Вулканизация резины: что это такое, при какой температуре идёт и чем горячая отличается от холодной

Автор: Юрий Терехов · 19.10.2026 · ~16 мин чтения · 17 просмотров

Вулканизация превращает сырой каучук в резину. Без неё не было бы ни конвейерной ленты, ни шины, ни уплотнения. Сырая смесь течёт, липнет и не держит форму, а сера, нагрев и несколько добавок сшивают длинные молекулы в сетку, и материал впервые становится упругим, прочным и пригодным для работы под нагрузкой. Слово «вулканизация» при этом используют в двух смыслах: в цехе, где делают ленту, это режим пресса и состав смеси, а на конвейере, где ленту стыкуют, это ремонт и склейка. Два смысла путают постоянно. Статья про первый: что именно происходит в резине, какие температуры и давления называют учебники, как режим читают по кривой реометра и что бывает, когда его не выдержали. Про стыкование есть отдельный разбор, ссылка ниже. Если вам нужна лента под конкретную температуру и абразив,

оставьте заявку на подбор

Что такое вулканизация и что происходит с каучуком при нагреве с серой?

Каучук состоит из очень длинных молекул-цепей, и в сыром виде они свободно скользят друг относительно друга, поэтому заготовка течёт под собственным весом, размягчается от любого нагрева и после растяжения не возвращается к исходной форме. Придать форму можно. Удержать нельзя.

Вулканизующий агент сшивает цепи в единую сетку. Классический агент - сера: она соединяет соседние цепи короткими мостиками из атомов серы, и получившаяся сетка уже не растворяется, не плавится и после растяжения возвращается в исходное положение. Процесс необратим.

Историю знают по двум именам. Чарльз Гудьир открыл серную вулканизацию в 1839 году, когда каучук с серой попал на горячую плиту. Томас Хэнкок запатентовал похожий способ в Англии в 1843 году, на несколько месяцев раньше американского патента Гудьира. Название процесс получил по имени римского бога огня Вулкана. В русской энциклопедической формулировке вулканизация - это взаимодействие каучуков с вулканизирующим реагентом, а в качестве реагентов, кроме серы, названы пероксиды, оксиды металлов и амины.

Условий три: температура, время и давление. Британский производитель уплотнений Walker Rubber описывает вулканизацию как нагрев смеси при заданной температуре, в течение заданного времени, под заданным давлением, и любой из трёх параметров можно сдвинуть, если пересмотреть остальные два.

Остальное - детали. Из чего состоит система, какие цифры дают учебники и как инженер проверяет, что резина вышла на свой режим, разберём по порядку.

Из чего состоит вулканизующая система: сера, ускоритель, оксид цинка

Если смешать каучук с одной серой, реакция потребует много времени и высокой температуры, а результат окажется нестабильным по партиям. Заводская смесь устроена сложнее.

Ускоритель - это органическое вещество, которое резко сокращает время сшивки и позволяет снизить температуру. В исследовании, на которое мы опираемся ниже, в роли ускорителя взят сульфенамид CBS. Семейств ускорителей несколько, и выбор между ними определяет, сколько времени у смеси есть до начала сшивки.

Активаторы дополняют пару. Оксид цинка вместе со стеариновой кислотой считают наиболее эффективным способом повысить реакционную способность серы. По данным университета Твенте, ионы цинка со стеариновой кислотой и ускорителем образуют активный комплекс, который катализирует сшивание. Точный механизм сульфенамидного ускорения до конца не выяснен.

Для ориентира возьмём рецептуру натурального каучука из бразильского журнала Polímeros, записанную в частях на сто частей каучука (phr): каучук 100, оксид цинка 3, стеариновая кислота 1. Дальше идут два варианта. В обычной системе сера 2,5 и сульфенамид CBS 0,5, в эффективной сера 0,5 и CBS 2,5. Компоненты те же. Пропорции зеркально перевёрнуты. От этой перестановки зависит почти всё остальное.

Сколько серы кладут: мягкая резина и эбонит

Количество серы управляет жёсткостью. На другом краю шкалы стоит эбонит.

Определение даёт товарная номенклатура внешнеэкономической деятельности ЕАЭС в пояснениях к группе 4017: твёрдая резина, например эбонит, получается вулканизацией резины с высоким содержанием серы, то есть больше 15 частей на 100 частей каучука. Граница формальная, таможенная.

В технической литературе цифры шире и расходятся. Англоязычная энциклопедия указывает для эбонита от 25 до 80 процентов серы, а прочность и теплостойкость, по ней же, максимальны около 35 процентов. Российская энциклопедия называет диапазон 30-50 процентов в расчёте на массу каучука, но эту страницу открыть целиком не удалось, и мы приводим её лишь как ориентир. Три источника, три границы. Вывод для закупки такой. В ТУ и сертификатах смотрите на конкретную марку.

Для конвейерных лент эти цифры нужны редко. Обкладка ленты остаётся мягкой резиной, и порядок величин в её рецептуре тот, что в примере выше. Эбонитовых слоёв в ленте нет.

Какие мостики сшивают каучук и почему от них зависит теплостойкость

Мостик между цепями может состоять из одного атома серы, из двух или из нескольких: моносульфидная связь записывается как C-S-C, дисульфидная как C-S2-C, полисульфидная как C-Sx-C, где x больше двух.

Какие мостики получатся, определяет соотношение ускорителя и серы, и журнал Polímeros называет такие границы. Ниже 0,7 - обычная система, CV. Выше 2,5 - эффективная, EV. Всё, что лежит между ними, называют полуэффективной, semi-EV.

В той же работе показано, чем это заканчивается на практике: у эффективной системы на кривой вулканизации после максимума стоит плато, потому что моносульфидные мостики термически устойчивы, а у обычной момент после максимума падает, потому что полисульфидные мостики с меньшей энергией связи разрушаются. Отсюда вывод авторов. Старение под нагревом при обычной системе протекает хуже.

Выигрыш короткой связи не бесплатный. В английской энциклопедии сказано, что короткие мостики улучшают теплостойкость, а длинные - динамические свойства. Лента гнётся на каждом барабане снова и снова, и для неё это серьёзный компромисс, который у ленты на горячем грузе, под воздействием постоянного нагрева обкладки, смещается в другую сторону. Выбор делает разработчик смеси. Покупателю остаётся назвать режим эксплуатации.

Температурные пределы лент разобраны отдельно, для тепла в статье про теплостойкую конвейерную ленту, для мороза в статье про морозостойкую ленту.

Какая температура и какое давление нужны вулканизации?

Эти цифры взяты из работы ТГТУ (Тамбов) по вулканизации резины: на гидравлических прессах с паровым обогревом температура лежит в интервале 143-180 °C, с электрическим обогревом - 180-200 °C, а удельное давление на плиту составляет 2-10 МПа в зависимости от мягкости смеси. Продолжительность там прямо названа определяемой опытным путём по образцам. Формулы нет.

Единой температуры для всех каучуков тоже нет. В учебном пособии ТГТУ по проектированию прессового оборудования приведена таблица оптимальных температур вулканизации для промышленных каучуков, и она хорошо показывает, как широко разбросаны режимы.

Разброс между краями таблицы - 37 °C, и авторы пособия отдельно оговаривают это, потому что оборудованию приходится держать разные точки для разных смесей. Для паспортного пресса там же указан допуск: при средней температуре плиты 170 °C перепад по рабочей зоне составляет ±3 °C, при 200 °C - ±5 °C.

Из цифр следуют три замечания.

Первое. Резина плохо проводит тепло. В толстом изделии поверхность у плиты греется раньше сердцевины, вулканизация идёт неравномерно, и чем толще изделие, тем длиннее выдержка и тем выше риск перегрева у самой горячей поверхности, где реакция заходит дальше всего. Толстой ленты это касается напрямую.

Второе. Режим зависит от каучука: таблица выше показывает разницу в 37 °C между краями.

Третье. Любая цифра из учебника - ориентир. Паспорт на конкретную смесь и инструкция изготовителя ленты весят больше любой таблицы.

Как режим читают по реометру: ML, MH, ts2, t90

Опытный подбор времени дополнен измерением. Образец смеси греют в камере прибора, а датчик фиксирует момент, который нужен для его деформирования; когда сетка растёт, момент растёт вместе с ней. Получается кривая.

Испытание в России описывает ГОСТ Р 54547-2011 на определение вулканизационных характеристик с использованием безроторных реометров, который действует с 1 июля 2013 года и связан с ASTM D5289; для осциллирующего диска есть ASTM D2084, и его описание оговаривает близость к ISO 3417. Каталожные карточки предупреждают: результаты приборов двух типов могут быть несопоставимы. Сравнивайте цифры только с одного типа прибора.

Что читают с кривой, показывает определение, которое используют в практике (в качестве примера взята формулировка из патента на смеси с испытаниями по ASTM D5289):

• ML - минимальный момент, связанный с вязкостью смеси при температуре испытания.
• MH - максимальный момент. Его связывают с максимальной степенью сшивания.
• ts2 - время, за которое момент вырастает на 2 дН·м над минимумом. Это запас по безопасной переработке: пока ts2 не прошло, смесь ещё течёт и поддаётся формованию.
• t90 - время, за которое достигается 90 процентов перепада между MH и ML. Ориентир времени вулканизации.

Для подвулканизации есть второй способ измерения. ГОСТ Р 54552-2011 описывает определение вязкости, релаксации напряжения и характеристик подвулканизации с использованием вискозиметра Муни, а старый ГОСТ 10722-76 в базе технической документации значится действующим. Подвулканизация - это преждевременная сшивка ещё до пресса. Смесь без запаса по ней затрудняет формование.

У инженера отсюда три рабочих вопроса к изготовителю смеси. Какой ts2 при рабочей температуре? Какой t90? Какова разница между MH и ML? В каталоге ленты этих величин обычно нет. Запрашивать придётся отдельно.

Недовулканизация, оптимум и реверсия

Процесс по времени делится на стадии. Сначала идёт индукционный период, когда смесь греется, но сетки ещё нет, затем период собственно вулканизации с ростом момента, затем плато, на котором свойства лучше всего, и наконец период реверсии, или перевулканизации, который в ТГТУ прямо назван нежелательным из-за ухудшения свойств резины.

Недовулканизация. Резина выходит мягкой. Она плохо восстанавливает форму после сжатия, а у ленты слабеет связь между слоями каркаса и обкладкой. Готовность проверяют, например, по остаточной деформации сжатия при повышенной температуре: каталожное описание ISO 815-1 называет такой короткий тест широко используемой мерой степени вулканизации.

Перевулканизация. Выдержка дольше оптимума ведёт к снижению прочности и эластичности, и это в ТГТУ отмечено прямо. Для натурального каучука реверсию связывают с распадом полисульфидных мостиков. Обычная система страдает от неё сильнее эффективной, а для толстых изделий ТГТУ рекомендует останавливать процесс до плато, чтобы реверсия не возникла на отдельных участках.

Особый случай - перегрев каркаса. Лабораторное исследование, опубликованное в PMC, проверило режимы вулканизации на трёх прокладках EP общей толщиной 10 мм с обкладками из SBR при 140, 160 и 220 °C и выдержке 6 и 35 минут. Оптимумом оказались 160 °C и 35 минут, а при 140 и 160 °C существенной разницы в прочности каркаса авторы не обнаружили. При 220 °C и 35 минутах прочность каркаса оказалась почти разрушена. Причину авторы видят в том, что вулканизация шла выше температуры стеклования полиэфира и полиамида 66.

Оговорка важна. Перед нами лабораторная серия на одном типе каркаса, а заводской регламент остаётся за изготовителем, но вывод применим шире: верхнюю границу режима задаёт не только резина, но и ткань.

Число для твёрдости по Шору или для прочности связи между слоями мы здесь не называем: открытых зависимостей от степени вулканизации для лент мы не нашли. Методы приёмочного контроля названы в ГОСТ 20-2018: твёрдость по Шору А по ГОСТ 263, прочность связи между слоями по ГОСТ 6768. Пределы значений ищите в самом стандарте.

Как вулканизуют саму конвейерную ленту на заводе?

Схема понятна. Из открытых источников видно, как устроен процесс, а режимы в них не опубликованы: ГОСТ 20-2018 и ГОСТ Р 56904-2016 задают требования к ленте, и времени с давлением по толщине в доступном тексте нет. Придумывать их мы не станем.

По патентной литературе резинотросовые ленты делают в два этапа. Сначала собирают сырую ленту из каркаса и обкладок, потом вулканизуют. В патенте Berstorff сказано, что вулканизация идёт либо на плитовом прессе по участкам, либо непрерывно во вращающейся установке; однопроходные линии традиционно работают с плитовым прессом. Вращающаяся схема даёт полностью непрерывный режим, но у неё есть слабое место: растянутые стальные тросы втягиваются в нижнюю обкладку у барабана.

Другой патент описывает линию, где лента движется шагами, а длину шага определяет длина вулканизационного пресса: пресс с нагретыми плитами закрывается на очередной участок, пока лента неподвижна, потом открывается, лента сдвигается, и цикл повторяется.

О масштабе говорят данные производителей. Многоцилиндровые прессы Siempelkamp рассчитаны на ленты со стальными тросами или тканевыми прокладками шириной до 3200 мм и толщиной до 50 мм. Масштаб серьёзный. Завод Fenner Dunlop в Квинане (Австралия) выпускает ленты таких же габаритов и называет свой пресс крупнейшим в мире прессом для ленты со стальным тросом.

Покупателю отсюда два вывода. Первый: у резинотканевой и резинотросовой ленты разная технология и разные каталожные ограничения, о резинотросовой мы рассказываем в статье про ленту РТЛ. Второй: заводская лента вулканизована целиком, а на объекте вулканизируют только стык, и это уже другая задача, которой посвящена статья про вулканизацию стыка конвейерной ленты.

Горячая и холодная вулканизация: два разных смысла

Слова «горячая» и «холодная» относятся к двум областям. Разница принципиальная.

В производстве резины горячая вулканизация - это обычный нагрев с серой, который мы разбирали выше. Холодная в историческом смысле - обработка тонких изделий монохлоридом серы S2Cl2 при комнатной температуре. Walker Rubber сообщает, что этот способ практически вытеснен ультраускорителями, которые запускают вулканизацию при комнатной температуре и не требуют ни пресса, ни печи. Для толстых изделий метод не подходил. Для лент тоже. Имя изобретателя и даты мы опускаем, потому что в источниках они расходятся.

Современный вариант без пресса - непрерывная вулканизация профилей. По описаниям производителей оборудования, это UHF-линии с микроволновыми модулями и каналами горячего воздуха, соляная ванна для профилей особого сечения и паровая система под давлением для особых форм. К лентам это отношения не имеет: профиль идёт сплошной линией, а лента вулканизуется листом.

В ремонте лент всё иначе. Пресса нет. Холодная вулканизация там - это соединение концов двухкомпонентным клеем без пресса. Технические данные клея Rema Tip Top SC 2000, хлоропренового, двухкомпонентного, холодного отверждения:

• Температура применения: от +10 до +45 °C, а температура воздуха и материалов для сращивания по руководству компании - от +50 до +113 °F.
• Жизнеспособность смеси: 2 часа при 70 °F.
• Первый слой клея сушат не менее 30 минут.
• Постоянная рабочая температура не выше 80 °C для стыка резина-резина и резина-ткань и не выше 100 °C для резина-металл.
• Прочность на расслоение для резина-резина растёт со временем: 24 фунта на дюйм через 2 часа, 40 через 24 часа, 60 через 7 суток.

Главное видно из цифр. Холодный стык набирает прочность днями. Не часами. Для теплостойких лент вывод жёстче. Fenner Dunlop пишет, что стыки, выполненные холодными материалами, начинают терять прочность примерно с 80 °C, что адгезия EPDM к холодным материалам низкая и что горячая вулканизация остаётся самым надёжным способом.

Подробности по технологии стыка, процент прочности и типовые ошибки собраны в статье про стыковку конвейерной ленты и в обзоре способов соединения ленты, пресс описан в материале про вулканизационный пресс для стыковки, а клеи и сопутствующие материалы - в статье про материалы для стыковки ленты.

Какие ленты вообще не вулканизируются

Вулканизация относится к резине. У термопластов цепи не сшиты. Химия другая.

Производитель BASF в описании термопластичного полиуретана Elastollan отмечает, что традиционную резину из-за сшитой структуры нельзя переработать повторно, а TPU можно, и это прямое следствие различия: сетка резины необратима, а термопласт можно расплавить снова. Отсюда и способ соединения, ведь термопластичные ленты греют и сплавляют по торцам. Ленты из термопластичного эластомера стыкуют сваркой плавящейся нагретой плитой, и под нагревом они ведут себя как типичные термопласты, а режим сварки диктует производитель ленты. Температур в проверенных источниках нет. Чисел не будет.

Иногда ПУ и ПВХ называют «горячей вулканизацией» из-за схожего оборудования, и при заказе стыковки исполнителю нужно назвать материал покрытия ленты. Про покрытия читайте в статье про покрытия конвейерных лент, про термоэластопласт - в материале про Hytrel в лентах.

Что проверить инженеру при приёмке ленты

Начните с документов. Режим вулканизации остаётся внутри завода, но следы его качества видны, и проверить их можно при приёмке партии, пока лента ещё не ушла на конвейер и не стала чьей-то эксплуатационной проблемой.

1. Запросите сертификат или паспорт на ленту с указанием стандарта: для резинотканевых это ГОСТ 20-2018, для резинотросовых горнодобывающих - ГОСТ Р 56904-2016, а чем ГОСТ 20-2018 отличается от прежнего ГОСТ 20-85, мы разбирали в отдельной статье.
2. Проверьте маркировку. Расшифровка букв и цифр дана в статье про маркировку резинотканевых лент.
3. Уточните предел рабочей температуры обкладки. Спросите, на какую систему вулканизации рассчитана смесь, потому что от этого зависит стойкость к нагреву в длительной работе.
4. Для контрольных испытаний берут твёрдость по Шору А по ГОСТ 263 и прочность связи между слоями по ГОСТ 6768, а значения допусков смотрят в стандарте для вашей марки ленты.
5. Лента с расслоением или трещинами обкладки? Сравните с типовыми дефектами в статье про износ конвейерной ленты.

Если лента нужна под высокую температуру груза, абразив или мороз, назовите параметры - Каталог лент находится в разделе конвейерные ленты.

инженеры подберут ленту по режиму

Частые вопросы

Что такое вулканизация резины простыми словами? Это нагрев сырого каучука с серой и добавками, после которого молекулы сшиваются в сетку, и материал из липкого и текучего становится упругим. Назад не вернуть.

Какая температура нужна для вулканизации? В прессовой вулканизации ТГТУ называет 143-180 °C при паровом обогреве плит и 180-200 °C при электрическом, а в таблице оптимумов у натурального каучука 143 °C, у бутадиен-стирольных 180 °C. Давление на плиту - 2-10 МПа.

Сколько серы нужно для вулканизации? В рецептуре мягкого натурального каучука по данным журнала Polímeros используют от 0,5 до 2,5 phr в зависимости от системы. Твёрдая резина (эбонит) начинается выше 15 phr.

Чем горячая вулканизация отличается от холодной? В производстве резины горячая идёт с нагревом и давлением, а холодная - это историческая обработка монохлоридом серы тонких изделий. Для ремонта лент холодной называют склейку двухкомпонентным клеем при +10…+45 °C без пресса, и держит такой стык нагрев не выше 80 °C.

Что такое реверсия? Это падение свойств резины при вулканизации дольше оптимума: на кривой реометра момент после максимума снижается, а обычные серные системы подвержены этому сильнее эффективных.

Вулканизируют ли ленты из полиуретана и ПВХ? Нет. Это термопласты, у которых цепи не сшиты, и поэтому их соединяют сваркой или термопрессом по режиму изготовителя ленты, а серная вулканизация к ним не применима.

Где посмотреть, как стыкуют ленту вулканизацией? Есть отдельная статья про вулканизацию конвейерной ленты с таблицей режимов горячей и холодной стыковки.