Av Karen G Blaettler
Uppdaterad 24 mars 2022
Klassen Rafael / EyeEm/EyeEm/GettyImages
I slutet av 1930-talet konsumerade USA mer än hälften av världens naturgummi. Idag finns naturgummi i över 50 000 amerikanska produkter, och landet importerar cirka 3 miljarder pund årligen. Trots detta representerar syntetiskt gummi nu majoriteten av modern tillverkning – över 70 % av gummit som används över hela världen.
Naturgummi har sitt ursprung som latex, en suspension av polymeren polyisopren i vatten. Denna elastomer – vilket betyder att den kan sträcka sig och böjas – bildar långkedjiga molekyler som ger gummi dess unika egenskaper. Medan mer än 2 500 växtarter producerar latex, kommer kommersiell tillgång nästan uteslutande från Hevea brasiliensis-trädet, inhemskt i det tropiska Sydamerika. Tidiga mesoamerikanska civilisationer blandade latex med morgonjuice för att skapa olika gummityper, allt från studsande bollar till sandaler.
Före 1900 var Brasiliens vilda gummiträd den primära källan. Den ökande efterfrågan på cyklar och bilar drev produktionen bortom naturliga gränser. Frön som smugglats från Brasilien möjliggjorde gummiplantager i Sydostasien, som levererade mest amerikanskt gummi på 1930-talet. Andra världskriget bröt plötsligt denna försörjningskedja, vilket underströk gummits strategiska betydelse.
Resan börjar med knackning:ett försiktigt snitt i barken på ett gummiträd drar ut latex till en kopp. Latexen från många träd samlas i stora tankar. Koagulering – tillsats av en syra som myrsyra – sänker polyisoprenen till en fast massa, en process som tar cirka 12 timmar. Rulla tar bort vatten, vilket ger tunna ark ungefär 1/8 tum tjocka. Dessa lakan torkar på träställ; rökning under några dagar ger den traditionella räfflade rökduken, medan lufttorkning ger lufttorkade lakan av högre kvalitet. Blek crepegummi – två koaguleringar följt av lufttorkning – ger den finaste kvaliteten.
Syntetiska gummin uppstår från polymerisation, antingen addition (kopplar monomerer direkt) eller kondensation (eliminerar små molekyler under koppling). Tyska kemister sökte först efter syntetiskt gummi under WorldI, och producerade ett 15-tons per månad metylgummi från aceton. Genombrottet kom 1929 med BunaS (styren-butadiengummi, SBR) av I.G. Farben. 1955 utvecklade SamuelHorne en nästan naturlig 98 % cis-1,4-polyisopren, vilket möjliggör en blandning av SBR och naturgummiliknande polymerer som driver dagens däckindustri.
När det väl levererats som balar genomgår gummi fyra kritiska steg:blandning, blandning, formning och vulkanisering. Varje steg skräddarsyr materialet för dess slutliga tillämpning.
Compounding tillsätter kemikalier för att justera temperaturkänslighet och mekanisk prestanda. Tillsatser - som kimrök, vattenfria aluminiumsilikater, antioxidanter och mjukgörare - reagerar under vulkanisering för att stabilisera polymernätverket. Kolsvart, som härrör från sot, är det vanligaste förstärkande fyllmedlet, vilket ökar draghållfastheten, nötningsbeständigheten och UV-hållfastheten. De flesta gummiprodukter ser svarta ut på grund av detta fyllmedel.
Eftersom gummis viskositet är hög sker blandningen i två steg. Först bildar förstärkande fyllmedel en masterbatch. Efter kylning tillsätts härdare (t.ex. svavel eller svavelfria föreningar) och blandningen blandas tills den är homogen, vilket förhindrar för tidig vulkanisering.
Formning använder extrudering, kalandrering, beläggning eller gjutning. Extrudering tvingar gummi genom skruvextrudrar, medan kalandrering för det mellan rullarna för att uppnå enhetlig tjocklek. Beläggning kombinerar kalandrering med materialapplicering, perfekt för regnrockar eller transportband. Gjutning – kompression, överföring eller insprutning – bildar komplexa former som däckkroppar eller packningar, med vulkanisering som sker samtidigt.
Vulkanisering – myntad av Charles Goodyear 1839 – tvärbinder gummipolymerer och förvandlar ett klibbigt, temperaturkänsligt material till en hållbar, elastisk produkt. Moderna processer använder reducerade svavelnivåer och acceleratorer, vilket minskar härdningstiderna till 15–20 minuter. Svavelfria tekniker, såsom peroxid eller strålningsvulkanisering, används också för specialtillämpningar.
