Warum wird Schwefel für die Vulkanisation von Gummi verwendet?
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Schwefel ist die erste Chemikalie, die von Charles Goodyear entdeckt wurde, um Naturkautschukmischungen zu vulkanisieren.
Bis Ende 1950 wurde ausschließlich Schwefel zum Vulkanisieren von Gummimischungen verwendet.
Es stimmt nicht, dass nur Schwefel zur Vulkanisation verwendet werden kann
Tatsächlich kann Schwefel nur ungesättigte Kautschuke (Polymerketten mit Doppelbindungen) wie Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Nitril-Butadien-Kautschuk usw. vulkanisieren.
Während bestimmte organische Peroxide, Phenolharze im Allgemeinen alle Kautschuke (gesättigt und ungesättigt) vulkanisieren können.
Es gibt auch andere spezifische Härter (Vulkanisierungsmittel) wie ZnO/MgO, das zum Vulkanisieren von Chloropren-Kautschuk und Epichlorhydrin-Kautschuk verwendet wird.
Die meisten Gummimischungen in alltäglichen Aktivitäten enthalten Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Butylkautschuk. Schwefel ist also sehr verbreitet und meistens jedem bekannt.
Die dynamischen Eigenschaften von schwefelvulkanisierten Compounds sind im Vergleich zu anderen Härtungsmitteln wie Peroxid- oder Harzhärtung sehr gut. Aus diesem Grund wird die Schwefelvulkanisation in allen dynamischen Produkten wie Reifen, Antriebsriemen usw. verwendet.
Obwohl es andere Vulkanisationsmittel (Härter) gibt, dominiert Schwefel den Markt hauptsächlich wegen seiner Zuverlässigkeit, Flexibilität und Kontrollierbarkeit der Vulkanisation neben seinen hervorragenden dynamischen Eigenschaften.
Schwefel allein kann nicht zur Vulkanisation verwendet werden. Es erfordert Beschleuniger und Aktivatoren. Beschleuniger sind organische chemische Verbindungen, die den Vulkanisationsprozess beschleunigen oder verlangsamen können. Generell beschleunigt die Zugabe von Beschleunigern die Vulkanisation. Aktivatoren (ZnO/Stearinsäure) sind ebenfalls sehr wichtig für den Vulkanisationsprozess.
Wenn Sie mich fragen, warum nur Schwefel und nicht Phosphor oder andere anorganische Verbindungen zur Vulkanisation verwendet werden können, dann ist das eine Frage, auf die wirklich niemand eine Antwort weiß. Obwohl es viele Spekulationen oder wahrscheinliche Mechanismen gibt, ist der wahre Grund immer noch nicht klar verstanden.
Falls Sie mehr über das Was/Warum/Wie der Vulkanisation erfahren möchten. Fühlen Sie sich frei, unten zu lesen.
Kommen wir zunächst zu den Grundlagen. Lassen Sie mich so einfach wie möglich sein.
Lassen Sie mich Ihnen das zuerst vorstellen -
Gummi besteht aus Tausenden von Polymerketten, die miteinander verflochten sind.
Nur zur Veranschaulichung – es ist wie eine Nudel in einer Schüssel.
Nun zu deiner Antwort:
Was ist Vulkanisation?
Die Vulkanisation ist nichts anderes als der Prozess der Anwendung von Wärme, um die Polymerketten zu verbinden.
Manchmal wird der Vulkanisationsprozess auch zusammen mit der Formgebung des Produkts mit Hilfe von Formpressen, Spritzgießen usw. durchgeführt.
Es kann grob als Aushärten oder Pressen bezeichnet werden.
Warum Vulkanisation wichtig ist.?
Gummi ist ein amorphes Material, was bedeutet, dass es eine sehr geringe Wechselwirkung zwischen den Polymerketten gibt (geringe intermolekulare Anziehung). Im Allgemeinen beginnen sich diese Polymerketten also zu bewegen, selbst wenn Sie nur sehr wenig Kraft oder sogar eine sehr geringe Temperaturänderung ausüben. Das bedeutet, dass das Material fließt oder sich (dauerhaft) verformt, da es keine Beschränkung durch die nahegelegenen Moleküle der Polymerketten gibt (geringe intermolekulare Anziehung). Auch diese Verformung bzw. Fließfähigkeit ist nicht reversibel. Das bedeutet, dass Sie kein stabiles Material haben. (Das war auch der Grund, warum Gummis im Sommer flossen und im Winter hart werden.)
Um also die Beweglichkeit von Polymerketten zu stoppen, werden diese Polymerketten aneinander fixiert/miteinander verknüpft. Daher wird dieser Vorgang des Fixierens oder Verbindens der Polymerketten als Vulkanisation/Vernetzung bezeichnet.
Kurz gesagt, wenn Sie ein stabiles nützliches Material benötigen, müssen Sie vulkanisieren oder in einfachen Worten, Sie müssen eine Vernetzung zwischen den Polymerketten herstellen.
Nun, warum wird Schwefel verwendet?
Um eine Vernetzung zu erzeugen, sollte eine Chemikalie/ein Element die zwei oder mehr Polymerketten halten.
Charles Goodyear hat zufällig entdeckt, dass Schwefel Polymerketten vernetzen kann. Bis jetzt hat also niemand wirklich verstanden, warum nur Schwefel dies kann, während andere Materialien wie Phosphor oder andere anorganische Materialien dazu nicht in der Lage waren.
Der Hauptunterschied zwischen der Verwendung von Sulfur und anderen Materialien besteht darin
Schwefel hat im Vergleich zu anderen Härtern sehr gute dynamische Eigenschaften. Aus diesem Grund wird Schwefel für dynamische Produkte wie Reifen verwendet. Der Nachteil von Schwefel ist, dass er hohen Temperaturen nicht standhalten kann. Hier kommen die anderen Heilmittel wie Peroxid und Phenolharz ins Spiel.
Nun die Frage, warum Schwefel gut für dynamische Eigenschaften ist.
Nun, es hat mit der Art des verwendeten Schwefels zu tun. Im Allgemeinen wird elementarer polymerer Schwefel verwendet (SS6-S). Schwefel selbst hat also eine Kette und so weiter, wenn die dynamische Kraft aufgebracht wird, kann die Kraft durch die Schwefelkette verteilt oder gebogen werden.
