Vulkanointiprosessin

Vulkanointiprosessi eli vulkanointi on kemiallinen muutos, jossa kumimateriaalin polymeeriketjut risteytyvät lämmön vaikutuksesta. Yleisessä järjestelmässä kumiin lisätään rikkiä sekä erilaisia kiihdyttimiä ja muita lisäaineita, joiden avulla rikkisiltojen muodostuminen etenee. Risteytysten muodostuminen parantaa tuotteen mekaanisia ominaisuuksia, elastisuutta sekä lämmönkestoa ja vähentää muodonmuutosten riskiä käytössä.

Vulkanointi keksittiin 1800-luvulla, ja Charles Goodyear on sen tunnetuimpia kehittäjiä. Hän osoitti, että kuumennettuun kumiin lisätty rikki muodostaa sidosverkoston, mikä parantaa elastisuutta ja kestävyyttä. Tämän myötä kumituotteiden laajamittainen valmistus ja sovellukset yleistyivät.

Perinteinen vulkanointi tapahtuu kuumentamalla kumia rikkilähteiden ja kiihdyttimien kanssa. Lämpötila on tyypillisesti noin 140–180 °C, ja aika riippuu tuotteen koosta sekä halutusta ominaisuusprofiilista. Rikkiä käytetään yleensä noin 1–3 phr kumia kohti, mutta määrät vaihtelevat laatu ja sovelluksen mukaan. Oikea kiinnittyminen varmistetaan seurannalla, jota kutsutaan cure-curvaksi; liiallinen aika tai korkea lämpö voivat johtaa ylivulkanointiin ja ominaisuuksien heikkenemiseen.

Vaihtoehtoisia vulkanointimenetelmiä ovat peroksidivulkanointi sekä säteily- tai radiolysin perusteella tapahtuva vulkanointi. Peroksidivulkanointi tuottaa vahvoja C–C-sidoksia ja tarjoaa hyvän öljynkeston sekä paremman lämpötilan kestävyyden, mutta voi aiheuttaa pigmentoitumista. Säteilyvulkanointi käyttää ionisoivaa säteilyä nopeuttaakseen risteytyksiä ja soveltuu erikoismateriaaleihin.

Käyttökohteet ovat laajat: suurin osa kumituotteista, kuten auton renkaat, tiivisteet, letkut ja hihnat, valmistetaan vulkanoituna. Prosessi vaikuttaa tuotteen kestävyyteen, elastisuuteen ja hintaan. Ympäristön kannalta vulkanointi kuluttaa energiaa ja käyttää kemikaaleja; kehitys suuntautuu parempaan energiatehokkuuteen sekä kierrätettävyyteen ja päästöjen vähentämiseen.