مقاله در مورد تکنولوژی ساخت لاستیک

لاستیک طبیعی :

لاستیک به ماده مهم و اقتصادی تبدیل شده است . در ایالات متحده ، مصرف سرانه لاستیک تقریباً 16.8 و در هندوستان تنها 0.22 است . صنایع حمل و نقل ، شیمیایی ، برق و الکترونیک و همچنین فضایی همگن از مصرف کنندگان اصلی لاستیک هستند . وقتی تولید لاستیک طبیعی ( کائوچو ) به دلیل تهاجم ژاپن به مناطق تولید لاستیک سنتزی کرد که به سرعت هم توسعه یافت . به طوری که در حال حاضر 88 درصد لاستیک مصرفی در ایالات متحده منشا سنتزی دارد . صنعت لاستیک موارد زیر را شامل می شود .

تولید مواد اولیه لاستیک سنتزی ، انواع گوناگون لاستیک ، واردات لاستیک طبیعی ، تولید افزودنیهای لاستیک و نهایتا ً ساخت فراورده های لاستیکی .

در ابتدای جنگ جهانی دوم وقتی تولید لاستیک طبیعی به دلیل تهاجم ژاپن به مناطق تولید لاستیک متوقف شد . ایالات متحده اقدام به ساخت واحدهای تولید لاستیک سنتزی کرد که به سرعت هم توسعه یافت . بنابراین عموما ً لاستیک ها را به دو نوع لاستیک طبیعی و لاستیک سنتزی طبقه بندی می کردند . امروزه لاستیک ها را به روشهای مختلف دسته بندی می کنند .

تاریخچه :

کریستف کلمب دریافت که بومیان آمریکا با توپهای لاستیکی بازی می کنند . اشیای لاستیکی نیز از چاه مقدس مایا در یونان بدست آمده بود . لاستیک ، تا جایی که می دانیم محصول سرزمین آمریکا است ولی تنها از طریق انتقال آن به معنی پاک کن را پریستلی کاشف اکسیژن Rubber  خاور دور و کشت در آنجا به این حد توسعه یافته است . وی اولین کسی بود که قابلیت لاستیک در پاک کن اثر مواد را مشاهده کرد . مواد لاستیکی تنها نتیجه تلاش در جهت تفلیحی و حفظ موادی

چون افتیون ، بوتادیان ، ایزوپرن بودند که از تقطیر تخریبی لاستیک طبیعی بدست می آمدند ، بدین ترتیب را تولید لاستیک سنتزی گشوده شد .

با آغاز جنگ جهانی اول ، انواع نامرغوب لاستیک از دی متیل بوتادیان در آلمان و روسیه تولید شد . گو دید با کشف پخت لاستیک توسط گوگرد در سال 1839 به شهرت رسید . این کشف مشکل چسبانکی طبیعی لاستیک را حل کرد و آن را به صورت تجاری در آورد . بیشترین تغییرات به لحاظ تاریخی نتیجه محدودیت واردات لاستیک طبیعی به امریکا بر اثر تهاجم نیروهای ژاپنی در سال 1941 بوده است . این حرکت سبب پژوهش و ساخت لاستیک های سنتزی طی سالهای بعد شد .

منابع لاستیک طبیعی ( کائوچو ) :

گیاهان بیشماری از جمله قاصدک ، گوایل ، گل روبینه و توت آمریکایی به عنوان منبع لاستیک پیشنهاد شده بودند . ولی هیچ یک توفیق درخت شیرابه ساز هوا برزیلینسیس و همچنین صمغ درخت ساپوریلا و درخت بالاتا را نداشته است . لاستیک طبیعی عمدتا ً در کشتزارهای مالزی ، اندونزی ، لیبریا و همساگیانثی  تولید شد . احتمالا ً به این علت که آنها مشکل بیماری های قارچی و حشرات را که کشتزارهای بومی آمریکا را تهدید می کرد نداشتند .  حدود 7 سال زمان لازم است تا این درختان به سن باروری برسند و پس از آن به مدت چند سال بار می دهند . بهره باردهی در طول جنگ جهانی دوم افزایش یافت و در حال حاضر از کشف انواع اصلاح شده درخت ، بهره ای بیش از 3000 کیلوگرم در هکتار درسال بدست می آید .

ساختار لاستیک طبیعی :

لاستیک طبیعی یا کائوچو ، سیلیس ، پلی ایزوپرن است و مولکولهای آن بر اثر کشش ، بلوری می شوند . بدین ترتیب شکل مطلوبی از تقویت حاصل می شود . به عنوان پیش نیاز ساختاری ، مولکولهای لاستیک های طبیعی و سنتزی باید طویل باشند . خاصیت مشخصه کشیدگی برگشت پذیر به دلیل ترتیب اتفاقی و کلافی زنجیرهای بسپاری است . بر اثر کشش ، زنجیرها بهم می خورند ولی مثل یک فلز ، پس از رها کردن تنش به شکل کلافی خود بر می گردند . لاستیک طبیعی 6 تا 8 درصد مواد غیر لاستیکی دارد و در برابر گرما اندوزی مقاومت زیادی نشان می دهد .

روش تهیه لاستیک طبیعی :

برای بدست آوردن شیرابه ف پوست درخت را طوری بر می دارند که مایع در فنجانهای کوچکی جمع شود ، فنجانها باید مرتبا ً جمع آوری شوند تا از گندیدگی یا آلودگی شیرابه جلوگیری شود . پس از آن شیرابه به محل جمع آوری برده می شود و در آنجا پس از صاف شدن با افزودن آمونیاک محافظت می شود . در طی این عمل ، لاستیک به شکل یک توده سفید خمیری از مایع جدا می شود ، و سپس از آن با استفاده از غلتک ورقه ای و در نهایت خشک می گردد .

ورقه یا دانه خشک شده متراکم و از آن مدلهایی به وزن 33 کیلوگرم می سازند . مقداری از لاستیک طبیعی بصورت شیرابه به بازار عرضه می شود . پیش از آنکه لاستیک را بتوان با انواع افزودنیهای لازم آمیزه کاری مثل دوده ( به عنوان پرکن ) گوگرد یا ترکیبات گوگردی ، تسریع کننده و ولکانش ، ضد اکسنده محافظ و روغن بر روی همان غلتک ها یا مخلوط کن ممکن است به ارتفاع  یک ساختمان دو طبقه باشد و در عین حال تنها بسته 250 کیلوگرمی را جوابگو باشد . پس از اختلاط ، لاستیک با وزن رانی یا قالب گیری به شکل محصول دلخواه در می آید و بعد پخت می شود . و ولکانشی به یک پلیمر سخت شبکه ای می انجامد که با گرمادهی مجدد نرم و با ذوب  نمی شود .

کائوچو :

معنی لغوی کائوچو ، درخت گریان است . از نظر قدمت تاریخی برای صنایع لاستیک منشا دقیقی نیست . اما اعتقاد این است که بومیان آمریکای مرکزی از برخی از درختان شیرابه هایی استخراج می کردند که این شیرابه ها که بعدها نام لاتکس را بخود گرفت اولین مواد لاستیکی را تشکیل می دادند .

پدیده ولکانیزاسیون :

در سال 1829 گودییر از آمریکا و مکین تاش از انگلستان ، این دو متوجه شدند که در اصل مخلوط کردن لاتکس طبیعی با سولفور و حرارت دادن آن ، ماده ای قابل ذوب و قابل شکل دادن ایجاد می شود که می توان از آن ، محصولات مختلفی از قبیل چرخ ارابه یا توپ تهیه کرد .

این پدیده همان پدیده ولکانیزاسیون است که در طی آن لاستیک اکسیده می شود و سولفور کاهیده و به سولفید تبدیل می شود . البته این عمل در دمای 110 درجه سانتی گراد تهیه می شود . نتیجه این کشف تولید لاستیکی مثل لاستیک های توپر ، پوتین و ... است .

کائوچوی طبیعی و مصنوعی :

کائوچوی طبیعی در شیره درختی به نام هوا Hevea وجود دارد و از پلیمر شدن هیدروکربنی به نام متیل ، بوتادین معروف به ایزوپرن بوحود می آید . با توجه به اینکه در فرمول ساختمانی کائوچو یا لاتکس طبیعی هنوز یک پیوند دوگانه وجود دارد ، به همین دلیل وقتی کائوچو را با گوگرد یا سولفور حرارت می دهیم ، این منومرها ، پیوند پی را باز می کنند و با ظرفیت های آزاد شده ، اتم گوگرد را می گیرند . در نتیجه کائوچو به لاستیک تبدیل می گردد .

حرارت دادن کائوچو با گوگرد و تولید لاستیک را اصطلاحا ً ولکانیزاسیون می نامند . به همین دلیل ،لاستیک حاصله را نیز کائوچوی ولکانیزه گویند . چند نوعی کائوچوی مصنوعی نیز ساخته شده اند که از مواردی مانند بوتادیان و جسمی به نام کلرو و بوتادین معروف به کلروپرن و جسم دیگری به فرمول دی متیل و بوتادین به تنهایی یا مخلوط درست شده اند . کلروپرن به راحتی پلیمریزه شده و به نوعی کائوچوی مصنوعی به نام نئوپرن تبدیل می شود .

تکامل در صنعت لاستیک :

بعدها در سال 1888 خواص مکانیکی لاستیک های تهیه شده توسط گودییر و مکین تاش با استفاده از کربن سیاه به عنوان یک ماده پرکننده و افزودنی بسیار بهبود بخشیده شده و در نتیجه بادی دانلوب ، تیوپ تهیه شد . بعد از آن لاستیک های سنتزی تهیه و به بازار عرضه شد مانند ایزوپرن ف بوتادیان و لاستیک های تیوکل .

 بعدها لاستیک های سنتزی مثل کوپلیمرهای استیرن و بوتادیان تهیه شده که در سال 1941 مصرف آن صفر بود . اما در سال 1945 مصرف آن 700000000 می رسید . به موازاتی که مصرف لاستیک های سنتزی بالا می رود ، مصرف لاستیک های طبیعی پایین می آید . چون لاستیک های سنتزی اقتصادی تر هستند .

تایر:

ضرورت وجود تایر در خودرو :

تحمل وزن خودرو

کاهش ضربه ناشی از نیروهای وارده از طرف جاده

امکان ایجاد حرکت در جهت دلخواه

انتقال نیروی ترمز و یا شتابگیری به جاده        

آج تایر (tread) :

این قسمت به عنوان رابط بین سطح جاده و تایر ، با ترکیبی از لاستیک های طبیعی و مصنوعی به عنوان لایه خارجی وظیفه محافظت از بدنه را در برابر سایش و صدمات احتمالی بر عهده دارد . طرح های مختلف آج برای تخلیه بهتر آب از زیر تایر و افزایش قابلیت تایر در برخورد با شرایط گوناگون سطح جاده ساخته می شود . می توان به طرح های رگه ای  ((Rib ، عرضی( (Lug ترکیبی از عرضی و رگه ای ((Rib&Lug و بلوکی (Block) اشاره کرد که هر یک مزایا و معایب خاص خود را دارند .

برای مثال طرح رگه ای در تایر ها جهت استفاده در جاده های هموار برای حرکت سریع کاربرد دارد . مقاومت بالا در برابر لغزش و صدای کم از جمله ویژگی های این طرح است .

همچنین در موارد طرح عرضی می توان گفت تایر با این طرح  آج بهتری دارد . اما صدای آن زیاد است و مقاومت کمی هم در برابر لغزش نسبت به طرح رگه های ، کشش دارد . این طرح بطور کلی بیشتر مناسب خودروهایی است که در مسیر های ناهموار تردد می کنند. طرح بلوکی تایر نیز بیشتر در تایرهای ویژه برف کاربرد دارد ، زیرا باعث کاهش لغزش در جاده های برفی می شود .

لایه های سرپوش (cap plies ) :

برخی تایرها با دارا بودن دو یا چند لایه از جنس پلی استر جهت نگه داشتن هر چه بهتر بقیه اجزای داخلی تایر مخصوصا ً در سرعت های بالا انتخاب مناسبی برای خودروهای پر سرعت خواهند بود .

تسمه محافظ (Belts) :

در تایرهای رادیال ، لایه های محافظ مانند حلقه ای پیرامون تایر ، بین آج و بدنه قرار می گیرند .علاوه بر ایجاد اتصال بین این دو قسمت و جذب ضربات ناشی از سطح جاده ، مانعی در مقابل سوراخ شدن بدنه ایجاد می کنند . البته در تایرهای بایاس پلای نیز لایه های محافظی از جنس نایلون و (بعضا ً در خودروهای سواری از جنس پلی استر ) وجود دارد .

بدنه تایر (Car Cass) :

بدنه متشکل ازلایه هایی از رشته های مقاوم و مستحکم است که مجموعا ً قابلیت تحمل فشار داخلی تایر و همچنین نیروهای وارده از سطح جاده را دارا است . معمولا ً در خودروهای سواری جنس این لایه از الیاف پلی استر است و در خودروهای سنگین از فولاد استفاده می شود . زاویه نصب این لایه ها نسبت به محیط تایر در نوع رادیال بین 88 تا 90 درجه و در نوع بایاس پلای 30 تا 40 درجه است . استحکام یک تایر معمولی با تعداد لایه های بدنه توصیف می شود .

زهوار تایر (Bead Bundle) :

زهوار ، حلقه ای از سیم های فولادی با استحکام بالاست که با لاستیک پوشانده شده اند و جهت حفظ وضعیت تایر در رینگ و جلوگیری از خروج تایر بکار می رود .

دیواره های کناری ((Side Walls:

پایداری جانبی تایر توسط این دیواره ها فراهم می شود و مشخصات تایر و نام سازنده آن نیز بر روی این قسمت نوشته می شود .

آستر داخلی تایر (:(Inner Liner

این لایه لاستیکی که جایگزینی برای تیوپ در تایرهای بدون تیوب است ، جهت جلوگیری از نفوذ آزمایش های مربوط به هوا به بیرون از تایر بکار می رود .

آخرین مرحله در تولید تایر :

ابتدا طی مراحلی تمام اجزا ی مورد نیاز تایر تولید می شوند ، ولی تا این مرحله آنها هنوز به صورت کاملا ً ثابت و محکم جای گیری نشده اند ، در ضمن هیچ گونه علامتی روی دیواره و یا طرحی روی آج آن وجود ندارد . در این مرحله به این قرار ( Curing machine) می گویند . در مرحله اخر تایر در ماشین کیورینگ ((Green tire مجموعه ، تایر نارس می گیرد تا با کار کردی تقریبا ً مشابه فر اجاق گاز ، تمام علامت هات و الگوی آج بوسیله قالب های مربوط روی تایر ایجاد شود ، گرمای بکار رفته در حین انجام این کار باعث محکم شدن هر چه بیشتر اتصال بین اجزا تایر می شود ، کمی بعد از این جوشکاری (vulcanizing ) و گذراندن مراحل بررسی کیفیت تایر تولیدی ، محصول آماده عرضه است . همه می دانند اگر تایر نباشد خودرو نمی تواند حرکت کند ، پس باید حواس رانندگان حسابی به لاستیک باشد ، چون لاستیک سالم و مناسب ایمنی اتومبیل و سرنشینان را افزایش می دهد . رعایت برخی نکات ، سلامتی لاستیک خودرو را تضمین می کند . فشار باد لاستیک چرخ ها مهمترین عاملی است که در عمر لاستیک اثر می گذارد . با نگهداشتن باد لاستیک ها در فشار درست ، عمر لاستیک ها تقریبا ً دو برابر می شود .

همیشه باید سالم ترین لاستیک ها در چرخ جلو استفاده شود تا امکان ترکیدن کاهش یابد . چون ترکیده لاستیک های جلو خطرناک تر از ترکیدن لاستیک هی عقب است و در سرعت های بالا احتمال چپ کردن خودرو چند برابر می شود . لاستیک های جلو قسمت های جلویی خودرو را هدایت می کند و بالطبع بخش اعظم نیروهای خودرو در سر پیچ را تحمل می کنند . در حالی که لاستیک های عقب نیروهای رانش را تحمل می کنند و به همین دلیل است که لاستیک های چرخ جلو بیشتر در قسمت بیرونی آج خورده می شوند . و لاستیک های چرخ عقب در وسط آج می خورند .

فشار باد زیاد و فشار باد کم هر دو باعث اسیب رساندن به لاستیک ها می شوند . پایین بودن فشار باد در هنگام رانندگی باعث اصطکاک بیشتر و در نتیجه تولید حرارت بیش از حد در لاستیک می شود و عمر لاستیک را به شدت کاهش می دهد . اگر لاستیک از دو طرف خورده شود ولی در بخش میانی سالم بماند ، نشانه کم بودن فشار باد لاستیک در طول رانندگی است و اگر فقط در وسط ساییده شود نشانه زیاد بودن فشار باد لاستیک است .