06 Ott Come funziona la vulcanizzazione
La gomma cruda è un materiale dal comportamento plastico, non elastico. Per raggiungere le caratteristiche elastomeriche desiderate è necessario aggiungere alcuni additivi, acceleranti, reticolanti e cariche, ed effettuare un processo chiamato vulcanizzazione. La vulcanizzazione promuove la creazione di legami chimici tra le catene di polimeri nell’elastomero, creando una struttura reticolare tridimensionale. Questa rete conferisce all’elastomero le sue proprietà desiderate, tra cui resistenza all’usura, elasticità e resistenza termica.
Il processo di vulcanizzazione dipende esponenzialmente dalla temperatura, all’aumentare della quale aumenta anche la velocità di reazione. Le altre due varabili fondamentali sono il tempo di vulcanizzazione, e la pressione a cui il materiale viene sottoposto.
La vulcanizzazione può andare male in molti scenari. Ad esempio, può accadere che si verifichi il fenomeno della reversione, che è una scomposizione chimica causata dalla sovra-vulcanizzazione. In questo caso la gomma sovra vulcanizzata rammollisce e perde elasticità elastica, diventando appiccicosa.
Questo processo è quindi fondamentale per la produzione di una vasta gamma di prodotti, dagli pneumatici alle guarnizioni, e ovviamente i rulli rivestiti, che dopo essere bendati strettamente, vengono inseriti in una autoclave, se in gomma, mentre quelli di poliuretano in un forno.
Principi di Base della Vulcanizzazione
I principali elementi coinvolti nella vulcanizzazione sono:
Elastomero: L’elastomero è la sostanza di base, spesso gomma naturale o sintetica, che subisce il processo di vulcanizzazione.
Agente Vulcanizzante: Questa sostanza chimica favorisce la formazione di legami tra le molecole di elastomero. Lo zolfo è l’agente vulcanizzante più comune utilizzato.
Acceleranti: sono aggiunti per accelerare la reazione di vulcanizzazione.
Stabilizzatori e Additivi: Gli stabilizzatori e altri additivi possono essere inclusi nella miscela per migliorare ulteriormente le prestazioni dell’elastomero vulcanizzato.
Metodi di Vulcanizzazione
Esistono diversi metodi per condurre la vulcanizzazione. I due principali sono:
Vulcanizzazione allo Zolfo: Questo metodo è il più comune ed è noto come processo di vulcanizzazione allo zolfo. In questo processo, lo zolfo viene combinato con l’elastomero e l’acceleratore. L’elastomero vulcanizza quando viene riscaldato a temperature elevate, generalmente tra 140°C e 160°C. La reazione tra lo zolfo e l’elastomero crea i legami chimici necessari per la reticolazione.
Vulcanizzazione a Freddo: Questo metodo prevede l’uso di sostanze chimiche anziché calore per catalizzare la vulcanizzazione. Questo è utile quando l’elastomero non può essere esposto a temperature elevate o quando si desidera una vulcanizzazione più rapida.
Vulcanizzazione ad Acqua: Questo metodo coinvolge l’uso di acqua come agente di vulcanizzazione. L’acqua reagisce con il silicato di magnesio per formare legami chimici tra le molecole di gomma. Questo metodo è meno comune ma può essere utile in alcune applicazioni.
Il processo
Ecco una descrizione generale del processo di vulcanizzazione:
Materiale di base: Il processo inizia con il materiale di base, che può essere gomma naturale o sintetica. La gomma naturale è ottenuta dall’estrusione del lattice di alberi di gomma, mentre la gomma sintetica è prodotta chimicamente da polimeri di idrocarburi.
Mescolatura: Il materiale di base viene mescolato con additivi chimici come zolfo, acceleranti, agenti vulcanizzanti e altri ingredienti per migliorare le prestazioni della gomma. Questa miscela è nota come “compound”.
Formatura: Il compound viene quindi formato nella forma desiderata. Questo può essere fatto attraverso processi come l’estrusione, la pressatura o la calandratura per creare fogli o forme specifiche.
Vulcanizzazione: La parte più critica del processo è la vulcanizzazione stessa. Il prodotto in gomma è esposto a calore elevato (solitamente tra 140°C e 160°C) in un ambiente controllato. Durante questo processo, gli atomi di zolfo all’interno del compound iniziano a formare legami tra le molecole di gomma, creando reticoli tridimensionali. Questi reticoli rendono la gomma più dura, resistente e in grado di recuperare la sua forma originale dopo essere stata deformata.
Raffreddamento: Dopo la vulcanizzazione, il prodotto in gomma viene raffreddato gradualmente per stabilizzare la sua struttura.
Finitura: Il prodotto vulcanizzato può quindi essere sottoposto a ulteriori processi di rifinitura, come tornitura, rettifica, bombatura e l’impartizione di cave o intersezioni.
Considerazioni Finali
La vulcanizzazione dei materiali gommati è un processo essenziale per migliorare le proprietà dell’elastomero, rendendolo idoneo per una vasta gamma di applicazioni industriali. La scelta del metodo di vulcanizzazione dipende dalle esigenze specifiche dell’applicazione e dalle limitazioni di temperatura e tempo. La vulcanizzazione contribuisce in modo significativo alla creazione di prodotti elastici, resistenti e durevoli che trovano impiego in molte industrie.