หลังจากขึ้นรูปผลิตภัณฑ์แล้ว
กระบวนการต่อมา คือ การทำให้ยางคงรูป (vulcanization) โดยอาศัยความร้อนกระตุ้นให้สารเคมี
(ที่ผสมอยู่ในยางคอมพาวด์แล้ว)
เกิดปฏิกิริยาเชื่อมโยงโมเลกุลให้เป็นโครงสร้างตาข่ายสามมิติ ซึ่งจะทำให้ยางคอมพาวด์
(หรือยางดิบที่ยังไม่สามารถใช้งานได้) เปลี่ยนสภาพเป็นยางคงรูป (หรือยางสุก) ที่มีความยืดหยุ่น
ทนทาน มีสมบัติที่เสถียรไม่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ จึงจะสามารถนำผลิตภัณฑ์ยางดังกล่าวไปใช้งานได้
การคงรูปยางสามารถใช้สารเคมี
(บวกกับความร้อน) หรืออาจจะใช้รังสีหรือคลื่นพลังงาน เช่น รังสีแกมมา ลำอิเล็กตรอน
คลื่นไมโครเวฟ ก็ได้
แต่การคงรูปโดยใช้รังสีจำเป็นต้องใช้เครื่องมือที่มีราคาแพงและใช้ได้ดีในกรณีที่เป็นชิ้นงานบางๆ
เท่านั้น ดังนั้นการคงรูปที่ได้รับความนิยมในอุตสาหกรรม คือ การใช้สารเคมี (บวกกับความร้อน)
ระบบการคงรูปที่ใช้สารเคมีแบ่งออกเป็น 3
ระบบใหญ่ๆ ได้แก่
1.
ระบบการคงรูปด้วยกำมะถัน (sulfur
vulcanization)
2.
ระบบการคงรูปด้วยเพอร์ออกไซด์ (peroxide
vulcanization)
3.
ระบบการคงรูปด้วยสารเคมีอื่นๆ
ระบบการคงรูปด้วยกำมะถัน (sulfur
vulcanization)
ระบบการคงรูปด้วยกำมะถันเป็นระบบที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน
เพราะเป็นระบบที่มีต้นทุนต่ำ การคงรูปสามารถเกิดขึ้นได้เร็ว
และยางคงรูปที่ได้มีสมบัติเชิงกลที่ดี
ระบบนี้นิยมใช้กับยางทุกชนิดที่มีพันธะคู่อยู่ในโมเลกุล
โดยเฉพาะยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์ส่วนใหญ่ เช่น SBR, IR, BR, NBR เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ระบบนี้ก็มีข้อจำกัดหลัก คือ
ไม่สามารถใช้ในการคงรูปยางที่ไม่มีพันธะคู่อยู่ในโมเลกุล เช่น ยางซิลิโคน หรือยาง EPM
ระบบการคงรูปด้วยเพอร์ออกไซด์ (peroxide
vulcanization)
แม้ว่าระบบการคงรูปด้วยเพอร์ออกไซด์จะสามารถใช้ได้ดีกับยางส่วนใหญ่
(ทั้งที่มีพันธะคู่และไม่มีพันธะคู่ในโมเลกุล)
แต่เนื่องจากระบบนี้มีต้นทุนสูงกว่าระบบการคงรูปด้วยกำมะถันและยางคงรูปที่ได้มีสมบัติทั้งเชิงกลและเชิงพลวัตต่ำกว่ายางที่ได้จากการคงรูปด้วยกำมะถัน
ประกอบกับเพอร์ออกไซด์จัดเป็นสารเคมีที่ค่อนข้างอันตราย
การขนย้ายและการเก็บรักษาต้องทำด้วยความระมัดระวัง
ดังนั้นการคงรูปด้วยเพอร์ออกไซด์นั้นจึงนิยมใช้กับยางที่ไม่มีพันธะคู่ในโมเลกุล
(เช่น EPM, EVA, CPE หรือ Q เป็นต้น)
หรือยางที่มีปริมาณพันธะคู่ในโมเลกุลต่ำมากเท่านั้น (เช่น HNBR, EPDM) สำหรับยางอื่นๆ นิยมคงรูปด้วยกำมะถันมากกว่า
ยกเว้นกรณีที่ต้องการผลิตผลิตภัณฑ์ที่ทนต่อความร้อนได้ดีและ/หรือมีค่าการเสียรูปถาวรหลังกด
(compression set) ต่ำเท่านั้น
ระบบการคงรูปด้วยสารเคมีอื่นๆ
นอกจากระบบหลักๆ 2
ระบบดังที่กล่าวมาแล้ว ยังมีการนำสารทำให้ยางคงรูปชนิดอื่นๆ
มาใช้ในการคงรูปด้วยเช่นกัน แต่มีการใช้น้อยหรือใช้ในกรณีที่จำเป็น เช่น
การคงรูปของยางคลอโรพรีน (chloroprene; CR) เป็นต้น
สารเคมีอื่นๆ ได้แก่ ซีลีเนียม เทลลูเรียม โลหะออกไซด์ (ซิงก์ออกไซด์
แมกนีเซียมออกไซด์ ออกไซด์ของตะกั่ว) สารประกอบที่มีหมู่ฟังก์ชัน 2 หมู่ (difunctional
compounds)
เทคนิคที่ใช้ในการคงรูป (vulcanization
techniques)
เทคนิคที่ใช้ในการคงรูปมีหลายวิธี
ขึ้นกับความเหมาะสมและรูปร่างของผลิตภัณฑ์
1.
การคงรูปของยางที่ขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์
ผลิตภัณฑ์ยางที่ขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์จะทำให้ยางคงรูปได้ด้วยวิธีอัด
(press)
โดยวางแม่พิมพ์ที่มียางคอมพาวด์อยู่ภายในลงบนแผ่นกดอัด (platen)
ของเครื่องกดอัดระบบไฮดรอลิก (hydraulic press) ที่สามารถเลื่อนขึ้นลงได้ (ดูการขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์แบบกดอัดประกอบ)
2.
การคงรูปของยางที่ขึ้นรูปด้วยวิธีอัดผ่านดายโดยใช้เครื่องเอ็กซทรูด
การคงรูปของเอ็กซทรูดเดตแบ่งได้เป็น
2 เทคนิค ได้แก่ เทคนิคการคงรูปแบบไม่ต่อเนื่อง (การคงรูปในหม้ออบไอน้ำความดันสูง)
และ เทคนิคการคงรูปแบบต่อเนื่อง (การคงรูปในถังของเหลว หรือ การคงรูปใน fluidized bed)
1. การคงรูปในหม้ออบไอน้ำความดันสูง
หม้ออบไอน้ำความดันสูงหรือที่เรียกกันว่า
หม้อออโตเครฟ (autoclave)
รูปทรงกระบอกวางในแนวตั้งหรือแนวนอน มีไอน้ำเป็นตัวให้ความร้อน
อุณหภูมิของไอน้ำจะขึ้นกับความดันภายในหม้ออบ นำเอ็กซทรูดเดตที่ได้จากการขึ้นรูปส่งผ่านไปยังถังใส่สารหล่อลื่นเพื่อป้องกันการติดกันก่อนที่จะถูกส่งต่อไปพันรอบ
วงล้อกลมและนำเข้าไปอบในหม้อออโตเครฟ
รูปที่ 12 หม้ออบไอน้ำความดันสูง
(autoclave) [15]
2. การคงรูปในถังของเหลว
ถังของเหลวมีลักษณะคล้ายรางน้ำที่มีขนาดไม่กว้างมากนักแต่จะค่อนข้างยาวและมักจะวางต่อจากเครื่องเอ็กซทรูด
เมื่อเอ็กซทรูดเดตผ่านออกมาจากหัวดายแล้วจะถูกส่งต่อไปยังถังของเหลวอย่างต่อเนื่อง
ความร้อนจากของเหลวจะทำให้ยางเกิดการคงรูป (เอ็กซทรูดเดตจะต้องจุ่มอยู่ใต้ระดับของเหลวตลอดเวลา)
ของเหลวที่สามารถใช้เป็นตัวกลางความร้อน ได้แก่ ซิลิโคน กลีเซอรีน
และที่นิยมใช้มากที่สุด คือ เกลือผสม (salt mixtures)
รูปที่ 13 ถังของเหลว (liquid
bath) [16]
3. การคงรูปด้วย
fluidized bed
การคงรูปด้วย fluidized bed มีหลักการคล้ายกับการคงรูปในถังของเหลว แต่มีตัวกลางการให้ความร้อนต่างกัน
คือ ในถัง fluidized bed จะมีการปล่อยก๊าซให้ไหลจากด้านล่างขึ้นสู่ด้านบนผ่านชั้นของเม็ดลูกแก้วกลมเล็กๆ
ที่เรียกว่า บัลโลตินี่ (ballotini) เม็ดบัลโลตินี่จะฟุ้งกระจายและแขวนลอยอยู่ในก๊าซที่เคลื่อนที่อยู่ภายในถัง
ความร้อนจากเม็ดบัลโลตินี่จะถูกถ่ายเทให้กับยางทำให้ยางเกิดการคงรูปขึ้นได้ การคงรูปด้วยวิธีนี้เหมาะสำหรับเอ็กซทรูดเดตที่บิดเบี้ยวได้ง่าย
นอกจากนี้ยังมีการคงรูปด้วยวิธีอื่นๆ
เช่น การใช้อากาศร้อนในอุโมงค์ (hot air tunnel) การใช้คลื่นไมโครเวฟหรืองรังสีที่มีพลังงานสูง
เป็นต้น
3.
การคงรูปของยางที่ขึ้นรูปด้วยเครื่องคาเลนเดอร์
ยางที่ขึ้นรูปด้วยเครื่องคาเลนเดอร์สามารถคงรูปได้โดยใช้หม้ออบความดันสูงหรือการใช้อากาศร้อน
แต่ปัจจุบันมีเทคนิคการคงรูปแบบใหม่ที่เรียกว่า “เทคนิคการคงรูปแบบหมุน (rotational
vulcanization or rotorcure)” ซึ่งประกอบกอบด้วยลูกกลิ้ง 3 ลูก
ติดตั้งห่างกันเป็นรูปสามเหลี่ยม
บริเวณตรงกลางของลูกกลิ้งทั้งสามจะมีการติดตั้งลูกกลิ้งขนาดใหญ่ที่เรียกว่า “drum”
โดยที่ภายใน drum
จะมีการเจาะรูเป็นโพรงให้ไอน้ำหรือตัวกลางความร้อนชนิดอื่นๆ ไหลผ่าน
ลูกกลิ้งทั้งสามและ drum
จะเชื่อมกันด้วยแถบเหล็กลักษณะคล้ายสายพาน ยางจะถูกป้อนเข้ามาตามแถบเหล็ก เมื่อ drum
หมุนทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของยางซึ่งจะถูกกดให้แนบติดกับ drum
ความร้อนจาก drum ทำให้เกิดการคงรูป
รูปที่ 14 เครื่องการคงรูปแบบหมุน
(rotorcure) [17]
ขั้นตอนการตกแต่งผลิตภัณฑ์ (finishing)
หลังจากผ่านการคงรูปและแกะผลิตภัณฑ์ออกจากแม่พิมพ์
(หรือการคงรูปด้วยวิธีอื่น) ขั้นตอนสุดท้ายคือ การตกแต่งผลิตภัณฑ์ ซึ่งมีวิธีการหลายแบบขึ้นอยู่กับลักษณะของผลิตภัณฑ์
เช่น การตกแต่งโดยใช้กรรไกรขลิบหรือตัดเศษยางส่วนเกิน (scrap)
หรือใช้เครื่องตกแต่งขัดผิวหน้าผลิตภัณฑ์ เป็นต้น