ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Разработка резиновых смесей из "Производство и применение резинотехнических изделий" При формулировании требований к свойствам определенных компонентов шины их функции могут быть проанализированы несколькими способами с помощью простого наблюдения, в результате применения специального анализа (физического и компьютерного моделирования, анализа методом конечных элементов) или в ходе стендовых испытаний. Такие требования должны стать отправной точкой в процессе разработки смеси. Лабораторные эксперименты, моделирующие эксплуатационные условия, и типовые испытания позволяют понять и контролировать влияние изменений на параметры смеси. [c.166] Разработка смеси с самого начала должна включать анализ различных производственных или технологических процессов, которые будут использованы для производства отдельного компонента шины. Подобный анализ следует рассматривать как вспомогательный, когда предельные технические характеристики изменяются. Если выбор вариантов смеси будет основан только на существующих производственных параметрах, то это заранее может исключить много хороших составов. Часто сами технологические параметры корректируют после того, как достигнуты или превышены рабочие характеристики смеси. На основе реологических свойств и компьютерного моделирования должен быть проанализирован технологический процесс и количественно определены диапазоны значений важных параметров. Кроме того, эти свойства и модели также используются для отбора смесей. [c.166] В табл. 10.1 представлены рецептуры некоторых компонентов шины. [c.166] Для получения необходимых эксплуатационных характеристик изделия и удовлетворения производственных требований необходимо, чтобы материалы, используемые в составе резиновой смеси, были однородны. Для каждого материала разрабатывают особые технические требования. [c.166] Полимеры, используемые в производстве шин, обычно обладают ненасыщенно-стью в виде двойных связей между атомами углерода, которые делают возможным вулканизацию или отверждение при-полимеризации ( сшивку ). [c.166] Вязкоупругие свойств можно проиллюстрировать с помощью модели, представляющей собой совокупность пружин и поршней (рис. 10.8). Пружины представляют собой упругий компонент, а поршни — вязкий. При растяжении смесь проявляет тем больше сопротивления, чем больше приложенная нагрузка. Динамическая составляющая определяется вязкостным компонентом. [c.167] Вязкоупругие свойства полимера можно представить как конденсированное состояние множества переплетенных цепей. Они сами по себе обладают некоторой упругостью, однако в момент приложения нагрузки некоторые цепи могут скользить и расцепляться. Добавление технического углерода, вулканизация и формирование химических поперечных связей приводит к дополнительному соединению между цепями, создавая то, что называется вязкоупругой реакцией. Из-за наличия химических поперечных связей такая смесь может рассматриваться как отвержденная. Серные поперечные связи в смеси являются постоянными, но в ходе эксплуатации они медленно превращаются из полисульфидных в дисульфидные, а затем и в моносуль-фидные. [c.167] Понимание микро- и макроструктуры полимеров — еще один ключ к успешной разработке смесей для шин. Подобные данные относятся непосредственно к вязко-упругой реакции эластомера. Температура стеклования, упомянутая выше, — следующий ключевой момент этот параметр, как и совместимость полимеров, особенно важны. [c.168] Наполнение исходного полимера техническим углеродом и диоксидом кремния — это целая наука. Она прошла значительный путь от использования в качестве наполнителя обычной сажи до разработки современных сортов технического углерода с регулируемой поверхностной активностью, структурой и размером частиц. Сейчас чаще всего используются 15-20 сортов данного наполнителя. Также существует несколько сортов диоксида кремния. Усиление диоксидом кремния подобно наполнению тех шческим углеродом. Низкие уровни наполнения диоксидом кремния в смесях (5-20 масс, ч) повышают сопротивление раздиру при меньшем выделении тепла, чем при использовании технического углерода. Выбор наполнителя может быть сделан на основе общих сведений о влиянии размеров частиц, структуры и совместимости с исходным полимером, это позволит получить верную первую оценку свойств резиновой смеси. Технический углерод с более мелкими частицами улучшает сопротивление раздиру и износостойкость, а также увеличивает выделение тепла, но в этом случае усложняется переработка, а распределение плохое. Применение технического углерода с тем же размером частиц, но более структурированных, увелр1чивает износостойкость, когезионную прочность и выделение тепла, а также повышает технологичность переработки и допускает более высокое содержание технологических добавок. [c.168] Широкий спектр марок размеров технических углеродов с различным размером частиц и структур позволяет менять ряд свойств смесей. Типы наполнителей и их содержание зависят от исходного полимера и требуемых свойств готового изделия. [c.168] Растворимость серы в смесях для шин ограничивается приблизительно 2 масс, ч, при более высоких содержаниях возможно появление налета на готовом изделии. Для исключения выцветания серы в смесях используется нерастворимая (полимерная) сера с покрытием маслом. Она допускает более высокие температуры переработки, поскольку скорость превращения из нерастворимой серы в растворимую зависит от условий процесса (pH, время и температура). [c.169] Выпускается восемь типов ускорителей вулканизации резины тиазол, сульфе-намид, дитиокарбаматы, триазин, тиурам, ксантат, гуанидины и тиомочевина. На основе каждого из них существует несколько химических соединений. В некоторых случаях такие химические модификации влияют на растворимость ускорителя в полимерной матрице, а также на скорость миграции. Что более важно, модификации базовой структуры регулируют подвулканизацию, вулканизацию в ходе переработки и скорость вулканизации. В шинной промышленности в основном применяют сульфенамидные ускорители. Другие типы используют, когда условия эксплуатации требуют применения различных количеств поли-, ди- и моносульфидных поперечных связей. Ускорители используются в небольших количествах (0,01-0,04 масс. ч). [c.169] Присутствие нитрозаминов в окружающей среде — один из актуальных вопросов экологии. Образование нитрозаминов во время переработки, вулканизации и хранения шин может привести к тому, что некоторые типы и классы ускорителей будут запрещены. Постоянно растет применение таких типов ускорителей, как -цик-логексил-2-бензотиазилсульфонамид и п-трет-бутил-2-бензотиазолсульфенимид. [c.169] Выбор системы сера-ускоритель при разработке смесей важен для эксплутационных характеристик смеси. В табл. 10.2 представлены некоторые из таких свойств, на которые влияет сера, уровень содержание ускорителя, типы поперечных связей и их плотность (плотность сшивки ) повышение содержания серы повышает уровень жесткости смеси. [c.169] Систему вулканизации можно выбрать по исходному полимеру, усилению техническим углеродом и требуемым свойствам смеси. Вулканизующие системы в таких компонентах, как брекеры и слои покрышки, важны для формирования адгезионной связи со стальным кордом, а также адгезии и сохранении прочности в некоторых органических шинных кордах. [c.169] Ускорители могут мигрировать в шине поэтому вулканизующие системы для отдельных компонентов шины должны быть совместимы. В некоторых смесях ускорители могут быть более растворимыми — это связано с параметрами растворимости полимеров и технологических добавок. [c.169] Для точного подбора эксплуатационных характеристик смеси, технологической безопасности и обеспечения условий вулканизации шины лабораторные эксперименты обычно выполняются на реометре. Затем устанавливается диапазон приемлемых вариантов вулканизации, чтобы определить допустимые контрольные пределы. [c.170] Вулканизация шин — это довольно простая операция, но очень сложный химический процесс. Для выбора режимов вулканизации шин и обеспечения достижения заданных свойств изделия после вулканизации обычно используются тесты с термопарами. Вулканизация шин в значительной степени ограничена термодинамикой и низкими скоростями теплопередачи, свойственными резиновым смесям. Скорости реакции вулканизации, зависящие от системы вулканизации смеси, меняются с температурой. Энергия активации может быть оценена по данным, полученным с помощью вискозиметра при нескольких температурах, и обычно лежат в диапазоне 16-26 ккал/моль. [c.171] Система с реперной точкой 300 °Р (148 °С) используется для расчета эквивалентных вулканизаций (ЭВ) по величине вулканизации, полученной в каждую единицу времени (равную 0,2 мин) и соответствующей температуры в конкретном месте шины. Расчетным путем определяются величины вулканизации для различных температур. Суммирование приращений вулканизации (ЭВ при 300 Т) вычисляется для каждой представляющей интерес точки шины. Данные значения вулканизации затем соотносят со смесями, вулканизованными в лаборатории в течение эквивалентного времени при реперной температуре. Однако смеси, вулканизованные при других температурах, не обязательно покажут эквивалентные свойства. [c.171] Смесям на основе НК при высоких температурах часто свойственна перевулканизация. Смеси синтетических полимерных материалов могут стать жестче при высоких температурах и более длительных временах вулканизации. Соответствующий выбор системы вулканизации смеси позволяет минимизировать перевулканизацию, но, что наиболее важно, температура вулканизации может изменять баланс типов формируемых серных поперечных связей, превращая полисульфидные в ди- и мо-носульфидные. Поэтому при разработке смеси для шины необходимо учитывать вулканизацию. Ее можно моделировать на основе температурных профилей и компьютерного анализа, использующей теплоту диффузии, теплоемкость и энергию активации различных компонентов шины. Однако сложные конструкции протекторов могут сделать трехмерное компьютерное моделирование очень сложным и достаточно условным. [c.171] Вернуться к основной статье