B
“De Beleving van Rubber” Een woelige geschiedenis! Prof. Dr. Ir. J.W.M. Noordermeer Universiteit Twente
1
B
De Beleving van Rubber De alleroudste, vermoedelijke verwijzing naar: “Natuurrubber” Staat vermeld in: HERODOTUS, HISTORIAE, 4e boek Phoeniciers, door de Grieken op zeereis gestuurd om een alternatieve route naar Persië te vinden, zien op Zanzibar het verschijnsel “stuiterballen”: 600 BC. 2
B
De Beleving van Rubber
1519 - 1520: Op de tweede tocht van Hernando Cortez naar de “Nieuwe Wereld” beschrijft matroos Pietro Martire d’Angiero het:
“Spel van springende ballen in de prachtige balspelhuizen van de Aztekenvorst Montezuma”
Ballen zijn gemaakt van een materiaal: Ca-Hu-Chu, (Wenend hout) gewonnen uit het sap van een boom. 3
B
De Beleving van Rubber
Azteken balspel:
4
B
De Beleving van Rubber
Azteken-balspel:
5
B
De Beleving van Rubber
Andere toepassingen voor Ca-hu-chu: - Religieuze artikelen en offergaven, bijv. Gevonden in de “wensbron” in de Maya-stad Chichen Itza (tussen menselijke resten)
- Waterdichte kleding en schoeisel
6
B
De Beleving van Rubber 1736: 200 zijn jaar verstreken: Charles de la Condamine neemt deel aan een Franse expeditie naar Z-America om de omtrek van de aarde te meten: stuurt enige rollen van een zwarte, harsachtige substantie naar de Parijse Academie van Wetenschappen voor wetenschappelijk onderzoek. 7
B
De Beleving van Rubber
1770: de Engelsman Priestley ontwikkelt de eerste toepassing:
VLAKGOM Engels: RUBBER
8
B
De Beleving van Rubber
Begin 19e eeuw: Ontwikkeling van waterdichte regenkleding: dubbellaags weefsel met daartussen een laag rubber, opgebracht vanuit latex (sap van de Hevea boom) Kleding plakt bij hoge temperatuur en wordt hard/stijf bij vriestemperaturen 1839: Charles Goodyear vindt de vulcanisatie uit: inmengen van zwavel + wamtebehandeling --> plakkerigheid en stijfheid verdwijnen. 9
B
De Beleving van Rubber
10
B
De Beleving van Rubber
De vraag naar BANDEN brengt de doorbraak:
1884: Uitvinding van de massieve fietsband; 1888: Uitvinding van de luchtband voor fietsen; 1894: Gebr. Michelin ontwikkelen het concept van een demonteerbare luchtband voor automobielen.
11
B
De Beleving van Rubber
Latex producerende bomen en planten: - Euforbia’s, bijv. De Hevea Braziliensis - Ficus - Guayule cactus (New Mexico) - Paardebloem (USSR kweekte paardenbloemen gedurende de 2e wereldoorlog om in aanvoer van Natuurrubber te voorzien)
12
B
De Beleving van Rubber
5 kg Natuurrubber / boom / jaar 250 a 300 bomen per ha. 2000 kg rubber / ha/ jaar
13
B
De Beleving van Rubber
Jaar
Productie (1000 ton) Plantage Rubber
Wilde Rubber
1905
60
0,3 %
99,7 %
1914
120
60,4 %
39,6 %
1920
350
89,5 %
10,5 %
1933
850
98,5 %
1,6 %
14
B
De Beleving van Rubber
15
B
De Beleving van Rubber
1914: Eerste synthetische rubber 1940 - 1945: Explosieve groei van synthetische rubber: Augustus 1942: President Roosevelt benoemt een speciale commissie wegens het wegvallen van de aanvoer van NatuurRubber uit het Verre Oosten: “Of all critical and strategic materials, rubber is the one which presents the greatest threat to the safety of our nation and the success of the Allied Forces” 16
B
De Beleving van Rubber
Productie van synthetische rubber in de 2e wereldoorlog in tonnen: Jaar USA Duitsland 1943 185.000 123.000 1944 681.000 Bouw en opstart van 83 rubberfabrieken in de USA binnen één jaar, tegen een investering van 700 miljoen Dollars: een operatie tweede in schaalgrootte na het bekende Manhattan Project: de ontwikkeling van de atoombom. 17
B
De Beleving van Rubber
Year 2001 rubber Consumption: 15.3 Million Metric Tons Verbruik in 2006: 17 miljoen Ton
46% Natural Rubber 54% Synthetic Rubber
18
B
De Beleving van Rubber Toepassingen van Rubber: - Banden
65 - 70 %
Autobanden; Vliegtuigen; Fietsbanden; Rupsbanden.
- Andere
30 - 35 %
Bouw (tochtstrips en dakbedekking); Tochtstrips in auto’s; Radiatorslangen; Schoenzolen; Handschoenen; Prophylactica; e.v.a.
Een wereld zonder Rubber is niet meer voorstelbaar! 19
B
De Beleving van Rubber
In Nederland: 55 bedrijven actief. Werkgelegenheid voor ± 5000 personen.
20
B
De Beleving van Rubber
Elastomeren (rubber) vertegenwoordigen ongveer 15% van de Kunststoffen-wereld. “Kunst”-stoffen, ofschoon ongeveer de helft van alle rubber van natuurlijke oorsprong is. Elastomeren vertonen “uniek” gedrag: hoge elastische vervormbaarheid tot 1000% rek, maar toch vormvastheid! Alle toepassingen van rubber ontlenen hun functie aan dit unieke gedrag.
21
B
De Beleving van Rubber
Elastomeren / Rubbers zijn een
TECHNOLOGIE veeleer, dan slechts een
MATERIAAL
22
B
De Beleving van Rubber De functionele eigenschappen van een rubberen artikel zijn het resultaat van: Polymeren en Vulstoffen
Menging en Verwerking
Artikel Ontwerp
Het Gecrosslinkte Netwerk 23
B
De Beleving van Rubber Confocal Scanning Optical Microscopy picture of a silica aggregate
1 μm
Een rubber is een COMPOSIET MATERIAAL Bestaande uit twee, op nanoschaal co-continue Netwerken van: • een gecrosslinkt polymeer • Het vulstoffen netwerk
Elastomer Filler
Atomic Force Spectroscopy pictures of elastomerelastomer-filler blends Polymer blend Polymer+ filler blends
24
B
De Beleving van Rubber Vulstof eigenschappen
Roet als vulstof:
Silica als vulstof:
+ Goed rijgedrag + Goed rijgedrag (slip-weerstand/veiligheid) - Hoge rol-weerstand
+ Lage rol-weerstand 25
B
De Beleving van Rubber De functionele eigenschappen van een rubberen artikel zijn het resultaat van: Polymeren en Vulstoffen Menging en Verwerking
Artikel Ontwerp
Het gecrosslinkte Netwerk 26
B
De Beleving van Rubber
Interpenetrating networks in een vulstof-polymeer systeem:
Filler
Polymer-polymer links (sulphur crosslinks)
Belangrijke karakteristieken: Crosslink dichtheid lengte verdeling type stabiliteit …
Filler-polymer links 27
Polymer
B
De Beleving van Rubber De functionele eigenschappen van een rubberen artikel zijn het resultaat van: Polymeren en Vulstoffen
Menging en Verwerking
Artikel Ontwerp
Het gecrosslinkte Netwerk 28
B
De Beleving van Rubber
Mengen:
Intermeshing (with courtesy from ThyssenKrupp)
Tangential (with courtesy from ThyssenKrupp)
29
B
De Beleving van Rubber Extrusie
Verdere verwerking: Walsen
Persen
30
B
De Beleving van Rubber Voorbeeld: invloed van lossings-tempertuur van de menger op materiaal-eigenschappen:
E -modulus (MP a)
25 20 15 10 5 0 80
100
120
140
Dump temp. (°C) 31
160
180
200
B
De Beleving van Rubber De functionele eigenschappen van een rubberen artikel zijn het resultaat van: Polymeer en Vulstoffen
Menging en Verwerking
Artikel Ontwerp
Het gecrosslinkte Netwerk 32
B
De Beleving van Rubber
33
B
De Beleving van Rubber
34
B
De Beleving van Rubber
Rubber kan niet worden beschreven met een vaste set eigenschappen, omdat deze
Eigenschappen constant veranderen bij (dynamische) belasting:
“Rubber is een Levend Materiaal” 35
B
De Beleving van Rubber Enkele voorbeelden van onderzoek op de Universiteit Twente: 1.
2.
Silica vs . Roet als versterkende vulstof voor banden: “Green Tire Technology”, geïntroduceerd door Michelin in 1993; intussen door practisch alle Europese bandenproducenten overgenomen: 30% lagere rolweerstand ð 5% brandstof besparing Bandenlawaai en slipweerstand: wrijving en slijtage
3.
Rubber recycling
4.
Netwerken
36
B
De Beleving van Rubber
“Rubber is een Levend Materiaal” Je moet het “beleven” om het volledig op waarde te kunen schatten en gebiologeerd te raken door de technologie: Een keer Rubber – Altijd Rubber
37
