橡胶配方设计-04.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2011-2-15,#,九、抗湿滑性与滚动阻力,汽车工业的发展带来的问题：,交通事故的增加,及对,环境的污染,在轮胎的组成中，特别是胎面胶，它直接与地面接触，且体积大、所以是最重要的部分。,与胎面胶配合技术相关的轮胎特性主要有：,(1),干、湿抓着力，,(2),滚动阻力，,(3),耐磨特性,。这些特性各自存在相互矛盾的关系，为了解决这些问题，轮胎制造厂正在进行不懈的努力，白炭黑配合技术就是其中一项成果。,抗湿滑性与滚动阻力都与损耗因子,(tg),有关，,提高抗湿滑性能需要增大胶料的损耗,（高频区,Hz,低温时）,降低滚动阻力需要减小胶料的损耗；,（低频区,Hz,高温,5,80,时）,提高在时胶料的损耗因子，降低在,5,80,时胶料的损耗因子就可以同时提高抗湿滑性能和降低滚动阻力。,、胶种的选择：,选用,SSBR,，,TPI,，,1,2-,聚丁二烯，集成橡胶,(SIBR),如将,65,份溶聚丁苯胶、,35,份,RSS 3(,烟片胶,),、,30,份,Seast KH(,炭黑,),、,30,份,NZPsil AQ(,二氧化硅,),、,3,份,Si69,、,2,份二甲醇、,3,份氧化锌、,1,份,Lunac YA,、,1.5,份,Antigen 6C,以及,0.5,份,Sunnoc,组成胶料，再和,1.7,份,Nocceter NS-F,与,1.7,份油处理过的硫黄一起混炼，在,160,下加压硫化制成试样。,试验表明：在,0,和,60,下其介质损耗角正切,tan,分别为,0.572,和,0.153,。,在轿车和轻型载重半钢丝子午胎的胎面胶中，用,20,25,质量份,SSBR,取代等量的乳聚丁苯胶，轮胎滚动阻力即可减小,10,，降低汽车燃油消耗,2,左右,(,时速,100Km,h),配合白炭黑橡胶的摩擦特性,(1),当将配合白炭黑橡胶与配合炭黑橡胶进行潮湿沥青路面上的轮胎摩擦特性比较时，配合白炭黑的轮胎的滑移率约,10,时，摩擦系数最大，且此值高于同滑移率的配合炭黑的轮胎。,(2),当,炭黑粒径减小,后，在滑移率由低到高的范围内，,其摩擦系数增大,。,(3),若,将白炭黑取代炭黑用于胎面胶时，能进一步改善滚动阻力与湿抓着力。,但应注意：,与炭黑相比，白炭黑表面的特殊状况，在混炼中难以分散，故需要使用偶联剂且必须,控制混炼温度,。,与炭黑相比，白炭黑的导电性差，应除去,静电,。,世界轮胎新技术介绍,新型轮胎的研究与开发，一直受到世界各轮胎厂家的高度重视。在汽车新技术飞速发展的今天,轮胎新技术更可谓是一派新景象。,1,、,美国发明超强钢纤维轮胎,。美国俄亥俄州一家大型轮胎公司发明的这种钢纤维合成轮胎，即使爆胎后，仍能长途正常行驶，因此可免去备胎，提高车辆利用效率。这种超强轮胎不但便于修理，而且修复后仍能与新的一样可作全天候行驶。新型轮胎的售价，只较普通轮胎贵,20,。,2,、,杜邦公司推出刀枪不入的高速轮胎,。美国杜邦化学公司与台湾正新轮胎公司联手开发的这种轮胎，采用杜邦公司生产的一种特殊纤维,(KELUAR),制成，具有防刺、耐切割、抗高低温和耐磨损等特异功能。经耐破坏强度、使用寿命、操纵安全性、组装方便性及高速行驶等多项严格测试表明，达到了刀枪不入的要求，行驶中绝不会出现扎破和爆胎等故障。,3,、,美国发明节能轮胎,。美发明家米歇林发明一种硅化物橡胶轮胎，以硅替代炭黑，改善了内部分子结构，强化橡胶，使轮胎的滚动阻力威小,35,。这样不仅延长使用寿命，而且还可节油,5,。此外，还大大改善了在潮湿地带和雪地上的行驶条件，具有良好的社会效益和环境效益，是近,40,年来轮胎技术上的重大成果之一。,4,、,法国上市彩色轮胎,。法国米其林公司适应色彩鲜绝、形象活泼家用轿车的需要，研制成功彩色橡胶轮胎取代沿用多年的黑色轮胎。这种以二氧化硅和色素为主要成分经特殊合成后添加进橡胶，其效果与机械性能和原来的黑色炭素完全一样。,5,、,英国研制成功自动吸气泡沫轮胎,。英国哈蒙雷塑料研究所研制的这种轮胎，由于填充了一种自动吸气的泡沫塑料，所以它使用时不必充气。并且这种泡沫塑料的吸气特征与其所受的压力大小成正比，即轮胎受压力越大，吸入气体越多；压力减轻时又可释放一部分空气，使轮胎始终保持平衡的承压状态。因此它既不怕扎破漏气，又有效地提高了使用寿命。,6,、,美制成智能轮胎,。美国一家轮胎公司研制成功一种能预报大型货车轮胎爆胎的智能轮始。在轮胎中置有以电池为动力的微电脑，它能随时测得轮胎气压、温度等，并将这些数据传送到货车检查站的接收器上，经电脑分析处理后，如有爆胎可能，立即发出警告，车主能及时驶向修理厂更换轮胎免除途中之苦。此外，这种智能轮胎还可记录行驶路程，并对翻新时间作出报告，可大大节省行驶费用。,7,、,法国推出无压轮胎,。法国米其林公司研制开发的这种无压轮胎，在完全没有气的情况下，轮胎的胎壁有可供支撑车辆负荷的垂直刚度，还可以车速,88km/h,再行驶,80km,。,8,、倍耐力问世防水轮胎。,该公司最新推出的一款,P5000,型轮胎，有着更强的湿地排水能力。它在轮胎的中央部分，有一条特别宽大的直线排水槽，并采用形横截面胎纹，替代传统的形或形横截面胎纹，进一步强化了轮胎中央部分的结构，因而达到了很强的湿地排水效果。,近年来国内轮胎行业对降低轮胎旋转时发出的声音、减小大气污染及节省资源（节能轮胎、绿色轮胎）、减轻轮胎的重量、降低轮胎的滚动阻力及轮胎的回收再利用等问题已引起了足够的重视，并且进行了大量的研究开发工作，使我国的轮胎行业不仅在数量上，在质量上也有明显的提高。,塑炼 混炼 压出、压延 成型 硫化,可塑度 混炼特性 膨胀比 粘合性 焦烧,门尼粘度 包辊性 收缩率 正硫化,抗返原 喷霜,介绍新型加工助剂及硫化方式,第二节、配方设计与胶料工艺性能的关系,分子量大，粘度大，可塑度小，弹性大，混炼难，吃料速度慢，挤出膨胀大，压延收缩率大。,分子量小，粘度小，塑性值大，发粘，流动性好，挺性差，易变形，物性差。,粘度调整：,1),塑炼程度,2),生胶的选择，橡胶不同门尼粘度,3),加入填充剂和软化剂调节,一、粘度,(viscosity),（,1,）机械剪切（低温分段塑炼）,NR,存在甲基共轭效应，有利于剪切断裂，效果好，,BR,和,SBR,效果不明显，,EPDM,、,NBR,高门尼需塑炼,（,2,）化学塑解剂（高温塑炼）,如,M,DM,-,奈硫酚，五氯硫酚，雷那西，塑解剂,B,等,类别 辊温 时间 可塑度,普通塑炼,50+5,11min 0.20,促,M,65+5,11min,0.31,促,DM,65+5,11min 0.25,可见，缩短塑炼时间，降低能耗。,注意：,SBR,BR,和,CR,（硫调型）高温下有部分交联产生凝胶的倾向。亚硝基,2,萘酚防止,SBR,产生凝胶，,促进剂,DM,防止,CR,产生凝胶。,塑解剂,B(phr),一段塑炼（,10,遍）,二段塑炼（,20,遍）,0,0.5,1,0,0.5,1,门尼粘度,ML,2+4,100,114.13,99.55,8,2.3,66.09,49.95,43.31,拉伸强度,Mpa,1,9,.6,1,8,.,7,17.,8,1,7,.4,1,6,.,7,1,6,.,0,拉断伸长率,%,6,25,6,59,7,02,7,2,4,743,74,6,100%,定伸应力,Mpa,1.1,0.,9,0.,8,0.7,8,0.,7,6,0.,74,300%,定伸应力,Mpa,2.32,2,.,1,3,1.,97,1.94,1,.,9,2,1.9,2,）生胶的选择,橡胶不同门尼粘度，如,NBR2865,和,3445,加工要求：挤出制品：门尼粘度,60,压延贴胶：门尼粘度,50,压延擦胶：门尼粘度,40,海绵制品：门尼粘度更低,但有特殊情况，如耐热垫圈，需高温低压变，可采用高门尼值的橡胶。,3),加入填充剂,（用量大，粒径小）使胶料粘度增加，加入,软化剂,使胶料粘度下降。,二、混炼特性,(mixing characteristic),配合剂是否容易与橡胶混合及是否容易分散、取决于橡胶和配合剂的性质（互容性和浸润性）。,1,、小料,如促进剂、防老剂、固体软化剂易于分散，（加工温度高于配合剂的软化点）,ZnO,同生胶一样在剪切过程中带负电荷，互相排斥，不易分散。,解决办法：采用,预分散氧化锌,活性氧化锌,2,、补强、填充剂,表面特征：,1),疏水性：,CB,易飞扬，在胶料中易聚,结成团，不易分散，,增加剪切力,。,2),亲水性：浅色填料，粒径大，混入,速度快，但分散性差，且亲和力低。,填料表面改性,：具有两性结构的有机化合物，如含,-OH,，,-COOH,，,-NH,2,，,-SH,的化合物，能增加配合剂与橡胶表面的浸润，增强有机大分子与无机填料间的亲和力，活性剂有,SA,、钛酸酯、硅烷偶联剂等。,3,、软化剂：,极性相溶，如,NBR,塑增用,DOP,、,DBP,；,采用粘度大的油易于加工分散。,4,、硫化体系,（,1,）不溶性硫黄,将硫黄粉加热沸腾后浸入冷水中进行急冷得到的硫黄，为无定形透明状。该硫黄的优点是不易产生喷霜，不容易早期硫化，得到的产品透明度高，使用于一些高级鲜艳的橡胶制品。,（,2,）胶体硫黄,将普通硫黄在胶体磨中研磨或在胶体溶液中沉淀而成。特点是容易分散，不沉淀，主要用于胶乳制品。,（,3,）沉淀硫黄,又称为高级分散硫黄，分散性特别好，用于高级乳胶制品或高级鲜艳的橡胶制品。,5,、设备,开炼机和密炼机的容量及转子形状、尺寸。,三、包辊性,(Rollability),混炼、压延、压片时需胶料有良好的包辊性。包辊性主要取决于混炼胶的强度、辊温、切变速率及胶料与滚筒间的粘合性。,凡是有利于,提高胶料的强度和粘合性,均有利于提高包辊性。,1,生胶,经塑炼的,NR,包辊性好，但过炼易粘辊；,SBR,、,BR,、,NBR,、,EPDM,易脱辊；,CR,和,ACM,易粘辊。,2,、加入活性高的填料可改善包辊性,如,CB,、活性,CaCO,3,、,MgCO,3,能改善包辊性,而,Al(OH),3,、,ZnO,、,BaSO,4,使胶包辊性差。,加入滑石粉会使脱辊倾向加剧。,3,、,软化剂,脱辊时加软化剂：高芳环操作油、松焦油、树脂（固马隆、酚醛树脂、石油,C,5,树脂）,粘辊时加软化剂：起隔离及润滑作用的硬酯酸及其盐类、石蜡、油膏等。,四、压延,(calendering),压延胶料应具有：,良好的,包辊性,（既不能粘辊，也不能脱辊）,良好的,流动性,（保证胶料外观质量）,抗焦烧性,（加工安全性）,低收缩性,（复合制品的外观及工艺性）,1,生胶：,NRBRSBRNBRIIR,，,门尼粘度低的胶料工艺性较好。,通常压延胶料的,ML,1+4,100,应控制在,60,以下,经验数据：压片胶料,50,60,贴胶胶料,40,50,擦胶胶料,30,40,2,、填料,含胶率高、弹性复原大，压延后胶片收缩大,1),填料能减少胶料的弹性变形,2),一般以粒径小，结构性高的填料压延收缩率小,3),尽可能消除压延效应，配方中不使用,各向异性,的填料（,MgCO,3,、滑石粉、陶土）,3,、软化剂,1),需要挺性时，多选用油膏、固马隆树脂粘度大的软化剂；,2),贴胶或擦胶：芳烃油、松焦油增塑作用大的，以使胶料能渗透到帘线之间。,4,、硫化体系,通常压延胶料,120C,的焦烧时间，应在,20,35min,。,五、压出,(,挤出,extrude),压出工艺：,1,加料口吃胶量：,挤出产品的均匀致密度,2,压出速度：,压出机主机转速调整,3,压出膨胀率：,膨胀比压出半成品尺寸,/,口型尺寸,胶料弹性复原能力与拉伸流场作用,4,熔体破裂：,挤出速度超过极限值时挤出胶,料表面不光滑，产生破边、波浪、破裂。,1,、生胶：,(1),分子链柔顺性好和分子间作用力小；,(2),分子量小及分子量分布宽；,(3),支化度较少；,(4),含胶率：含胶率在,30,60%,时压出性能较好；,(5),压出胶料中加入少量再生胶能增加胶料的流,动性，降低膨胀率。,NR,工艺性好，压出快，膨胀率小；,BR,次之；,SBR,压出较困难，常并用,NR,EPDM,挤出相对容易，作胶管、护弦、密封条等,NBR,压出工艺性差，加入填充和软化剂加以改善,IIR,压出困难，生热量大而且膨胀率大。,2,、填充剂：,加入填充剂，降低含胶率，减少胶料的弹性形变。,粒径小，结构性高，用量大，压出膨胀率小。,FEF,炭黑有助于改善胶料的压出工艺性,3,、软化剂：,软化剂加入改善胶料的流动性，降低胶料的收缩,率，并使压出尺寸精确，如油膏、矿物油、石蜡油,等。用量太多会导致胶料塌陷或变形。,4,、硫化体系：,压出胶料应具有足够长的焦烧时间，保证压出加,工的安全性，如,返回胶,压出。,5,、配合剂中尽量控制不用易挥发液体，不含水分，,否则会在压出温度下因挥发而产生气泡。,6,、加工助剂,Fast filler incorporation and Improved filler distribution,填料快速混入及改善填料分散,Reduced compound viscosity,降低胶料粘度,Improved flow properties in injection molding and extrusion,在注压过程中改善流动性能,Lower energy consumption in extrusion and injection molding,在挤出和注压过程中降低能耗,Decreased sticking to rollers and mixer wall,减少粘辊和粘壁,Improved surface appearance and dimension stability,改善表面和尺寸稳定性,Rhenosin C-30,Rhenosin PT 100,Indene-Coumarone-Resin/,low m.w.Alkylated phenolic resin,Tackifier,增粘剂,Rhenosin TP 100,Special fraction hydrocarbon resins,Homogenizer,均匀剂,Aktiplast GT,Aflux 16,Zn-soaps,Ca-soaps,Lubricant,润滑剂,Aflux 42,Aktiplast ST,Fatty-acid,-alcohol,-ester,Mixture of Zn-soap,fatty-ester,filler,Dispersant,分散剂,Renacit 11,Aktiplast 8,2,2-,dibenzamido-diphenyldisulfide,Fe-complex with organic additives,Mastication Agent,塑解剂,Trade Names,商品名称,Chemical Composition,化学组成,Effect in compound,在胶料中的作用,Action,of Processing Promoters,加工助剂的作用,内润滑剂,外润滑剂,For example,：,F,ormulation and Mixing conditions,of tread,胎面胶配方及混炼条件,NR-SMR 20 70,BR-Buna CB 23 30,Aktiplast MS 1-3,N 220 55,Aromatic Oil 8,Wax-Antilux 654 1.5,6PPD 1,TMQ 1,Stearuc acid 1,ZnO 2,Sulphur 1.5,CBS 1.5,Rhenogran CTP-80 0.2,Mixer:BR-82,10 x20 Mill,Mixing Procedure:,Start mixing at 40-45C0sec add SMR-20,BR,，,Aktiplast MS45sec add filler and,chemicals and mix 4 minFinal:add Accelerators,and S on the Mill,Dump TemperatureControl 147C,