И резин с активным техуглеродом (II) на основе каучуков общего назначения

Свойства печных марок техуглерода для шинных резин

Обозначение по классификации	Уд. поверхность по азоту, 10^-5. м ^3/ кг	Абсорбция ДБФ, 10^-5 м ^3/ кг, D3493	Иодное число, г/кг, D1510	Насыпная плотность, кг/м ^3, D1513
ASTM	ГОСТ	общая	внешняя
S212	К354				-	450 (330)
N220	П234
N234	П245
N326	П321
N330	П324
N339	П336
N539	П514
N550

Усиление техуглеродом реализуется после максимально возможного диспергирования его, при котором сегментальная подвижность значительной части каучука, называемого связанным, уменьшится его поверхностью до состояния, близкого к застеклованному. Подвижность окклюдированного каучука ограничивают межагрегатные пустоты техуглерода путем изоляции от свободного каучука матрицы (среды). При воздействии механических напряжений макромолекулы связанного каучука могут разрываться на свободные радикалы, которые инициируют химические реакции формирования и прививки к углеродной поверхности разветвлённых и сетчатых структур, образующих нерастворимый углеродо-каучуковый гель. С повышением дисперсности и структурности техуглерода существенно увеличивается вязкость резиновых смесей, а с повышением его содержания и структурности – умень-шается усадка смесей при шприцевании. Техуглерод повышает напряжения при заданных удлинениях (модули) всех резин, а прочность при растяжении и сопротивление раздиру - только резин из некристаллизующихся каучуков, мало изменяя их в резинах из кристаллизующихся каучуков (табл.1.10).

Таблица 1.10.

Технические свойства ненаполненных резин (I)

Показатели	НК	СКИ-3	СКД	БСК
I	II	I	II	I	II	I	II
Напр.при.удл.300%, МП а	2-3	12-14	1,5-3,0	8-13	1,0-1,3	7-11	0,8-1,3	10-11
Прочн. при раст., МПа	25-33	25-35	23-35	23-35	2-5	16-19	2-3	19-25
Относит. удлинение, %	800-850	600-850	700-950	600-800	250-750	400-600	700-800	550-650
Сопротив. раздиру, кН/м	50-100	130-150	30-90	110-160	5-7	35-45	7-10	70-90
Твердость по ТМ-2	35-40	60-75	30-40	60-70	40-52	57-68	32-43	50-60
Эластичн. по отскоку, %	68-75	40-55	65-75	37-51	65-78	45-50	50-55	35-46
Истираемость, см ^3/ кВт-ч	-	270-330	-	280-340	-	170-190	-	300-340
Динамич. модуль, МПа	1.6-1.8	5,5-6,0	1,6-1,8	5,7-6,2	1,8-2,0	5,5-7,0	2,0-2,5	5,4-5,8
Модуль внутреннего трения, МПа	0,12-0,26	1,8-2,2	0,13-0,26	2,0-2,4	0,25-0,50	1,6-1,8	0,28-0,35	2,2-2,6
Выносливость, тыс.ц.	-	170-180	-	130-160	-	100-130	-	60-85

Выбор марки и содержания техуглерода определяется особенностями работы шины, технологией и экономичностью её производства, так как он дешевле каучука. Чем выше дисперсность техуглерода, тем больше растут напряжение при удлинениях и твёрдость резин с повышением его содержания и снижаются эластичность и относительное удлинение; износостойкость больше повышается с ростом структурности техуглерода. В протектор вводят высокодисперсный техуглерод повышенной структурности, но из-за большого теплообразования при многократных деформациях он может привести к саморазогреву шины, поэтому в брекере более подходит менее активный техуглерод П514. В протекторе «зеленых» шин применяют коллоидную кремнекислоту, а взаимодействие каучуков с наполнителями улучшают промоторы, что повышает модули, прочность и износостойкость резин. В смеси с техуглеродом вводят нитрозосоединения (нитрозан К, эластопар, нитрол, N-нитрозодифениламин), а с кремнекислотой - органосиланы.

Вулканизующее вещество для шинных смесей - природная молотая сера высшего сорта, являющаяся продуктом дробления комовой серы с последующим отвеиванием. Ускорители вулканизации улучшают физико-механические свойства резин, а активируют их действие активаторы – чаще оксид цинка, особенно в присутствии стеариновой, пальметиновой, олеиновой кислот и их цинковых солей. В зависимости от температуры критического действия и влияния на скорость вулканизации ускорители подразделяют на ультраускорители (дитиокарбаматы, некоторые тиурамсульфиды), средней (сульфенамиды, тиазолы) и низкой (гуанидины) активности, последние применяют в комбинации с более активными ускорителями. В протекторных резинах применяют сульфенамидные ускорители, чаще N-циклогексил-2-бензтиазолилсульфенамид (сульфенамид Ц) с критической температурой действия 120^оС, в количествах 0,5-1,5 мас.ч. при содержании 1,5-3 мас.ч. серы на 100 мас.ч. каучуков. В их присутствии кинетика вулканизации характеризуется наибольшим индукционным периодом пребывания смеси в вязкотекучем состоянии, высокой скоростью сшивания в главном периоде и широком плато (отсутствием реверсии) при температурах до 160 ^о С. Ускорители других классов активируют вулканизацию с сульфенамидами, но уменьшают индукционный период. Дисульфидные ускорители вулканизации (тиурам), одновременно являются вулканизующими веществами – донорами серы.

Выбор вулканизующей группы определяется типом каучука, условиями переработки смесей в полуфабрикаты и их вулканизации в покрышке. В смесях из БК для ездовых камер применяют серу с тиурамом, а для диафрагм к форматорам-вулканизаторам – смоляную вулканизующую группу. В смесях из других каучуков серу частично заменяют её донорами, сульфенамид комбинируют с тиазолами и тиурамами, а часто добавляют и замедлители подвулканизации, увеличивающие время их нахождения в вязкотекучем состоянии, что предотвращает преждевременное сшивание при переработке. К замедлителям подвулканизации относятся бензойная кислота и другие органические кислоты, фталевый ангидрид, N-нитрозодифениламин и сантогард PVI (N-циклогексилтиофталимид). Эффективность последнего объясняется взаимодействием с меркаптобензтиазолом с образованием ускорителя с большим индукционным периодом - циклогексилдитиобензотиазола.

Армирующие материалы в конструкции пневматической шины – металлический и текстильный корд, стальная проволока и технические ткани (чефер и бязь). Корд представляет собой полотно из тонких, прочных нитей основы и слабых, редких нитей утка (уточный) или нити без утка (безуточный), собираемые в полотно при обработке на шинных заводах. Он составляет 15-38% массы шины и является основным армирующим материалом, определяющим её технический ресурс, ремонтопригодность и другие показатели качества.

Металлокорд занимает лидирующее положение среди армирующих материалов, оставаясь непревзойдённым для брекера радиальных шин, и представляет собой свитый трос из специальной высококачественной стальной латунированной проволоки диаметром 0,15-0,27 мм холодного волочения. Применяют сталь состава: углерод-0,7%; марганец-0,5%; кремний-0,3%; сера не более 0,3% и свинец не более 0,03%, а одним из перспективных путей увеличения выносливости корда является повышение чистоты металла. Маркировка корда: первые три цифры указывают число свитых проволок, последующие – диаметр использованных проволок (в мм × 100), а буквы Л – латунированный, А - высшей категории качества. Конструкция корда записывается, начиная с сердечника с указанием числа проволок, а при разной их толщине – и толщину. Например, корд 9Л15/27 структуры 3 × 15 + 6 × 27 означает одну прядь из трёх стренг диаметром 0,15 мм и шесть окружающих её – диаметром 0,27 мм. Для изготовления металлокорда применяют проволоку диаметром 0,15 мм; 0,175 (0,18) мм; 0,265 (0,27) мм и 0,30 мм, а конструкции отечественных кордов показаны на рис.1.18.

Рис.1.18. Конструкции основных отечественных типов металлокорда:

1-сердечник, 2-основная прядь, 3-одиночная проволока, 4-оплёточная проволока.

С увеличением толщины металлокорда повышается его прочность и ухудшаются технологические характеристики (становится жёстче) (табл.1.11). На ряде шинных заводов применяют металлокорд 28Л18/15 и 28Л22/15 для грузовых и 4Л25, 4Л27 для легковых шин. Внедрены новые марки с односторонней свивкой в пряди и в нити трёхпрядных конструкций типа 15Л18, с высоким удлинением при разрыве 16Л22НЕ и 21Л22НЕ, высокопрочных конструкций 2Л30НТ и 3Л30РТ, позволяющие уменьшить массу шины и потери на качение автомобиля. а также 28Л30/15 для цельнометаллокордной шины 18.00R25. За рубежом применяют металлокорд разнообразного ассортимента из проволоки диаметром от 0,10 до 0,38 мм сложных конструкций, например 7 × 4 × 23 + 1 × 15 × 3 + 15 × 18 + 1 × 15.

Таблица 1.11.

Технические характеристики металлокорда перспективных конструкций

Назначение металлокорда	Марка металлокорда	Конструкция металлокорда	Диаметр, мм	Разрыв, Н	Масса пог.м, г	Адге- зия, Н	Шаг, мм
Брекер легко-вых шин	3Л30 НТ 3Л30 ОСНТ 4Л28 НТ	2+1×0,30НТ 3×0,30ОСНТ 2+2×0,28НТ	0,75 0,64 0,74		1,66 1,66 1,94
Брекер легко-грузовых шин	13Л22/20/15 НТ 9Л23 НТ 9Л25 НТ 6Л23/28 НТ	3×0,22/9×0,20+0,15НТ 2+7×0,23НТ 2+7×0,25НТ 0,23+5×0,28НТ	1,15 0,91 0,98 0,79		3,33 2,93 3,47 2,74		12,5/5 6,3/12 7/14
Брекер сред-негрузовых	13Л28/26/15НТ 9Л230/35НТ	3×0,28/9×0,255+0,15НТ 3×0,20+6×0,35НТ	1,36 1,13		5,20 5,34		16/5 10/18
Брекер тяжё-лых грузовых	13Л35/32/15НТ 13Л37/34/15НТ	3×0,35/9×0,32+0,15НТ 3×0,36/9×0,34+0,15НТ	1,66 1,71		8,30 9,14		18/5 20/5
Каркас гру-зовых шин	19Л20/18 19Л22/20 19Л25/22	0,20+18×0,175 0,22+18×0,20 0,25+18×0,22	0,90 1,02 1,13		3,73 4,73 5,85		14,5

Работоспособность металлокорда во многом определяется качеством исходного материала – катанки. Снижают её качество наличие микротрещин и высокий уровень неметаллических включений. Прочность металлокорда и её сохранность при эксплуатации повышают за счёт использования проволок с высокой удельной прочностью (НТ), а также их контактного расположения в витой структуре. По мнению ведущих специалистов, в современных конструкциях шин требования к металлокорду для каркаса и брекера должны различаться. При линейном касании проволок повышается интенсивность износа их поверхности, что меньше снижает прочность металлокорда по сравнению с точечным касанием проволок, когда уменьшается площадь поперечного износа в месте контакта. Поэтому для каркаса рекомендуют конструкции: 0,20 + 18 × 0,175; 0,22 + 18 × 0,20 и 0,25 + 18 × 0,22. Металлокорд с высокой прочностью проволок дороже аналогичных конструкций из проволок нормальной прочности из-за пониженных скоростей переработки, кроме конструкций с большим диаметром проволок: 3 × 0,20 + 6 × 0,35 и 3 × 0,365/9 × 0,34 + 0,15НТ. Применение металлокорда с высокой прочностью и большим (на 20%) шагом укладки при равной прочности слоёв становится также экономически оправданным.

Качество металлокорда оценивается показателями прямолинейности, нераскручиваемости, выносливости и остаточного кручения. Металлокорд на прямолинейность оценивается по отрезку нити длиной в три метра, который должен лежать в состоянии покоя на плоскости, ограниченной двумя прямыми линиями с расстоянием между ними 75 мм. Показатель улучшается путём снятия внутренних напряжений, влияет на точность расположения нитей в полотне и равномерность распределения нагрузок в шине, и у отечественного металлокорда он хуже по сравнению с зарубежным. Нераскручиваемость влияет на прочность связи металлокорда с резиной и проявляется в том, что после разрыва он не расплетается при однократном надавливании на конец нити. Выносливость металлокорда определяет устойчивость прилагаемых к шине нагрузок «сжатие-растяжение-перегиб» и зависит от геометрии расположения проволок, качества катанки и величины остаточных напряжений в проволоках после свивки. Остаточное кручение характеризуется крутящим моментом находящегося в свободном состоянии металлокорда и определяет его технологические свойства, а большие значения этого показателя приводят к выходу единичных проволок из брекера покрышек и его разрушению.

Недостатки металлокорда - высокая плотность, низкие значения коррозионной стойкости и выносливости при многократных деформациях изгиба. Эксплуатационные свойстваметаллокорда зависят от его адгезионной способности, прочности связи с резиной, на которые в свою очередь влияют условия и срок его хранения. Поэтому за рубежом для контроля условий хранения металлокорда в полиэтиленовую тару помещают, кроме силикагеля-осушителя, видимый через оболочку индикатор влажности.

Текстильный корд в большом ассортименте разных типов и плотностей (количество нитей на 10 см ширины полотна) применяется в конструкции шин различного назначения. Частота нитей корда в слоях диагональной покрышки определяется отношением толщины нити (b) к шагу (t) и равна 0,7-0,75 в основных слоях каркаса, 0,5-0,6 в последних слоях каркаса и 0,3-0,4 в брекере. В основных слоях каркаса применяют плотный корд с 89-95 нитями на 10 см ширины полотна (25А или 28КНТС), в последних слоях – разрежённый с плотностью 72-75 нитей (252А или 282КНТС), а в брекере - редкий корд, обозначенный третьей цифрой 3 в марке (133А, 133КНТС), с плотностью 47-61 нить. Снижение плотности корда позволяет за счёт увеличения резиносодержания от жёсткого каркаса к резиновому протектору повысить прочность связи между слоями покрышки, что обусловлено различиями в деформации слоёв при эксплуатации шины – верхние слои деформируются больше нижних. В технологии шин применяют полиамидный, полианидный, вискозный, полиэфирный и стеклокорд.

Полиамидный корд занимает в технологии шин России одно из ведущих мест и имеет маркировку КНТС, где К обозначает капроновый, Н - изготавливается из непромытого волокна, Т - требующий термовытяжки, С - заправленный стабилизатором (табл.1.12). Анидный корд по свойствам превосходит капроновый, для каркаса однослойных радиальных легковых шин имеет маркировку 13АЛТДУ, где А – анидный, Т – термообработанный, Л – для легковых шин, ДУ – двухкомпонентный уток (х/б + анид). Для каркаса и брекера СКГШ применяют высокопрочный корд марок 30А и 302А. Полиэфирный корд (лавсан) за рубежом применяется при армировании каркаса легковых и грузовых шин небольшого размера. Вискозный корд – это первый корд из искусственных волокон низкой стоимости, высокой теплостойкости и низкой усадки, заменивший хлопчатобумажный, но в последние годы активно заменяется синтетическими кордами - полиамидным и полиэфирным. Недостатки – высокая гигроскопичность, пониженные разрывная прочность и усталостные свойства. Стеклокорд из волокон алюмоборсиликатного стекла, которые обработаны для снижения хрупкости кремнийорганическими соединениями, реагирующими с поверхностью силикатного стекла и полимерным пропиточным составом. По свойствам он близок к металлокорду и позволяет на 10-14% уменьшить массу шины и на 20-30% - её стоимость. С точки зрения повышения качества шин перспективны новые высокомодульные корда из ароматических полиамидов, близкие по деформационным характеристикам к металлокорду, при этом имеют меньшую массу, в пять раз меньшую плотность и не подвержены коррозии.

Таблица 1.12.

Техническая характеристика текстильных кордов

Тип корда	Марка	Толщина, мм	Разрывная нагрузка, Н	Удлинение при разрыве, %
Полиамидный	12КНТС, 122КНТС, 123КНТС 23КНТС, 232КНТС 25КНТС, 252КНТС 26КНТС, 262КНТС 28КНТС, 282КНТС 30КНТС, 302КНТС 35КНТС, 352КНТС	0,5 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7
Анидный	13А, 132А, 133А 25А, 252А	0,5 0,7
Полиарамид-ный	СВМ СП-80Б Терлон СМ-80Б СБ-80Б СБК-80Б Кевлар	0,79 0,75 0,80 0,78 0,6	250-270	6,5 8,5 8,5 8,2
Стеклокорд	26С	0,45		3-4
Вискозный	17В, 172В, 173ВР 22В, 222ВР 30В	0,67 0,80 1,02		14,5 17,5
Полиэфирный	Лавсан	0,52		20,6

Контрольные вопросы к главе 1

1. Место пневматической шины в конструкции автомобиля или другой машины. Основные элементы пневматической шины и их назначение.

2. Назначение и общая характеристика деталей покрышки.

3. Классификация шин по расположению нитей корда. Преимущества радиальных шин.

4. Преимущества ЦМК-шин перед комбинированными шинами.

5. Классификация шин по способу герметизации. Преимущества бескамерных шин.

6. Классификация шин по типу рисунка протектора.

7. Классификация шин по габаритным размерам. Обозначение шин.

8. Грузоподъёмность как рабочая характеристика шины, связь её с габаритными размерами.

9. Дайте определение долговечности шины. От каких факторов она зависит?

10. Какие рабочие характеристики шины влияют на безопасность движения автомобиля, включая экологическую?

11. Какая рабочая характеристика шины ответственна за уровень шума и комфорт езды на автомобиле?

12. Классификация шин по назначению. Требования к легковым и легкогрузовым шинам.

13. Особенности конструкции грузовых шин, КГШ, СКГШ и шин-гигантов.

14. Особенности конструкции сельскохозяйственных шин для ведущих и направляющих колёс.

15. Особенности конструкции и классификация строительно-дорожных шин.

16. Требования к авиашинам и особенности их конструкции.

17. Особенности конструкции мотошин и велошин.

18. Какие требования являются наиболее общими к качеству всех шинных резин? Как оценивают усталостную выносливость резин?

19. Причины теплообразования в резине. В какой части шины саморазогрев резины достигает наибольшей величины?

20. Требования к протекторным резинам и типовая рецептура протекторных смесей.

21. Виды износа резины.

22. Какие каучуки применяют в шинных резинах, каковы их структура и свойства?

23. Противостарители и пластификаторы, применяемые в шинных резинах.

24. Наполнители шинных резин. Современные представления об их усилении.

25. Требования к кордной ткани для шин. Виды и свойства кордных тканей.

26. Адгезия резины к корду, методы её определения и способы повышения.

27. Структура и свойства металлокорда для брекера и каркаса шин.

Глава 2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОЛУФАБРИКАТОВ ДЛЯ ШИН

Дата добавления: 2014-10-22