesoamericans는 고무를 알고 사용했습니다.
1900 년 이전에는 대부분의 천연 고무가 브라질의 야생 나무에서 나왔습니다. 20 세기가 시작되면서 자전거와 자동차의 인기가 높아지면서 공급과 수요가 생산을 앞질렀습니다. 브라질에서 밀수 된 씨앗은 동남아시아에 고무 나무 농장으로 이어졌습니다. 1930 년대까지, 천연 고무 사용은 차량 및 항공기의 타이어에서부터 군인 신발, 의류 및 장비에서 발견되는 32 파운드에 이르기까지 다양합니다. 그때까지 대부분의 미국 고무 공급은 동남아시아에서 나왔지만, 제 2 차 세계 대전은 공급의 대부분에서 미국을 차단했습니다.
천연 고무 제조 공정
천연 고무 제조 공정은 고무 나무에서 라텍스를 수확하는 것으로 시작됩니다. 고무 나무에서 라텍스를 수확하는 것은 나무 껍질로 자르거나 자르는 것으로 시작합니다. 라텍스는 나무의 컷 바닥에 부착 된 컵으로 흘러 들어갑니다. 많은 나무에서 나온 라텍스 물질은 큰 탱크에 축적됩니다.
라텍스에서 고무를 추출하는 가장 일반적인 방법은 폴리 이소프렌을 덩어리로 만들거나 두껍게하는 공정 인 응고를 사용합니다. 이 공정은 포름산과 같은 산을 라텍스에 첨가함으로써 달성된다. 응고 과정은 약 12 시간이 걸립니다.
일련의 롤러를 사용하여 고무 응고 물에서 물을 짜냅니다. 약 1/8 인치 두께의 얇은 시트가 훈제 실의 나무 선반 위에서 건조됩니다. 건조 과정은 일반적으로 며칠이 걸립니다. 이제 리브 드 스모크 시트라고 불리는 결과적으로 짙은 갈색 고무가 베일로 접혀 프로세서로 배송됩니다.
그러나 모든 고무가 훈제되는 것은 아닙니다. 흡연 대신 열풍으로 건조 된 고무를 공기 건조 시트라고합니다. 이 과정은 고무의 품질을 향상시킵니다. 창백한 크레페 고무라고 불리는 훨씬 더 높은 품질의 고무에는 2 개의 응고 단계와 공기 건조가 필요합니다.
합성 고무 만들기
수년에 걸쳐 여러 유형의 합성 고무가 개발되었습니다. 분자의 중합 (연결)에 의한 결과입니다. 부가 중합이라 불리는 공정은 분자를 긴 사슬로 묶습니다. 축합 중합이라 불리는 또 다른 공정은 분자가 서로 연결될 때 분자의 일부를 제거한다. 부가 중합체의 예는 폴리 클로로프렌 (네오프렌 고무), 내유성 및 내유성 고무로 제조 된 합성 고무 및 타이어의 비 바운스 고무에 사용되는 스티렌 부타디엔 고무 (SBR)를 포함한다.
합성 고무에 대한 첫 번째 진지한 검색은 제 1 차 세계 대전 중에 독일에서 시작되었습니다. 영국의 봉쇄로 인해 독일은 천연 고무를받지 못했습니다. 독일 화학자들은 아세톤에서 3- 메틸 이소프렌 (2,3- 디메틸 -1,3- 부타디엔) 단위의 폴리머를 개발했습니다. 메틸 고무인이 대체물은 천연 고무보다 열등했지만 독일은 WWI가 끝날 때 한 달에 15 톤을 생산했다.
지속적인 연구로 더 우수한 품질의 합성 고무가 탄생했습니다. 현재 사용되고있는 합성 고무의 가장 일반적인 유형 인 Buna S (스티렌 부타디엔 고무 또는 SBR)는 1929 년 독일 회사 I.G에 의해 개발되었습니다. 파벤. 1955 년 미국의 화학자 Samuel Emmett Horne Jr.는 천연 고무처럼 행동하는 시스 -1,4- 폴리 이소프렌 98 %의 폴리머를 개발했습니다. SBR과 결합 된이 물질은 1961 년부터 타이어에 사용되었습니다.
가공 고무
천연이든 합성이든 고무는 큰 베일의 가공 공장 (제조업체)에 도착합니다. 고무가 공장에 도착하면 가공은 혼합, 혼합, 성형 및 가황의 4 단계를 거칩니다. 고무 배합 배합물 및 방법은 고무 제조 공정의 의도 된 결과에 의존한다.
컴 파운딩
컴 파운딩은 화학 물질 및 기타 첨가제를 첨가하여 사용 목적에 맞게 고무를 사용자 정의합니다. 천연 고무는 온도에 따라 변하며 추위에 취약하고 끈적 끈적한 끈적 끈적한 열로 부서집니다. 배합 동안 첨가 된 화학 물질은 가황 공정 동안 고무와 반응하여 고무 중합체를 안정화시킨다. 추가의 첨가제는 고무를 연장시키기 위해 고무 또는 비 강화 충전제의 특성을 향상시키기위한 강화 충전제를 포함 할 수 있으며, 이는 비용을 감소시킨다. 사용되는 필러의 종류는 최종 제품에 따라 다릅니다.
가장 일반적으로 사용되는 강화 필러는 그을음에서 추출한 카본 블랙입니다. 카본 블랙은 고무 인장 강도와 마모 및 찢김에 대한 내성을 증가시킵니다. 카본 블랙은 또한 자외선 분해에 대한 고무 저항성을 향상시킨다. 카본 블랙 필러 때문에 대부분의 고무 제품은 검은 색입니다.
고무의 계획된 사용에 따라, 사용되는 다른 첨가제로는 강화 충전제, 기타 폴리머, 재활용 고무 (일반적으로 10 % 미만), 피로 완화 화합물, 산화 방지제, 오존 저항 화학 물질, 착색 안료, 가소제로서 무수 규산 알루미늄이 포함될 수 있습니다 연화 오일 및 이형 화합물.
혼입
첨가제는 고무에 완전히 혼합되어야합니다. 고무의 높은 점도 (흐름 저항성)는 가황을 일으킬 정도로 고무 온도를 충분히 높이 (화씨 300도까지) 올리지 않으면 서 혼합을 달성하기 어렵게 만듭니다. 조기 가황을 방지하기 위해 혼합은 일반적으로 두 단계로 이루어집니다. 첫 번째 단계에서 카본 블랙과 같은 첨가제가 고무에 혼합됩니다. 이 혼합물을 마스터 배치라고합니다. 고무가 냉각되면 가황 용 화학 물질이 첨가되어 고무에 혼합됩니다.
형성
고무 제품 성형은 압출, 캘린더, 코팅 또는 성형 및 주조의 네 가지 일반적인 기술을 사용하여 이루어집니다. 최종 제품에 따라 하나 이상의 성형 기술이 사용될 수 있습니다.
압출은 일련의 스크류 압출기를 통해 고 플라스틱 고무를 강제로 구성합니다. 캘린더 링은 롤러 사이에서 점점 더 작은 간격을 통해 고무를 통과시킵니다. 롤러 다이 공정은 압출과 캘린더를 결합하여 개별 공정보다 우수한 제품을 생산합니다.
코팅은 캘린더 링 공정을 사용하여 고무 코팅을 적용하거나 고무를 직물 또는 기타 재료에 넣습니다. 타이어, 방수 천 텐트 및 비옷, 컨베이어 벨트 및 풍선 뗏목은 고무로 재료를 코팅하여 만듭니다.
신발 밑창과 발 뒤꿈치, 개스킷, 씰, 흡입 컵 및 병 마개와 같은 고무 제품은 금형을 사용하여 주조됩니다. 성형은 또한 타이어를 만드는 단계입니다. 고무 성형의 3 가지 주요 방법은 압축 성형 (타이어 중에서 타이어 제조에 사용), 트랜스퍼 성형 및 사출 성형입니다. 고무의 가황은 별도의 단계가 아닌 성형 공정 중에 발생합니다.
가황
가황은 고무 생산 공정을 완료합니다. 가황은 고무 중합체 사이의 교차 연결을 생성하며, 공정은 최종 고무 제품의 요구 사항에 따라 달라집니다. 고무 중합체 사이의 교차 연결이 적을수록 더 부드럽고 유연한 고무가 만들어집니다. 교차 연결 수를 늘리면 고무의 탄성이 감소하여 고무가 단단해집니다. 가황이 없으면 고무가 뜨거울 때 끈적 끈적하게 유지되고 추울 때는 부서지기 쉬우 며 훨씬 더 빨리 부패합니다.
Charles Goodyear가 1839 년에 처음 발견 한 가황은 고무에 황을 첨가하고 혼합물을 약 5 시간 동안 280F로 가열해야했습니다. 현대의 가황은 일반적으로 소량의 황을 다른 화학 물질과 결합하여 가열 시간을 15 분에서 20 분으로 줄입니다. 황을 사용하지 않는 대체 가황 기술이 개발되었습니다.