De allra vanligaste typerna av gummi och gummiprodukter som genomgår vulkanisering är däck till fordon, industriella packningar och tätningar, slangar för allt från hydraulik till livsmedelsanläggningar, samt diverse komponenter i exempelvis vibrationsdämpare och transportband. Processen bidrar till att förbättra gummits elastiska egenskaper och öka dess motståndskraft mot bland annat temperaturväxlingar, nötning och kemisk påverkan. Vi tar reda på mer om detta spännande ämne i artikeln nedan.
Vad innebär vulkanisering när det kommer till gummi?
Vulkanisering är en kemisk process som omvandlar rått eller ej färdigbehandlat gummi till ett elastiskt, formstabilt och slitstarkt material. Ordet ”vulkanisering” härstammar från den romerska eldguden Vulcanus, vilket antyder att hetta ofta är en av de kritiska faktorerna i processen. Genom att tillsätta svavel eller andra tvärbindande (crosslinking) ämnen vid förhöjd temperatur uppstår kemiska förbindelser mellan gummits långa polymerkedjor. Dessa förbindelser (svavelbryggor eller andra typer av kovalenta bindningar) låser gummit i en tredimensionell nätstruktur, vilket ger bättre styvhet, högre draghållfasthet och förbättrad elasticitet.
Enkelt uttryckt: innan vulkaniseringen kan gummit vara klibbigt och svårhanterligt. När väl de kemiska bindningarna etablerats mellan polymerkedjorna blir materialet mer robust och kan återgå till sin ursprungliga form efter deformation i större utsträckning än icke-vulkaniserat gummi. Processen möjliggör också att gummit behåller sina egenskaper i ett bredare temperaturspann, vilket är kritiskt i många industriella och tekniska applikationer.
När uppfanns denna process?
Den moderna vulkaniseringsprocessen tillskrivs ofta amerikanen Charles Goodyear, som omkring år 1839 upptäckte att blandning av rått gummi och svavel under upphettning gav ett stabilt och elastiskt material. Även om det i senare tid har framkommit att en brittisk uppfinnare, Thomas Hancock, arbetade parallellt med liknande metoder, erkänns Goodyear allmänt som den som först dokumenterade och patenterade processen. Patentet registrerades 1844. Upptäckten revolutionerade gummiindustrin eftersom det plötsligt blev möjligt att tillverka produkter med avsevärt högre kvalitet och mer konsekventa egenskaper än tidigare.
Före Goodyears upptäckt var gummi industriellt sett relativt oanvändbart för mer krävande applikationer. Rått naturgummi, särskilt i varma klimat, blev mjukt och klibbigt, och i kallt klimat sprött och hårt. Genom att introducera en kontrollerad vulkaniseringsprocess fick man ett material som uppvisade stabil elasticitet över ett betydligt bredare temperaturintervall.
Problemen som vulkning löste
Innan vulkaniseringsprocessen var gummit ofta alldeles för mjukt och klibbigt vid högre temperaturer, samtidigt som det blev stelt och sprödbräckligt när temperaturen sjönk. Problemet låg i polymerernas oförmåga att upprätthålla sin form och elasticitet under varierande yttre förhållanden. Denna brist gjorde det svårt att förlita sig på gummi i industriella applikationer, där stabila egenskaper är ett absolut krav för både effektivitet och säkerhet.
Vulkaniseringen löste i grunden följande huvudproblem:
Temperaturkänslighet
Vulkaniserat gummi behåller sin elasticitet och form inom ett mycket större temperaturområde.
Mekanisk svaghet
Icke-vulkaniserat gummi slits snabbt och går lätt sönder. Med tvärbindningar i polymerstrukturen blir det däremot betydligt mer hållfast.
Klibbighet
Vulkaniserat gummi fastnar inte lika lätt på ytor och föremål, vilket öppnade för många nya användningsområden.
Kan allt gummi vulkaniseras?
I princip kan de flesta varianter av naturgummi och syntetiskt gummi (t.ex. SBR – styren-butadiengummi, EPDM – eten-propen-diengummi, och nitrilgummi) genomgå någon form av vulkanisering. Metoderna och kemikalierna skiljer sig dock beroende på vilken typ av polymer det rör sig om. Svavel är vanligast i traditionell vulkanisering av naturgummi och flera syntetiska gummin, medan peroxidvulkanisering och annan mer särskild tvärbindning (exempelvis med kväveinnehållande föreningar) kan användas för vissa högpresterande eller värmetåliga gummisorter.
Vissa typer av elastomerer, som termoplastiska elastomerer (TPE), bygger på en annan princip, nämligen att de är delvis plastiska och delvis elastiska utan att kräva samma typ av kemisk tvärbindning som i klassisk vulkanisering. Därför kan man inte säga att ”allt” gummi vulkaniseras i praktiken, men för de flesta gummikvaliteter av traditionell sort är vulkanisering det centrala steget i framställningsprocessen.
Vulkanisering används till flera gummiprodukter
Sedan vulkaniseringens genombrott har mängden gummiprodukter ökat lavinartat. I dag hittar vi vulkaniserade gummikomponenter i en mängd industrier och branscher:
Fordonsindustrin
Däck, packningar, o-ringar, kylarslangar, gummilister och diverse andra tätningar.
Bygg- och anläggningssektorn
Vibrationsdämpare för konstruktioner, fogband, och specialtätningar i husgrunder och brofogar.
Skogsindustri och maskiner
Driv- och transportband, valsbeläggningar och skyddskomponenter mot slag och nötning.
Infrastruktur och vattenhantering
Tätningar för rörsystem, expansionsfogar i tunnlar och broar, samt isolerande detaljer i eldistributionsnätet.
Allmän industri och teknik
Slangsystem, remmar, membran i pumpar, samt avancerade packningar i kemiska anläggningar.
Vulkaniserat gummi är alltså av stort värde på grund av sin kombination av elastiska och skyddande egenskaper. Dess möjligheter att anpassas via olika tillsatser (som förstärkningsmedel, mjukgörare och antioxidanter) gör också att slutprodukten kan optimeras för just den tillämpning som krävs, vare sig det gäller vatten- och gastäthet, resistens mot bränslen och kemikalier eller hög draghållfasthet.
Varför vulkaniseras däck?
Däckproduktionen är kanske det mest kända och till volymen största användningsområdet för vulkaniserat gummi. Orsaken är att däck behöver vara både slitstarka och elastiska på samma gång, samt klara extrema temperaturer och mekaniska påfrestningar. Ett däck som inte är vulkaniserat skulle snabbt förlora formen vid körning och sakna nödvändig motståndskraft mot stenar, vägsprickor, vatten och andra faktorer. Genom att vulkanisera gummit får man ett däck som:
– Behåller sin form och storlek även vid höga hastigheter och temperaturer.
– Uppvisar tillräcklig elastisk återhämtning för att inte ta permanent skada av stötar.
– Ger bra grepp och slitagemotstånd på vägbanor i varierande väderförhållanden.
Med andra ord är vulkanisering en nödvändig och rentav livsviktig process för att däcket ska uppfylla alla säkerhets- och hållbarhetskrav, och samtidigt ge en bekväm körupplevelse.
Fått punka i däcket? Då kan en däckreparationssats vara räddaren i nöden! Spana in det breda utbudet från Nisotech.se, här finns punkteringslagning med plugg till både bildäck, maskiner, MC och ATV och mycket mera.
Hur vulkning har utvecklats genom tiden
Sedan Goodyear och hans samtida konkurrenter först upptäckte den grundläggande reaktionen med svavel och värme, har vulkaniseringsprocessen förfinats och anpassats till en rad nya material och behov. Bland annat har man experimenterat med olika acceleratorer och aktivatorer (t.ex. zinkoxid och organiska föreningar) för att få reaktionen att ske snabbare och under bättre kontrollerade betingelser. Dessa tillsatser tillåter att vulkaniseringsprocessen kan skräddarsys efter önskad produktionshastighet och efter de egenskaper man vill ha i slutprodukten.
På laboratorie- och industrinivå har man också gått över från enbart traditionell svavelvulkanisering till alternativa metoder. Peroxidvulkanisering är ett sådant exempel, vilket används för gummityper som kräver hög värmebeständighet och låg kompressionssättning, exempelvis i packningar för flyg- och rymdindustrin. Genom vetenskapliga framsteg inom polymerteknologi och analytiska metoder kan nu kemister och materialingenjörer finjustera gummiblandningar (”compounds”) in i minsta detalj.
Digitalisering och automatisering
En annan viktig utveckling är att vulkaniseringen och hela produktionskedjan i dag är mer eller mindre automatiserad i modern industri. Datastyrda processteg övervakar temperatur, tryck och reaktionstid för att säkerställa en jämn kvalitet. Med hjälp av sensorer och artificiell intelligens kan man dessutom upptäcka avvikelser redan på mikrostrukturell nivå, vilket leder till färre produktionsfel och högre effektivitet.
Hur ser framtiden ut?
Framtiden för vulkanisering och gummiteknologi överlag ser mycket ljus ut, inte minst på grund av en växande efterfrågan på hållbara och särskilt framtagna material. Inom fordonsindustrin finns en pågående omställning mot elbilar och lättare fordon, vilket ställer högre krav på däck med lägre rullmotstånd och mindre miljöpåverkan. Här kan nya gummiblandningar med ökade andelar återvunnet material samt biologiska råvaror (till exempel naturgummi från alternativa källor och biomassa) spela en viktig roll.
Gröna kemikalier och återvinningsbarhet
Tekniker som devulkanisering – att bryta upp de tvärbindningar som uppstod under vulkaniseringen – har också börjat forskas fram för att förbättra återvinningsgraden. Om man framgångsrikt kan devulkanisera gamla gummidäck och liknande produkter utan att tappa alltför mycket av materialets kvalitet kan cirkulariteten i branschen öka markant. Här ligger fokus på att utveckla miljövänliga kemikalier och processer som inte skapar nya miljöproblem.
Materialforskning och nanoteknik
Parallellt fortsätter forskningen kring nanofyllmedel och smarta tillsatser som ska ge gummit unika egenskaper, till exempel förbättrad elektrisk ledningsförmåga, bättre termisk stabilitet eller ”självläkande” funktioner. Genom att kombinera vulkanisering med nanoteknologi kan framtida gummiprodukter komma att bli ännu mer specialiserade, vilket banar väg för exempelvis högpresterande packningar inom energisektorn, medicinteknik eller aerospace.
Sammantaget är vulkanisering fortfarande hjärtat i processen att förvandla rått gummi till en mångsidig och högpresterande materialkategori. Nya forskningsrön och krav på ökad hållbarhet driver tekniken framåt. Företag som arbetar inom verkstad, industri, teknik, innovation, bygg, anläggning, skogsindustri, fordon och infrastruktur fortsätter att förlita sig på vulkaniserade gummiprodukter för att leverera effektiva, säkra och långlivade lösningar.
Vi avrundar – gummi och vulkanisering
Vulkning av gummi är en vetenskapligt grundad, mångfasetterad process som transformerar rått gummi till ett elastiskt, robust och värmebeständigt material genom tvärbindningar i polymerstrukturen. Det hela började redan på 1800-talet, när Charles Goodyear upptäckte hur gummi kunde göras tåligt och formstabilt genom att tillsätta svavel och värme. Problem som klibbighet och bristande temperaturtålighet åtgärdades därmed och banade väg för en enorm industriell utveckling.
I dag är det en självklarhet att gummi vulkaniseras i allt från däck till industripackningar och medicinska applikationer, även om det finns elastomerer som fungerar genom andra principer. Under årens lopp har processen förfinats med nya kemikalier, automatiserade styrsystem och mer sofistikerade analysmetoder. Framöver väntar ytterligare framsteg som kombinerar vulkanisering med nanoteknik och grön kemi för att skapa återvinningsbara, hållbara och ännu mer högpresterande gummiprodukter. Därmed fortsätter vulkaniseringen att vara en lika central som innovativ del av vår moderna industri och samhällsutveckling.
