600x600px|Alapanyagok, gumikeverék, gumi|jobbraA kaucsukot más alapanyagokkal összekeverve kapjuk a gumikeveréket. A képlékeny, kevéssé rugalmas gumikeverékből kivulkanizálva rugalmas gumi lesz. A gumitermékek gyakran összetett termékek, melyek gumin kívül más anyagokat is tartalmaznak (acél- vagy textilvázat, ráragasztott rögzítőelemeket stb.). Ezek a termékek is általában gumigyárban (gumiüzemben stb.) készülnek; gyakrabban úgy, hogy a gumikeverékből készített nyers gumialkatrészeket rögzítik a többihez és utána vulkanizálják, ritkábban úgy, hogy a kivulkanizált gumit építik össze a többi alkatrésszel. Ezzel összefüggésben gumigyártásnak nevezzük általában azoknak a késztermékeknek az előállítási folyamatát, amelyek számottevő mennyiségben tartalmaznak gumit (esetleg más anyagok mellett). Ezért a természetes gumi – műgumi megkülönböztetésnek nincs értelme. Minden gumi „mű”. Ha csak természetes alapanyagból készülne (aminek a valószínűsége végtelenül kicsi), akkor azért, mert nem a természetben keletkezett, hanem vegyi gyárakban. A világon gyártott gumitermékek fele gumiabroncs, a másik felét műszaki gumicikkeknek nevezzük. Ez utóbbiak közül a legfontosabbak a légrugók, a tömlők, a hevederek és szíjak, a tömítések, a gumilemezek, a mártott termékek.
A gumiabroncsokat általában nagy tömegben gyártják és kevés félék. A műszaki gumicikkek sokfélék és kisebb tételben gyártják őket.
A gumigyártás alapműveletei (Alapanyagok) Keverékkészítés Itatás Kenés Kalanderezés Extrudálás Felépítés Vulkanizálás Fröccsöntés A keverékkészítés és a vulkanizálás minden gumitermék gyártási folyamatában szerepel, a többi a termék jellegétől és a választott gyártástechnológiától függően „elcsökevényesedhet” vagy egészen el is maradhat. A gumigyártás alapanyagai Kaucsuk
A vulkanizálás hatóanyagai: Vulkanizálószerek (az esetek 90%-ában kén; a maradék 10%-ban kén helyett használnak tellúrt, szelént, kéndonorokat; fém-oxidokat; bifunkcionális vegyületeket; peroxidokat vagy nagy energiájú elektromágneses sugárzást) Gyorsítók Aktiválószerek Késleltetők Koágensek, promotorok Öregedésgátlók: Fényelnyelő és -visszaverő viaszok Szabad gyököket hatástalanító inhibitorok Töltőanyagok: Korom (carbon black) Szilícium-dioxid (silica) Félaktív vagy inaktív fehér töltőanyagok: karbonátok és szilikátok (pl. kréta, dolomit, talkum) Lágyítók: Ásványi olajok (kőolaj- és kőszénszármazékok) Növényi olajok Gyanták Egyéb adalékok és segédanyagok: Lebontószerek (peptizálószerek, masztikálószerek) Színezékek Égésgátlók Tapadásfokozók Ragadásgátlók Szilárdsághordozók: Viszkóz Poliamid (még mindig az alifás poliamidok az elterjedtek, mivel a kevlar nagyon drága) Poliészter Acél Aktív töltőanyagok
A korommal erősített gumi általában kopásállóbb, mint a töltetlen kaucsukból készült.
A kormot szénhidrogének (kőolaj, földgáz, illetve ezekből előállított anyagok) elégetésével vagy részleges termikus lebontásával állítják elő. Az abroncskeverék mintegy harmadát a korom alkotja; jellemzően a koromtól lesz fekete a gumi. Ennek megvan az az előnye is, hogy jól elnyeli az ultraibolya sugarakat és így akadályozza a gumi öregedését.
A szilícium-dioxid kedvezően befolyásolja a gumi szakítószilárdságát. Ezenkívül javítja a nedves és a hideg felületen való tapadást és a kopásállóságot, csökkenti a melegedési hajlamot.
Keverékkészítés (keverés) A keverékkészítés során a különálló szilárd és folyékony, különböző fizikai-kémiai tulajdonságú keverék-alapanyagokból képlékeny, egységes tulajdonságú (homogén) gumikeverék lesz. A gumikeverék tartalmazza a kész gumitermék gyakorlatilag minden alapanyagát, kivéve a vázanyagokat.
Az ideális keverés az lenne, ha közben a többi keverékkomponens teljesen egyenletesen eloszlana a kaucsukban mint mátrixban, és semmilyen más folyamat nem zajlana. A valóságban bizony más folyamatok is zajlanak keverés közben.
A keverés több fázisból állhat:
1. Alapkeverék készítése Puhítás: a kaucsukot (esetleg lebontószerek hozzáadásával) "keverjük" a molekulatömeg csökkentése és a képlékenység érdekében. A kimért alapanyagokat (általában a vulkanizálás hatóanyagai kivételével) sorban belekeverik a kaucsukba. A nehezen belekeverhetőket vagy nagy mennyiségűeket több fázisban is, mert egy fázisban nem keverednek jól el. Ha az alapkeverék előtt (az esetleges puhítás után) egy fázis van, akkor az annak során készült félkészterméket szokták előkeveréknek is hívni. De ennél több fázis esetén csak az 1. fázis, 2. fázis rendszerű elnevezések célszerűek. Egy-egy keverési fázisban (5-10 perc) a keverék erősen felmelegszik (a legtöbbet használt alapanyagok esetében 150 °C körüli hőmérsékletre), és így hamar tönkremenne. Az egyes fázisok között a gumikeveréket lehűtik kb. 20-40 °C-ra. A hűtőfolyadék a keverékszalagokról leszáradva gyakran ragadásgátló anyagot hagy maga után a keverék felületén, mely megakadályozza, hogy a tárolási idő alatt a szalag egyes részei egymással összeragadjanak, ami nehezítené a beadagolást a keverés következő fázisánál vagy az extrudernél, kalandernél stb.
2. Készkeverék készítése (kenezés) Az alapkeverékbe belekeverik a vulkanizálás (még hiányzó) hatóanyagait (1-2 perc).
A kaucsuk folyadék, csak nagyon sűrű (viszkózus). A kaucsukok többségén nem is látszik szobahőmérsékleten, hogy folyik, de az már előfordul, hogy a napra kitett kaucsuk néhány nap leforgása alatt mintha „lefolyna” az alatta levő tárgyakról, pl. kaucsukbáláról. A gumikeverék viszkozitása általában kicsit még nagyobb, mint a kaucsuké (főleg a töltőanyagtartalom miatt). Ez azt jelenti, hogy hideg időben szilárdnak tűnik; szobahőmérsékleten épp csak felmerül bennünk a gyanú, hogy hátha nem szilárd, 120 °C körül pedig a gépek olyan könnyen alakítják, mint az asszonyok a tésztát.
A keverés során a gépek az egyes keverékalkotórészeket deformálják és apró darabokra tépik és összekeverik egymással. A kismolekulájú anyagok „deformációja” pillanatszerű. A makromolekulákból álló kaucsuk azonban először nyúlik, és csak azután szakad el.
A kaucsuk deformációjának három összetevője van:Теоретическое и прикладное материаловедение - Tyeoretyicseszkoje i prokladnoje matyerialovegyenyije - Elméleti és alkalmazott anyagismeret a rugalmas deformáció; a viszkózus folyás. a viszkoelasztikus deformáció;
Erő hatására azonnal deformálódik, erő megszűntekor azonnal teljesen visszanyeri eredeti alakját. A Hooke-törvény érvényesül. Erő hatására deformálódik, minél nagyobb az erő, annál gyorsabban. Az erő megszűntekor egyáltalán nem nyeri vissza eredeti alakját. A kaucsuk nem-newtoni folyadék. Erő hatására deformálódik, de ehhez idő kell, erő megszűntekor nagymértékben visszanyeri eredeti alakját, de ehhez is ugyanúgy idő kell. A deformációt a Kelvin-Voigt modell írja le.
A viszkózus folyási (képlékenységi) összetevőnek köszönhetően egy-egy makromolekula kihúzódik a szomszédjai közül. A feszültség csökken, a deformáció maradandó lesz.
A viszkoelasztikus összetevőnek köszönhetően a kaucsuk deformációja némi késéssel követi az erő hatását. A gombolyag alakú, nagy kanyarokat leíró molekulaláncok egy szegmense az erő hatására kiegyenesedik, de azután átrendeződik, a nagyobb kanyarok kisimulnak, viszont az egyenesebb szakaszok „beráncosodnak”. Ez időbe telik. A viszkoelasztikus összetevőnek köszönhetően a kaucsuk elnyeli a befektetett mechanikai energiát és hővé alakítja. Ezért a gumikeverék minden olyan gumigyártási műveletnél, ahol a kaucsuk folyamatosan deformálódik, melegszik. A melegedésben az a legkellemetlenebb, hogy a keverék beéghet.
A valóságban a gumikeverék deformációja során mindhárom összetevő jelen van, kisebb vagy nagyobb arányban. A befektetett energiának a deformáció viszkoelasztikus összetevőjére eső része általában még kellemetlen is, mert a nagy melegben tönkremehet a gumikeverék. A rugalmas összetevőre eső rész is kidobott pénz, mert a visszaadott energiát nem tudjuk hasznosítani. Az egyes keverékkomponensek elkeveredését csak a folyási összetevő szolgálja.
A folyékony keverékkomponensek már akár molekuláris szinten is elkeveredhetnek egymással. A szilárd szemcséket azonban először mind kisebb darabkákra kell aprítani, és ennek a minél nagyobb nyírófeszültség kedvez. A nyírófeszültség pedig annál nagyobb, minél nagyobb a keverék viszkozitása. Ezért is rossz a keverés hatékonysága szempontjából a melegedés, mivel a hőmérséklet növekedésével viszonylag gyorsan csökken a keverék viszkozitása. De ha nagyobb a keverék viszkozitása, akkor több energiát is kell befektetni a keverési folyamat során, vagyis növekednek az energiaköltségek. Másrészt viszont a keveredéshez szükség van bizonyos folyadéktulajdonságokra, képlékenységre. Ezért keveréskor meg kell találni a kompromisszumot a megfelelő nyírófeszültség, képlékenység és energiaköltségek között.
Keverés közben a keverőgépeket belülről hűtik, és rendszerint addig tart egy-egy keverési fázis, amennyit az adott keverék még éppen el tud viselni károsodás nélkül. Ezután lehűtik, és „hideg” keverékkel jöhet a következő fázis.
A keverék hőtörténete A legnagyobb tömegben felhasznált keverékek esetén 100 °C alatt általában elhanyagolható a kémiai reakciók sebessége (bár a vulkanizálás hatóanyagai között vannak olyan, ritkábban használt anyagok is, melyek segítségével ez változtatható). 100 °C fölött – a keverék összetételétől függően – fokozatosan egyre nagyobb sebességgel keletkeznek szabad gyökök, keresztkötések jönnek létre a szomszédos makromolekulák között, elágaznak láncmolekulák, sőt ciklizálódnak egyes molekuladarabok stb. Ha lehűtik a keveréket, akkor a reakciók újra lelassulnak, esetleg megint az elhanyagolható szintre, de a keletkezett anyagok megmaradnak, és ha újra nő a hőmérséklet, akkor ott folytatódik a reakcióképes anyagok keletkezése, ahol legutóbb abbamaradt. Erre mondják azt szemléletesen, hogy a keverék „emlékszik” arra, mekkora hőmennyiséget kapott már eddigi élete folyamán.
Minél több időt tölt a keverék az adott magas hőmérsékleten, annál több reakcióképes anyag keletkezik, és így annál jobban fel is gyorsul a reakció. Ezek a reakciók – a szándékos vulkanizálás kivételével – általában nemkívánatosak, mert egyrészt csökkentik a képlékenységet és növelik a rugalmasságot, másrészt a reakciótermékek keletkezési helyén hirtelen mások lesznek a keverék tulajdonságai, mint a környezetükben. E nemkívánatos reakciók elkerülésére igyekeznek a keveréket alacsony hőmérsékleten tartani csökkenteni azt az időt, ami alatt a keverék magas hőmérsékletnek van kitéve a gumigyártás alapanyagainál a 2.4. pontban leírt késleltetőkkel késleltetni az adott körülmények között nemkívánatos kémiai reakciók beindulását illetve felgyorsulását.
Mivel a gyártás során a befektetett mechanikai munka egy része folyamatosan hővé alakul, ezért az egyes feldolgozási műveletek folyamán és között többnyire hűteni kell a keveréket.
Az elmondottakból az is következik, hogy ha például két tétel azonos alapanyag-összetételű keveréket azonos körülmények között extrudálunk, akkor lehet, hogy az egyik beég, a másik meg nem, mert amelyik beégett, az – mondjuk – a keverés során olyan nagy hőmennyiséget kapott, hogy akkor is az égett volna be extrudáláskor, ha a másikat extrudáltuk volna magasabb hőmérsékleten. A keveréshez használt alapvető gépek Hengerszék Zártkeverő Extruder
Hengerszék thumb|right|250px|Hengerszék1: hengerpalást, 2: kéregöntvény, 3: a hűtővíz furatai, 4: forgó szakáll, 5: keverékpalást
A legegyszerűbb a három közül. Lényegében két vízszintes tengelyű összeforgó hengerből áll. A hengerek hossza és átmérője azonos, de a forgási sebességük (ω) különböző. A forgási sebességek arányát frikciónak nevezik. Általában az első henger a lassabb (amely a hengerszékes dolgozóhoz közelebb van).