Door Karen G Blaettler
Bijgewerkt 24 maart 2022

Classen Rafael / EyeEm/EyeEm/GettyImages

Eind jaren dertig consumeerden de Verenigde Staten meer dan de helft van het natuurlijke rubber in de wereld. Tegenwoordig wordt natuurlijk rubber verwerkt in meer dan 50.000 Amerikaanse producten en importeert het land jaarlijks ongeveer 3 miljard pond. Desondanks vertegenwoordigt synthetisch rubber nu het merendeel van de moderne productie – meer dan 70% van het rubber dat wereldwijd wordt gebruikt.

Achtergrond van natuurlijk rubber

Natuurrubber ontstaat als latex, een suspensie van het polymeer polyisopreen in water. Dit elastomeer, wat betekent dat het kan uitrekken en buigen, vormt moleculen met lange ketens die rubber zijn unieke eigenschappen geven. Terwijl meer dan 2.500 plantensoorten latex produceren, is het commerciële aanbod vrijwel uitsluitend afkomstig van de Hevea brasiliensis-boom, afkomstig uit tropisch Zuid-Amerika. Vroege Meso-Amerikaanse beschavingen mengden latex met ochtendglorie-sap om verschillende soorten rubber te creëren, variërend van stuiterballen tot sandalen.

Vóór 1900 waren de wilde rubberbomen van Brazilië de voornaamste bron. De stijgende vraag naar fietsen en auto's duwde de productie buiten de natuurlijke grenzen. Zaden die vanuit Brazilië werden gesmokkeld, maakten rubberplantages in Zuidoost-Azië mogelijk, die in de jaren dertig het meeste Amerikaanse rubber leverden. De Tweede Wereldoorlog heeft deze toeleveringsketen abrupt doorgesneden, wat het strategische belang van rubber onderstreept.

Fabricageproces van natuurlijk rubber

De reis begint met tikken:een zorgvuldige incisie in de bast van een rubberboom trekt latex in een kopje. De latex van veel bomen wordt verzameld in grote tanks. Door coagulatie (het toevoegen van een zuur zoals mierenzuur) wordt het polyisopreen tot een vaste massa gestremd, een proces dat ongeveer twaalf uur duurt. Door te walsen wordt water verwijderd, waardoor dunne vellen van ongeveer 1/8 inch dik ontstaan. Deze platen drogen op houten rekken; roken gedurende een paar dagen levert de traditionele geribbelde rookvel op, terwijl luchtdrogen luchtgedroogde vellen van hogere kwaliteit oplevert. Licht crêperubber (twee coagulaties gevolgd door luchtdrogen) biedt de beste kwaliteit.

Synthetisch rubber creëren

Synthetische rubbers ontstaan door polymerisatie, hetzij door additie (monomeren direct aan elkaar koppelen) of door condensatie (het elimineren van kleine moleculen tijdens de koppeling). Duitse scheikundigen gingen tijdens WorldI voor het eerst op zoek naar synthetisch rubber en produceerden uit aceton een methylrubber van 15 ton per maand. De doorbraak kwam in 1929 met BunaS (styreen-butadieenrubber, SBR) van I.G. Farben. In 1955 ontwikkelde SamuelHorne een vrijwel natuurlijk 98% cis-1,4-polyisopreen, waardoor de mix van SBR en natuurlijke rubberachtige polymeren mogelijk werd die de hedendaagse bandenindustrie aandrijft.

Rubber verwerken

Eenmaal afgeleverd als balen, ondergaat rubber vier kritische fasen:compounderen, mengen, vormgeven en vulkaniseren. Bij elke stap wordt het materiaal afgestemd op de uiteindelijke toepassing.

Samenstelling

Compounding voegt chemicaliën toe om de temperatuurgevoeligheid en mechanische prestaties aan te passen. Additieven, zoals roet, watervrije aluminiumsilicaten, antioxidanten en weekmakers, reageren tijdens vulkanisatie om het polymeernetwerk te stabiliseren. Carbon black, afgeleid van roet, is de meest voorkomende versterkende vulstof en verhoogt de treksterkte, slijtvastheid en UV-duurzaamheid. De meeste rubberproducten zien er zwart uit vanwege deze vulstof.

Mixen

Omdat de viscositeit van rubber hoog is, vindt het mengen in twee fasen plaats. Ten eerste vormen versterkende vulstoffen een masterbatch. Na afkoelen worden verharders (bijvoorbeeld zwavel of zwavelvrije verbindingen) toegevoegd en wordt het mengsel gemengd tot het homogeen is, waardoor voortijdige vulkanisatie wordt voorkomen.

Vormgeven

Vormgeven maakt gebruik van extrusie, kalanderen, coaten of gieten. Door extrusie wordt rubber door schroefextruders geperst, terwijl het kalanders het tussen de rollen doorvoert om een ​​uniforme dikte te bereiken. Coating combineert kalandering met materiaalapplicatie, ideaal voor regenjassen of transportbanden. Vormen (compressie, overdracht of injectie) vormt complexe vormen zoals karkassen of pakkingen van banden, waarbij gelijktijdig vulkanisatie plaatsvindt.

Vulcanisatie

Vulcanisatie – bedacht door Charles Goodyear in 1839 – verknoopt rubberpolymeren, waardoor een kleverig, temperatuurgevoelig materiaal wordt omgezet in een duurzaam, elastisch product. Moderne processen maken gebruik van verlaagde zwavelgehalten en versnellers, waardoor de uithardingstijden worden verkort tot 15-20 minuten. Zwavelvrije technieken, zoals peroxide- of stralingsvulkanisatie, worden ook gebruikt voor speciale toepassingen.