Ipari korom felhasználása a modern gumiabroncsgyártásban
A gumiabroncsgyártás egy komplex ipari folyamat, amely során számos alapanyag és technológia ötvöződik, hogy a végtermék megfeleljen a szigorú teljesítmény- és biztonsági előírásoknak. Az anyagjellemzők, mint a szilárdság, tartósság, vízállóság és hőállóság, teszik a gumit rendkívül sokoldalúvá, különösen az autóiparban, ahol a gumiabroncsok gyártása a fő felhasználási terület.
A korom mint kulcsfontosságú erősítő töltőanyag
A korom az egyik legfontosabb töltőanyag a gumikban, különösen a gumiabroncsok esetében, hogy a gumi anyag kopásállóságát és szakítószilárdságát biztosítsa. A korom a parakristályos szén egyik formája, amelynek felületéhez kemiszorbeált oxigénkomplexek (például karbonsav, kvinonsav, laktonikus, fenolos csoportok és mások) kapcsolódnak. Ezeket a felszíni oxigéncsoportokat általában „illékony komplexek” kifejezés alá csoportosítják. Ennek az illékony tartalomnak köszönhetően a korom nem vezető anyag. A korom nagy felület-térfogat aránya gyakori erősítő töltőanyaggá teszi.
Szinte minden gumitermék, amelyhez elengedhetetlen a szakítószilárdság és a kopásállóság, kormot használ. Az ipari korom fontos töltőanyagnak számít az abroncsok és más ipari gumitermékek gyártása során. A gumiabroncsiparban használt korom a gumiiparban szükséges korom több mint 80%-át teszi ki. A különféle gépjárművek (ideértve a motorkerékpárokat is) gumiabroncsain kívüli gumitermékek általában "gumi termékekre" hivatkozunk. A gumi termékek évente körülbelül 20% gumi koromot fogyasztanak. Sokféle gumitermék létezik, a felhasználási feltételek és a teljesítménykövetelmények fő funkcióik szerint változnak, mint például szalag, gumi tömlő, gumi lemez, gumi csillapító termékek, gumihenger, vezető vagy antisztatikus gumi termékek, kemény gumi és gumi cipők, és így több termékkategória.
A korom fontos megerősítő töltőanyag a megerősítő töltőrendszerben, amely jelentős hatással van a gumi fizikai és mechanikai tulajdonságaira és feldolgozási technológiájára. Ugyanakkor befolyásolja a hőálló, az olajálló, a korrózióálló közeg és a gumi egyéb tulajdonságait, bár ez a hatás sokkal kevésbé jelentős, mint a gumi, a vulkanizáló rendszer és a védelmi rendszeré. A koromrészecskék azonban erősen hajlamosak aggregátumokat képezni, amelyeket nehéz homogén módon diszpergálni.
Gumi alapanyagok és alternatív erősítőszerek
A gumi kaucsuk növény, amely speciális eljárással alakítható gumivá. Természetes gumit indiai guminak vagy caoutchoucnak is neveznek. A természetes gumit elasztomernek minősítik, és főként a poli-cisz-izoprén szerves vegyület és a víz polimerjeiből áll. Nyomokban szennyeződéseket tartalmaz, például fehérjét, szennyeződést stb. Természetes gumi, amely latexként származik a gumifából Hevea Brasiliensis, kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik. A szintetikus gumikhoz képest azonban a természetes gumi anyagteljesítménye alacsonyabb, különösen hőstabilitása és kőolajtermékekkel való kompatibilitása tekintetében. A természetes gumi széles körű alkalmazásokkal rendelkezik, akár önmagában, akár más anyagokkal kombinálva. Leginkább nagy nyúlási aránya, nagy rugalmassága és rendkívül magas vízzárósága miatt használják.
Minden az autógumi élettartamáról
A szintetikus gumi bármilyen mesterséges elasztomer. A szintetikus gumik főként kőolaj melléktermékekből szintetizált polimerek, és más polimerekhez hasonlóan különböző kőolajalapú monomerekből készülnek. A legelterjedtebb szintetikus gumi a sztirol-butadién gumi (SBR), amelyet sztirol és 1,3-butadién kopolimerizációjából nyernek. Más szintetikus gumikat izoprénből (2-metil-1,3-butadién), klórprénből (2-klór-1,3-butadién) és izobutilénből (metilpropén) állítanak elő kis százalékban izoprénnel térhálósítás céljából. Ezek és más monomerek különböző arányban keverhetők kopolimerizációhoz, hogy számos fizikai, mechanikai és kémiai tulajdonsággal rendelkező terméket állítsanak elő. A monomerek tisztán előállíthatók, és a szennyeződések vagy adalékanyagok hozzáadása tervezéssel szabályozható az optimális tulajdonságok elérése érdekében.
A sztirol-butadién vagy sztirol-butadién gumi (SBR) szintetikus gumikat ír le, amelyek sztirolból és butadiénből származnak. Megerősített sztirol-butadién, amelyet magas kopásállóság és jó öregedésgátló tulajdonságok jellemeznek. A nem megerősített SBR korlátait a megerősítés nélküli alacsony szilárdság, az alacsony rugalmasság, az alacsony szakítószilárdság (különösen magas hőmérsékleten) és a rossz tapadás okozza. Ezért erősítőszerekre és töltőanyagokra van szükség az SBR tulajdonságainak javításához.
Egyéb erősítő és töltőanyagok
- Szilícium-dioxid (SiO2): Szilícium-dioxid (SiO2, szilícium-dioxid) számos formában használják, például amorf szilícium-dioxidban, pl. füstölt szilícium-dioxidban, szilícium-dioxid-füstben, kicsapódott szilícium-dioxidban, hogy javítsák az anyag jellemzőit a dinamikus mechanikai tulajdonságok, a termikus öregedési ellenállás és a morfológia tekintetében. A szilícium-dioxiddal töltött vegyületek növekvő viszkozitást és térhálósodási sűrűséget mutatnak a növekvő töltőanyag-tartalomhoz. A kicsapódott vagy füstölt szilícium-dioxidot a korom helyettesítésére használják, amikor a gumi megerősítése szükséges, de a fekete színt kerülni kell.
- Grafén-oxid: Az SBR-ben diszpergált grafén-oxid nagy szakítószilárdságot és szakítószilárdságot, valamint kiemelkedő kopásállóságot és alacsony gördülési ellenállást eredményez, amelyek fontos anyagtulajdonságok a gumiabroncsgyártás számára. A grafén-oxiddal és szilícium-dioxiddal megerősített SBR versenyképes alternatívát kínál a környezetbarát gumiabroncsgyártáshoz, valamint a nagy teljesítményű gumikompozitok gyártásához. A grafén és a grafén-oxid sikeresen, megbízhatóan és könnyen hámozható szonikálás alatt.
- Szén nanocsövek: A nanorészecskékre vonatkozik: Minél kisebb a részecskeméret, annál nagyobb a részecskék fajlagos felülete. Szonikálás bizonyítottan diszpergál sok más nanoszemcsés anyagot, hogy javítsa a modulust, szakítószilárdság, és fáradási tulajdonságai gumi kompozitok. A többfalú szén nanocsövek (MWNT) javítják Young modulusát és folyáshatárát.
Ultrahangos diszpergálás a nanorészecskék homogén eloszlatására
Az olyan töltőanyagokat, mint a korom és a nanorészecskék, rendkívül nehéz homogén módon eloszlatni a gumi mátrixban az agglomerációra való hajlamuk miatt. Az ultrahangos diszpergáló berendezés kavitációt és nagy nyíróerőket hoz létre a nanorészecskék és nanocsövek megzavarására, deagglomerálására, kibontására és diszpergálására. Az ultrahangos kezelés intenzitása pontosan beállítható és szabályozható, hogy az ultrahangos feldolgozási paraméterek tökéletesen adaptálhatók legyenek, figyelembe véve a koncentrációt, az agglomerációt és a nanoanyag összehangolását / összefonódását. Ezáltal a nanoanyagok optimálisan feldolgozhatók az adott anyag követelményeinek megfelelően.
Az ultrahangos homogenizátorok erőteljes diszpergáló rendszerek, amelyek pontosan szabályozhatók és beállíthatók a folyamat és az anyagkövetelményekhez. Az ultrahangos folyamatparaméterek pontos ellenőrzése különösen fontos a nanocsövek, például MWNT vagy SWNT diszpergálásához, mivel a nanocsöveket egyetlen csőbe kell bontani sérülés nélkül (pl. olló). A sértetlen nanocsövek nagy képarányt kínálnak (akár 132 000 000:1), így kompozit formulává alakítva kivételes szilárdságot és merevséget biztosítanak. Az ultrahangos diszpergálószerek rendkívül egyenletes részecskeeloszlást biztosítanak a szilícium-dioxidból (SiO2) nanorészecskék gumipolimer oldatokban. Szilícium-dioxid (SiO2) A nanorészecskéket monodiszpergált részecskékként homogén módon kell elosztani polimerizált sztirol-butadiénben és más gumikban. Monodiszpergált nano-SiO2 erősítőszerként működik, amely jelentősen javítja a szívósságot, az erőt, a nyúlást, a hajlítást és az öregedésgátló teljesítményt.
A Hielscher Ultrasonics ultrahangos berendezések széles választékát kínálja - a kisebb asztali rendszerektől a megvalósíthatósági teszteken át a nagy teherbírásig ipari ultrahangos egységek akár 16kW egységenként. Teljesítmény, megbízhatóság, pontos szabályozhatóság, valamint robusztusságuk teszi Hielscher ultrahangos diszpergáló rendszereit a „munka ló” a mikron- és nanorészecske-készítmények gyártósorában. Ultrahangos készülékeink képesek vizes és oldószer alapú diszperziók feldolgozására nagy viszkozitás (akár 10 000 CP) könnyedén. Hielscher Ultrasonics ipari ultrahangos processzorai nagyon tudnak szállítani nagy amplitúdók. Akár 200 μm-es amplitúdók is folyamatosan működtethetők 24/7 működésben, azonnal. Még nagyobb amplitúdók esetén testreszabott ultrahangos sonotrodes áll rendelkezésre. A Hielscher ultrahangos berendezésének robusztussága lehetővé teszi, hogy 24/7 működés nagy teherbírású és igényes környezetekben.
DOT Szám Jelentősége Gumiabroncsokon
A gumiabroncsok piaca és gyártási folyamata
Mielőtt a gyártási folyamatokat és alapanyagokat bemutatnánk, fontos szót ejteni a gumiabroncsok piacáról. Az alábbiakban összegeztük a Business Wire jelentésének főbb megállapításait:
| Év | Értékesített gumiabroncsok száma (millió darab) | Növekedési ütem (2022-2027) |
|---|---|---|
| 2021 | 2,268 | 2,8% |
| 2027 (előrejelzés) | 2,665 |
Milyen utat tesz meg egy gumiabroncs mielőtt az autójára kerül? A legtöbb használati tárgyhoz hasonlóan, a gumiabroncs is hosszú utat tesz meg mielőtt felhasználásra kerül. A következőkben a 0. lépéstől egészen az életciklus végéig kísérjük a gumikat.
A gumiabroncs életciklusának főbb lépései
- Kutatás és fejlesztés: A gumiabroncsgyártás első lépése minden esetben a kutatás és fejlesztés. Ez a fázis hosszú évekig is tarthat. A tudományos munka nehézségét fokozza, hogy egy termék akár 200 anyagot és 30 félkész anyagot is tartalmazhat. A tervezési folyamat része a prototípusok előállítása és tesztelése. Olyan tulajdonságokat vizsgálnak mint: kopási sebesség, elaszticitás, zajszint, féktáv.
- Gumigyártás: A gumiabroncsgyártás egy komplex ipari folyamat. A kutatás és fejlesztés szakasz sikeres befejezését követően megkezdődhet a tömeggyártás. Ennek lépései gyártónként jelentősen eltérhetnek. Míg a kisebb vállalatok nagyobb mértékben támaszkodnak a beszállítókra a késztermékek beszerzéséhez, addig a nagyobb cégek maguk állítják elő a szükséges komponenseket. A gumigyártás az alábbi lépésekre bontható: keverés, alkatrészgyártás, felépítés, vulkanizálás.
Amint a gyártáshoz szükséges termék komponensek rendelkezésre állnak, elkezdődhet az összeállítási szakasz. Ennek lépései:- A dob elnevezésű gépre felviszik a gumi anyagokat, belülről kifelé haladva.
- Egyes rétegeket megerősítenek speciális fémszálakkal.
- Majd az oldalsó részre vastag fém karikákat helyeznek.
- Ezt követően a dobot inflálják, így a gumi felveszi jellegzetes formáját.
- További összetevőkkel erősítik a gumit.
- A kémiai adalékanyagokat követően következik a vulakanizálás.
- A hőkezelés során formálják a gumit és kialakítják a mintázatot.
- Körülbelül 10-15 percig, 100-150 °C hőmérsékleten kezelik az abroncsokat.
- Szilárdsághordozók: acél, poliamid, poliészter, viszkóz.
- Segédanyagok: lebontószerek, ragadásgátlók, színezékek (grafit az abroncsok esetén), tapadásfokozók, égésgátlók, lágyítók: olajok, gyanták.
- Töltőanyagok: korom, kovasav (téli gumikban magasabb arányban megtalálható).
- Értékesítés: Ezt követően a gyártó cég értékesítési politikájának megfelelően értékesítésre kerülnek az abroncsok. Míg egyes vállalatok nagykereskedők vagy üzletek részére (B2B, business to business), más cégek közvetlenül a fogyasztóknak (B2C, business to customer) értékesítik a termékeket.
- Vásárlás és használat: Az értékesítést követően az abroncs felszerelésre kerül. Az átlagos gumi élettartama körülbelül 5 év, amely alatt 95-120000 kilométer tesz meg. Ez jelentősen változhat a felhasználási szokások és a termékminőség függvényében.
- Termék életciklus vége: Végül pedig eljut a termék életciklusa végére. Fontos, hogy a sérült abroncs újrahasznosítása szignifikánsan csökkentheti a negatív környezeti hatásokat. Így minden esetben törekedjen a felelős elhelyezésre.
Mégis mi kerül egy autógumin ennyibe?
Körforgásos gazdaság és újrahasznosított ipari korom (rCB)
Az elhasznált abroncsokból visszanyert ipari korom alkalmazása fontos lépés a körforgásos gazdaság elveinek érvényre juttatása szempontjából. A Continental nemrég újrahasznosított ipari kormot kezdett adagolni újonnan gyártott Super Elastic tömör abroncsainak keverékéhez a németországi Korbachban található üzemében, mellyel sikerült csökkentenie a fosszilis alapanyagok felhasználását és a kibocsátott szén-dioxid mennyiségét is. A visszanyert ipari korom a német gyártó egyik partnerétől, a Pyrum Innovations nevű beszállítótól származik, amely az elhasználódott abroncsokat pirolízises technológiával bontja le - ez teszi lehetővé a további használatra nem alkalmas abroncsok által tartalmazott értékes nyersanyagok kinyerését. Terveik szerint a jövőben a visszanyert ipari kormot a Continental más keverékeihez is felhasználják majd.
A Pyrolyx-szel történő együttműködés célja, hogy lehetővé tegyék az újrahasznosított ipari korom (recovered Carbon Black, rCB) felhasználását a különféle gumiabroncsok gyártása során. A Continental és a Pyrolyx öt évre szóló megállapodást kötött az abroncsgyártó cég üzemeibe történő rCB beszállításáról. A 2009-ben alapított Pyrolyx az Egyesült Államokban, Hollandiában és Németországban van jelen feldolgozóüzemekkel. A jelen megállapodás keretében a Pyrolyx 3 millió leselejtezett gumiabroncsot tervez feldolgozni, amelynek köszönhetően a Continentalnak évente legalább 25 millió tonna szén-dioxiddal lesz alacsonyabb a károsanyag-kibocsátása. A beszállítói megállapodás hozzájárul a Pyrolyx fejlődéséhez is, amely további üzemeket létesít Észak-Amerikában és Kelet-Európában. Ennek eredményeképpen a következő öt évben az újrahasznosított ipari korom értékesítési mennyisége évi 10 ezer tonnára emelkedhet.
A tömör abroncsok rendkívül stabilak, nem igényelnek karbantartást, nincsenek kitéve a defekteknek, és terhelhetőségük is magas, így használatuk kifejezetten gazdaságos. A beltéri logisztikai folyamatokhoz kapcsolódóan a legtöbb villástargonca már napjainkban is elektromos üzemű, ennél fogva nagyon fontos az alkalmazott akkumulátorok üzemideje. Az alacsony gördülési ellenállású abroncsok segítenek alacsonyan tartani a villanytargoncák energiafogyasztását, vagyis növelni az egy töltéssel megtehető távolságot. Nem mellékes, hogy az energiahatékonyság egyben értékes természeti erőforrások megtakarítását is jelenti.
tags: #autogumi #gyártás #ipari #korom #felhasználása