Obserwacja i pomiary kauczuku przy użyciu mikroskopu cyfrowego
Kauczuk to elastyczny związek polimerowy stosowany w różnych gałęziach przemysłu, m.in. do produkcji opon, węży i taśm. W tym rozdziale przedstawiono przykłady obserwacji i pomiarów kauczuku przy użyciu mikroskopu cyfrowego.
- Różnice między kauczukiem naturalnym a syntetycznym
- Właściwości kauczuku naturalnego i syntetycznego
- Rodzaje, właściwości i zastosowania typowego kauczuku syntetycznego
- Kategorie kauczuku w zależności od kształtu
- Twardość kauczuku
- Przykłady obserwacji i pomiarów kauczuku przy użyciu mikroskopu cyfrowego
Różnice między kauczukiem naturalnym a syntetycznym
- Kauczuk naturalny
-
Produkty gumowe wytwarzane poprzez wulkanizację* surowego soku z drzewa kauczukowego (lateksu) są klasyfikowane jako wyroby z kauczuku naturalnego (NR).
- * Wulkanizacja:
- Do surowego kauczuku dodaje się siarkę i podgrzewa, aby doprowadzić do powstania wiązań międzycząsteczkowych, co poprawia elastyczność i wytrzymałość materiału. Od czasu przypadkowego odkrycia w 1839 roku przez Charlesa Goodyeara w Stanach Zjednoczonych kauczuk stał się materiałem rozpowszechnionym w przemyśle.
- Kauczuk syntetyczny
- „Kauczuk syntetyczny” to ogólny termin dla gumy, która została zsyntetyzowana chemicznie z ropy naftowej. Istnieje ponad 100 rodzajów kauczuku syntetycznego wytwarzanego z różnych surowców. Opracowany podczas II wojny światowej, kauczuk syntetyczny jest stosunkowo nowym produktem. Ponieważ kauczuk naturalny, produkowany głównie w Azji Południowo-Wschodniej, był trudny do zdobycia w Stanach Zjednoczonych i Niemczech, oba kraje rozpoczęły własną produkcję kauczuku syntetycznego. Od tego czasu jego stosowanie stało się powszechne.
Właściwości kauczuku naturalnego i syntetycznego
Kauczuk naturalny stanowi około 40% światowych zastosowań, a kauczuk syntetyczny pozostałe 60%. Każdy z nich jest odpowiednio wykorzystywany w zależności od zastosowania.
Kauczuk naturalny
- Zalety
- Wysoka elastyczność i wytrzymałość na rozdarcie kauczuku naturalnego sprawia, że jest on często wybierany do produkcji dużych opon do ciężarówek i autobusów oraz do różnych innych zastosowań przemysłowych.
- Wady
- Kauczuk naturalny ma niską odporność na warunki atmosferyczne, ciepło i olej, więc jest podatny na światło, ciepło, deszcz i inne warunki.
Kauczuk syntetyczny
- Zalety
- W porównaniu z kauczukiem naturalnym kauczuk syntetyczny ma mniej zanieczyszczeń i zapewnia większą stabilność działania. Zmiana składu surowców umożliwia produkcję gumy o różnych właściwościach, w tym wysokiej odporności na wysoką temperaturę, substancje chemiczne lub ścieranie.
- Wady
- Kauczuk syntetyczny cechuje mniejsza elastyczność i wytrzymałość na rozerwanie niż kauczuk naturalny.
Rodzaje, właściwości i zastosowania typowego kauczuku syntetycznego
Kauczuk syntetyczny można ogólnie sklasyfikować jako kauczuk ogólnego przeznaczenia lub kauczuk specjalistyczny. Typowe nazwy, właściwości i zastosowania przedstawiono poniżej.
Kauczuk ogólnego przeznaczenia
- Kauczuk izoprenowy (IR)
-
Przy niemal takich samych właściwościach jak kauczuk naturalny, kauczuk izoprenowy ma korzystną barwę i niski poziom zapachu oraz nie wymaga utrzymywania ciepła nawet w niskich temperaturach. Kauczuk naturalny zapewnia jednak lepszą odporność na warunki atmosferyczne i wysokie temperatury.
- Zastosowania:
- Powszechnie stosowany do produkcji opon samochodowych i lotniczych, przenośników taśmowych oraz barwionych rakietek do tenisa stołowego.
- Kauczuk butadienowo-styrenowy (SBR)
-
Kauczuk butadienowo-styrenowy jest najczęściej produkowanym kauczukiem ogólnego przeznaczenia i zapewnia lepszą odporność na ścieranie i starzenie niż kauczuk naturalny. Ze względu na niską odporność na oleje nie nadaje się jednak na O-ringi i uszczelki.
- Zastosowania:
- Powszechnie stosowany do produkcji opon samochodowych, podeszew butów i płytek podłogowych.
- Kauczuk butadienowy (BR)
-
Kauczuk butadienowy jest drugim najczęściej produkowanym rodzajem kauczuku po kauczuku butadienowo-styrenowym. Charakteryzuje się lepszą elastycznością i odpornością na ścieranie niż kauczuk naturalny. Ze względu na niską odporność na oleje nie nadaje się jednak na O-ringi i uszczelki.
- Zastosowania:
- Powszechnie stosowany do produkcji opon samochodowych, taśm gumowych i węży. Jest również głównym surowcem do produkcji tworzywa sztucznego ABS (akrylonitryl-butadien-styren).
Kauczuk specjalistyczny
- Kauczuk nitrylowy (NBR)
-
Kauczuk nitrylowy jest wysoce odporny na olej, ścieranie i starzenie, i jest szeroko stosowany do produkcji gumy olejoodpornej.
- Zastosowania:
- Powszechnie stosowany do wytwarzania O-ringów, szczeliw, uszczelek i uszczelnień.
- Kauczuk chloroprenowy (CR)
-
Kauczuk chloroprenowy charakteryzuje się doskonałą odpornością na wysokie temperatury, warunki atmosferyczne, ozon i płomienie.
- Zastosowania:
- Powszechnie stosowany jako materiał powłok pasów samochodowych, węży, przewodów i kabli, jest również używany do produkcji klejów i farb ze względu na wysoką przyczepność.
- Kauczuk butylowy (IIR)
-
Kauczuk butylowy charakteryzuje się wysoką odpornością na wysokie temperatury, drgania i substancje chemiczne, a także doskonałymi właściwościami elektroizolacyjnymi.
- Zastosowania:
- Powszechnie stosowany do dętek opon ze względu na niską przepuszczalność gazów przez gumę, jako materiał wygłuszający w sprzęcie audio oraz jako materiał powłok przewodów elektrycznych.
- Kauczuk etylenowo-propylenowy (EPM/EPDM)
-
Kauczuk etylenowo-propylenowy zapewnia wysoką odporność na starzenie, warunki atmosferyczne, ozon i pogorszenie jakości w przypadku stosowania na zewnątrz. Jednak jego odporność na olej jest bardzo niska.
- Zastosowania:
- Powszechnie stosowany do produkcji części samochodowych (węże chłodnicy, pasy itp.), powłoki do przewodów elektrycznych oraz materiałów budowlanych.
- Kauczuk akrylowy (ACM)
-
Oprócz doskonałej odporności na ciepło, warunki atmosferyczne i ozon, kauczuk akrylowy zapewnia również wysoką odporność na olej w wysokich temperaturach. Jego odporność na niskie temperatury i substancje chemiczne jest jednak niska.
- Zastosowania:
- Powszechnie stosowany do produkcji samochodowych węży olejowych, uszczelek i uszczelnień.
- Kauczuk silikonowy (Q)
-
Pomimo niskiej wytrzymałości mechanicznej i na rozciąganie kauczuk silikonowy zapewnia bardzo wysoką odporność na zimno i ciepło, warunki atmosferyczne i ozon, a także dobre właściwości elektroizolacyjne.
- Zastosowania:
- Powszechnie stosowany do produkcji opakowań/pojemników na żywność i produktów medycznych ze względu na to, że jest nieszkodliwy dla organizmu i wykazuje wysoką odporność na wysoką temperaturę.
- Kauczuk fluorowy (FKM)
-
Kauczuk fluorowy jest niezwykle odporny na wysoką temperaturę i substancje chemiczne, ale jest bardzo drogi.
- Zastosowania:
- Powszechnie stosowany przy produkcji sprzętu spożywczego i farmaceutycznego oraz elementów wyposażenia.
- Kauczuk uretanowy (U)
-
Kauczuk uretanowy zapewnia doskonałą wytrzymałość na rozciąganie i przenoszenie obciążeń, a także wysoką odporność na olej i ścieranie. Ma jednak niską odporność na wysokie temperatury i wodę.
- Zastosowania:
- Powszechnie stosowany do wytwarzania elementów, które podtrzymują ciężkie przedmioty, w tym do opon, podeszew butów i rolek.
Kategorie kauczuku w zależności od kształtu
- Arkusze
- Kauczuk może być przetwarzany na arkusze.
Taki kształt jest następnie używany do produkcji uszczelek, opakowań i uszczelnień. - Pianka
- Kauczuk może być mieszany ze środkiem spieniającym w celu przetworzenia w porowatą strukturę (piankę).
Istnieją dwa główne rodzaje pianek.
Twardość kauczuku
Do określania twardości kauczuku używana jest skala twardości od 0 do 100, gdzie 0 odpowiada najbardziej miękkim, a 100 najtwardszym produktom.
- a: Pianki
- Żelki
- c: Opona
- d: Baseball
- e: Piłka golfowa
Przykłady obserwacji i pomiarów kauczuku przy użyciu mikroskopu cyfrowego
Poniżej przedstawiono najnowsze przykłady obserwacji i pomiarów kauczuku przy użyciu mikroskopu cyfrowego 4K firmy KEYENCE z serii VHX.
Obraz w trybie efektu cienia optycznego
Tryb efektu cienia optycznego można wykorzystać do wizualizacji drobnych nierówności na powierzchni czarnego kauczuku.
Obraz 3D
Zastosowanie obrazowania 3D umożliwia uwidocznienie nierówności na powierzchni białego kauczuku.
Obraz mapowania kolorów w trybie efektu cienia optycznego
Obrazy mapowania kolorów umożliwiają wizualizację warunków zużycia pasa.
ZS-20, 30×, obraz z automatycznym pomiarem powierzchni
Funkcja automatycznego pomiaru powierzchni umożliwia ilościowe określenie pogorszenia jakości kauczuku.
Obraz z automatycznego pomiaru powierzchni
Funkcja automatycznego pomiaru powierzchni umożliwia ilościową ocenę cząstek kauczuku.
ZS-200, 200×, oświetlenie pierścieniowe + HDR
Funkcja HDR umożliwia szczegółową obserwację przekrojów pianki kauczukowej.