Joe Walter는 타이어 경화 및 가황 공정을 개선할 수 있는 방법을 고려합니다.

Sep 01, 2023

고무 역사상 획기적인 발전 중 하나는 생고무에 유황을 첨가한 다음 높은 온도에서 가열하여 표면적으로 극복할 수 없는 결함인 여름의 끈적거림과 겨울의 취성 문제를 '치료'했다는 사실을 발견한 것입니다. 이러한 비가역적 황 경화 공정은 고무를 풍화시켰을 뿐만 아니라 서로 얽힌 장쇄 거대분자 사이의 화학적 가교 또는 '3차원 황 다리'의 형성을 통해 고무의 전반적인 물리적 특성을 향상시켰습니다. 더 많은 황을 첨가하면 더 많은 가교가 생성되는 반면 고무는 더 단단해지고 이력 현상이 줄어듭니다. 흥미롭게도 다른 메커니즘에 의한 가교는 페인트 건조, 계란 프라이와 같은 많은 일반적인 현상에서 발생합니다.

고무-황 가교를 생성하는 경화 과정은 신화에 나오는 불의 신인 Vulcan의 이름을 따서 가황이라고 불렸습니다. 그러나 1839년 Charles Goodyear가 발견한 원래 절차(Tire Legends, 2016년 7월, 46페이지 참조)는 시간이 많이 걸리고 지루했으며 종종 4시간 이상 열을 가해야 했습니다. 그 이후로 전 세계 연구자들은 경화 시간을 단축할 수 있는 고무 또는 기타 가황 메커니즘과 결합된 화학 첨가제를 실험해 왔습니다. 가교를 촉진하는 화학물질의 조합은 가황 시스템 또는 '치료 패키지'로 알려져 있습니다.

오늘날 타이어 컴파운드의 경화 패키지는 황, 촉진제, 활성화제로 구성됩니다. 3phr 이하로 사용되는 황은 천연이든 합성이든 거의 모든 타이어 고무 화합물에 대한 최고의 가교제로 남아 있습니다. 촉진제는 단독으로 작용하는 황에 비해 가교 속도를 증가시켜 경화 시간을 단축시킵니다. 활성화제는 교차 연결을 더욱 촉진하여 가속기를 보조합니다. 경화 패키지는 공장 혼합의 최종 또는 생산 단계까지 미가황 화합물에 추가되지 않습니다. 2회 이상의 이전 혼합 사이클은 카본 블랙, 실리카, 산화방지제 등을 포함한 대부분의 다른 배합 성분과 함께 실행됩니다. 가황제를 포함하는 최종 혼합 단계는 이전 단계(처리되는 단계)보다 낮은 온도(약 110°C)에서 제어됩니다. 더 높은 온도에서는) 고무 화합물이 '타거나' 조기에 교차 결합될 수 있기 때문입니다. 압출 및 캘린더링과 같은 후속 공장 작업 중 복합 열 이력을 제어하는 ​​것도 스코치 안전을 위해 중요합니다. 모든 부품이 조립되면 타이어는 일반적으로 자동차 타이어의 경우 145~160°C의 온도 범위에서 10~15분 동안 가황됩니다. Charles Goodyear 시대에 요구되었던 가황 시간(몇 시간이 아닌 몇 분)이 상당히 단축되었습니다.

이렇게 가황 시간이 크게 단축되는 주된 이유는 광범위한 촉진제를 발견하고 사용하기 때문입니다. 황 원소는 100년 넘게 타이어 화합물에 항상 존재해 왔지만, 시간이 지남에 따라 실질적으로 진화한 가속기의 경우에는 그렇지 않습니다. 초기 촉진제는 납이나 아연의 무기 금속 산화물이었으며 일반적으로 높은 함량으로 포함되었습니다. 산화아연은 ​​또한 제1차 세계대전 이후 카본블랙으로 대체될 때까지 타이어 화합물의 주요 강화제로 사용되었습니다. 그러나 경화 시간 단축의 가장 큰 발전은 20세기 초 유기 촉진제(최초의 아닐린 및 그 파생물)의 개발로 입증되었습니다. , 티오카르바닐리드에 이어 1920년대부터 복잡한 (엔지니어용) 합성 물질이 등장했습니다. 이들은 소량으로 사용되며 MBT(티아졸) 및 CBS(술펜아미드)와 같은 약어로 더 쉽게 인식됩니다. 수십 년 전에 개발된 두 제품 모두 오늘날에도 여전히 사용되고 있습니다. 전체적으로 현재 컴파운더에서는 사용할 수 있는 가속기가 100개 이상 있습니다.

활성화제는 가교를 촉진할 때 촉진제가 황과 보다 효율적으로 반응하도록 하여 경화 시스템을 최종적으로 향상시킵니다. 활성화제 중 '최적 표준'은 일반적으로 2~3phr의 무기 산화아연과 유기 스테아르산으로 남아 있습니다. 주목할 점은, 활성화제는 촉진제 없이 가교결합의 양을 증가시키는 데 본질적으로 효과적이지 않다는 것입니다.