Kumit
Kumi on silloitettu (cross-linked, vulcanized) elastomeeri, joka vapaana liuottimista vetäytyy minuutin kuluessa vähintään 1,5- kertaiseen alkuperäiseen pituuteensa, kun se on huoneenlämpötilassa venytetty kaksinkertaiseen pituuteensa ja pidetty siinä minuutin ajan. Suomenkielessä sana kumi voi merkitä kolmea asiaa: raakakumia (kautsu), kumisekoitusta tai vulkanoitua kumia.


Kumin valmistus


Suuri osa raakakumeista on lakritsamaisia, kiinteähköjä nesteitä. Kumimassaan sekoitetaan lisä- ja apuaineita sekä katalyytti. Syntynyt seos lähtee vulkanoitumaan itsekseen. Prosessi nopeutuu, kun aine kuumennetaan, eli vulkanoidaan, valmiiksi tuotteeksi.

Synteettisten kumien valmistusprosessi alkaa raakakumin valmistuksesta. Tämä tapahtuu polymeroimalla alkuperäinen pienimolekyylinen raaka-aine, monomeeri, suurikokoiseksi molekyyliksi eli polymeeriksi. Luonnonkumi eroaa synteettisistä kumeista siinä, että se kerätään kumipuista jo polymeroituneessa muodossa. Luonnonkumin valmistusprosessi alkaakin mastisoinnista, jossa sen molekyylit pilkotaan pienemmiksi mekaanisesti tai hapettamalla, jotta sekoituksen valmistaminen ja prosessointi olisi helpompaa. Prosessissa raakakumiin sekoitetaan peptisoimisaineita, jotka estävät katkenneiden molekyyliketjujen päiden väliset reaktiot. Synteettisiin kumeihin sekä luonnonkumiin sekoitetaan erilaisia lisäaineita, täyteaineita sekä vulkanointiaineita, jolloin saadaan valmis kumisekoitus työstettäväksi.

Vulkanoinnilla tarkoitetaan prosessia, jossa raakakumi muutetaan kemiallisen reaktion avulla varsinaiseksi kumiksi eli muotoon, jossa materiaali säilyttää kimmoiset ominaisuutensa laajalla lämpötila-alueella. Vulkanoinnissa elastomeerimolekyylit yhdistetään kemiallisten reaktioiden ja lämmön avulla kolmiulotteiseksi verkkorakenteeksi. Molekyyliketjut sidotaan ristisidoksilla toisiinsa, jolloin syntyy kertamuovityyppinen, silloitettu rakenne, jonka sulattaminen ja uudelleenprosessointi eivät ole mahdollista. Vulkanoinnin seurauksena mm. materiaalin jäykkyys ja kovuus lisääntyvät


Kumien luokittelua


Luonnonkumia kehittyy kumipuussa (Hevea brasiliensis) ja eräissä muissakin kasveissa cis-1,4-polyisopreenin ja veden emulsiona, eli lateksina. Lateksi muodostuu puussa kuoren ja varsinaisen puuaineen välissä, josta se kerätään tekemällä viilto kuoreen. Luonnonkumin rajallisen saatavuuden ja sen joidenkin huonojen ominaisuuksien takia on kehitetty synteettisiä, usein öljypohjaisia kumeja.

Kumin käytön mukaan aineet jaetaan yleiskumeihin ja erikoiskumeihin.


YLEISKUMIT


Yleiskumille on tyypillistä luonnonkumin kaltainen kimmoisuus.


Luonnonkumit (NR)

Luonnonkumi on sitkeä, kulumis- ja pakkaskestävä aine. Se voi venyä monta kertaa pituutensa ja palautuu nopeasti muotoonsa. Luonnonkumia on helppo työstää ja sillä on hyvä veto- ja repimislujuus. Luonnonkumi ei kestä öljyä, ei ole ilmatiivis ja joutuessaan liian suureen pitkäaikaiseen venymään se hapertuu nopeasti. Sillä on myös rajallinen korkeiden lämpötilojen kesto. Luonnonkumia on usein mukana muissa kumilaaduissa parantamassa niiden ominaisuuksia.

Luonnonkumin käyttökohteita:

  • renkaat (60 - 70 %)
  • letkut, kuljetus- ja kiilahihnat
  • erilaiset päällysteet
  • tiivisteet
  • lateksituotteet
  • jalkineet
  • liimat


Styreenibutadieenikumi (SBR)

Styreenibutadieenikumi on luonnonkumin jälkeen eniten käytetty yleiskumi ja samalla eniten valmistettu synteettinen kumi. Styreenibutadieenikumit ovat hyvin samankaltaisia ominaisuuksiltaan luonnonkumin kanssa. Styreenibutadieenikumeilla on hyvä kulumis- ja vanhenemiskestävyys. Niillä on kuitenkin huonot mekaaniset ominaisuudet (tarvitaan lisäaineistusta) sekä huonot adheesio-ominaisuudet (adheesiota lisäävien aineiden käyttö).

Styreenibutadieenikumin käyttökohteita:
 
  • auton renkaat (sekoitettuna butadieeni-, isopreeni- tai luonnonkumin kanssa)
  • jalkineet
  • kuljetus- ja välityshihnat
  • letkut
  • leikkikalut


Isopropeenikumi (IR)

Isopreenikumi on luonnonkumin synteettinen vastine.

Isopreenikumin etuja:
  • sitkeys
  • hyvä kulumiskestävyys
  • pakkasenkestävyys
  • edullisuus
  • helppo työstettävyys ja liimattavuus

Isopreenikumin huonoja puolia:
  • rajallinen käyttöikä korkeissa lämpötiloissa ja hapettavissa olosuhteissa
  • huono öljyn kestävyys

Vaikka synteettinen isopreenikumi soveltuukin moniin tarkoituksiin sellaisenaan, käytetään sitä yleensä seoksena muiden kumien kanssa. Seostamalla muita kumeja isopreenillä voidaan parantaa mm. niiden veto- ja repäisylujuutta sekä joustavuutta.

Isopreenikumeja käytetään hyvin samanlaisissa käyttökohteissa kuin luonnonkumia:

  • ajoneuvojen renkaat
  • kuljetin- ja voimansiirtohihnat
  • tiivisteet, letkut, pehmusteet
  • jalkineet, urheiluvälineet
  • suojakäsineet
  • tiivistysaineet ja -massat


Butadieenikumi (BR)

Butadieenikumin prosessointi on erittäin vaikeaa, eikä sitä tämän vuoksi juuri käytetä yksinään missään tuotteessa vaan sekoitetaan yhden tai useamman kumin kanssa. Suurin osa valmistettavasta butadieenikumista menee sekoitettavaksi styreenibutadieenikumin, luonnonkumin tai joidenkin teknisten kumien kanssa. Butadieenikumin tarkoituksena on parantaa tuotteiden kimmoisuutta sekä kuuman- ja kylmänkestävyyttä.

Butadieenikumin etuja:
  • erinomainen pakkasen- ja lämmönkestävyys
  • kimmoisuus
  • kulumiskestävyys

Butadieenikumin heikkouksia:
  • erittäin hankala työstää
  • huonot mekaaniset ominaisuudet

Butadieenikumin käyttökohteita:

  • autonrenkaat (BR 30–50% seostettuna SBR:n kanssa)
  • kengänpohjat
  • telojen pinnoitteet, kiilahihnat
  • tiivisteet, letkut
  • päällysteet
  • leikkikalut


ERIKOISKUMIT


Erikoiskumeilla on erikoisominaisuuksia esim. öljyn, bensiinin, sään, otsonin tai lämmönkesto. Ne ovat kalliita ja usein niitä on vaikea työstää.


Butyylikumi (IIR)

Butyylikumit ovat isobuteenin ja isopreenin muodostamia kopolymeerejä

Butyylikumien etuja:
  • stabiilius myös pitkäaikaisessa käytössä ja korkeissa lämpötiloissa
  • erittäin alhainen kaasujen läpäisevyys
  • hyvä otsonin sietokyky
  • hyvä säänkestävyys (pigmenttien lisäys)
  • kimmoisuus laajalla lämpötila-alueella -73...100°C
  • taipumus absorboida vettä alhainen
  • kestää hyvin hapettavia aineita, kasvi- ja eläinrasvoja ja polaarisia liuottimia

Butyylikumien heikkouksia:
  • huono hankauskestävyys
  • ei kestä hiilivetyliuottimia tai öljyjä.

Butyylikumilla hyvä otsonin ja lämmön kesto. Se on kaasutiivis ja sen kimmoisuus huono.

Butyylikumien käyttökohteita:

  • autojen ja polkupyörien renkaiden sisäkumit
  • höyryletkut
  • kumipäällysteiset kankaat ja kaapelit
  • purukumin perusaine
  • vedenpitävät kalvot
  • viemäritiivisteet


Nitriilikumi (NBR)

Nitriilikumia käytetään sovelluksissa, joissa tarvitaan hyviä mekaanisia ominaisuuksia sekä öljyjen ja polttonesteiden kestävyyttä. Nitriilikumeja voidaan käyttää myös seostamalla niitä muiden kumien kanssa, mm. NBR:n ja IIR:n sekoituksella pyritään NBR:iin yhdistämään IIR:n alhainen kaasujen läpäisevyys, säänkesto-ominaisuudet ja hyvä terminen stabiilius.

Nitriilikumien käyttökohteita:

  • tiivisteet, letkut, liitoskappaleet
  • telojen päällysteet
  • hihnat
  • säiliöt
  • suojavaatteet ja -kengät

Kloropreenikumi (CR)

Polykloropreeni oli kumiteollisuuden ensimmäisiä synteettisiä kumeja. Kloropreenikumi on hyvin monipuolinen elastomeeri, jota käytetään etenkin vaikeissa olosuhteissa ja kun saman materiaalin on kestettävä useita erilaisia olosuhteita.

Kloropreenikumin etuja:
  • hyvä kulumiskestävyys
  • hyvä otsonin kestävyys
  • hyvä repäisylujuus
  • kestää hyvin öljyjä ja liuottimia
  • ei ylläpidä palamista

Kloropreenikumin käyttökohteita:
  • kuljetus- ja kiilahihnat
  • letkut
  • sähköjohtojen ja kaapelien päällykset


Eteenipropeenikumit (EPM, EPDM)

Eteenipropeenikumit voidaan jakaa kahteen ryhmään: eteenipropeenikumeihin (EPM), jotka ovat siis eteenin ja propeenin kopolymeereja, sekä eteenipropeenidieenikumeihin (EPDM), jotka ovat vastaavasti eteenin, propeenin ja jonkin dieenin terpolymeereja.

Eteenipropeenikumien ominaisuuksia:
  • erittäin hyvä hapen, otsonin ja UV-valon kesto
  • erinomaiset sähköiset ominaisuudet
  • hyvä lämmön- ja pakkasenkestävyys
  • mahdollisuus käyttää suuria pitoisuuksia täyteaineita
  • huono öljyjen ja hiilivetyjen kestävyys
  • huono tarttuvuus

Eteenipropeenikumien käyttökohteita:
  • autoteollisuuden tuotteet, mm. ikkuna- ja ovitiivisteet sekä lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmien letkut
  • rakennusteollisuuden sekä kotitalouskoneiden tiivisteet ja vesiletkut


Silikonikumit (Q)

Nestesilikoni sekoitetaan nesteistä ja vulkanoidaan kuumassa muotissa. Peroksidisilikoni työstö on luonnonkumin kaltaista, mutta katalyyttinä on peroksidi. Kylmävalettavilla silikoneilla on hyvin pieni kutistuma ja niitä käytetään mm. valumuotteina.
Silikonin liimaaminen on vaikeaa ja onnistuu silikonilla.

Silikonikumeissa joudutaan yleensä käyttämään lujittavia täyteaineita, kuten piioksidia, sillä puhtaan silikonikumin mekaaniset ominaisuudet ovat huonot. Puhtaan silikonikumin vetolujuus onkin heikoin kaikista kumeista. Silikonikumien etuna on kuitenkin se, että niiden mekaaniset ominaisuudet säilyvät hyvin myös korkeissa lämpötiloissa, huomattavasti paremmin kuin muilla kumilaaduilla.

Silikonikumien etuja:
  • korkeiden lämpötilojen kestävyys ja laaja käyttölämpötila-alue (jopa -100 ... +300 °C)
  • UV-valon, hapen ja otsonin kesto
  • kimmoisuus
  • myrkyttömyys, hajuttomuus, mauttomuus
  • hyvät erotusominaisuudet (vesi, liima ym.)
  • hyvä sähkön eristyskyky

Silikonikumien heikkouksia:
  • huono öljynkestävyys, paitsi alifaattiset öljyt
  • heikko mekaaninen kestävyys ilman vahvistavia lisäaineita
  • suuri kutistuvuus muottituotteissa
  • vulkanoitava peroksideilla
  • kalleus

Silikonikumien käyttökohteita:

  • korkeissa lämpötiloissa käytetyt sähkölaitteet ja tekniset tuotteet
  • lääketieteelliset tuotteet ja sairaalatarvikkeet
  • telojen pinnoiteaineet
  • kaapelien pinnoitteet ja eristeet
  • tiivistysmassat
  • muotit


Fluorikumit (FPM, FKM)

Fluorikumit ovat kopolymeereja, eli niiden valmistukseen käytetään ainakin kahta eri monomeeria. Fluorikumeja käytetään erikoiskohteissa, joissa tarvitaan hyvää lämmön, hapen tai korroosion kestoa sekä kuumien liottimien ja öljyjen kestoa.

Fluorikumien etuja:
  • erinomainen lämmönkesto (jopa + 200 °C, hetkellisesti + 315 °C) 
  • laaja kemikaalien ja liuottimien kesto
  • erinomainen hapen, otsonin ja säänkesto
  • palamattomia
  • sitkeitä ja kulutuskestäviä

Fluorikumien heikkouksia:
  • heikohko kylmänkestävyys
  • kalleus

Fluorikumien käyttökohteita:

  • autojen ja lentokoneiden tiivisteet ja letkut
  • palonkestävät pinnoitteet
  • lämmönkestävät eristeet

(Lähteet: Elastomeerit- kurssimateriaali, TTY, Muovi- ja elastomeeritekniikan laboratorio )
 
< Prev   Next >