Главная Коллекция "Revolution" Производство и технологии Влияние типа системы ускорителей на свойства резиновых смесей и резин из СКИ-3 для изготовления слоев каркаса диагональных шин

Влияние типа системы ускорителей на свойства резиновых смесей и резин из СКИ-3 для изготовления слоев каркаса диагональных шин

Промышленное получение изопренового каучука, его физические и химические свойства, структура. Вулканизация изопренового каучука, свойства вулканизаторов на его основе. Особенности применения изопренового каучука. Анализ изготовления резиновых смесей.

Рубрика Производство и технологии
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 10.03.2018
Размер файла 2,2 M
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Перед испытанием необходимо осмотреть образцы на отсутствие пор и дефектов, пронумеровать, измерить толщины в трех точках толщиномером, зафиксировать среднее ее значение в протоколе испытаний. Затем образцы замаркировать. Метки рабочего участка наносят мелом с помощью штампа. Параллельно испытываемые образцы должны различаться по толщине не более чем на 25% от минимального значения. Использование образцов меньшей ширины рекомендуется в случае более прочных резин и с повышенной способностью к ориентационному упрочнению с целью обеспечения разрыва в рабочем участке. Разность между максимальной и минимальной толщиной образца в узкой части не должна превышать 0,1 мм.

Перед испытанием проверяют исправность машины, скорость движения нижнего зажима, точность установки стрелок на нуль. Образец закрепляют в зажимах так, чтобы ось образца совпадала с направлением растяжения. Приводят в действие механизм растяжения, фиксируя нагрузки, соответствующие удлинениям 200, 300 и 500%.

После разрыва образца записывают значения нагрузки, соответствующие положению неподвижной стрелки и удлинению по шкале удлинений. В процессе растяжения образца необходимо перемещать указатели шкалы удлинений соответственно перемещению меток. При разрыве образца вне рабочего участка результаты испытания не учитываются. Через одну минуту после разрыва замеряется длина рабочего участка сложенного образца с точностью до 0,05 мм. На основании экспериментальных данных рассчитывают следующие показатели.

Условную прочность (fр) в МПа (кгс/см2) образцов лопаток вычисляют по формуле:

(2.6)

где Рр - сила, вызывающая разрыв образца, МН (кгс); d - среднее значение толщины образца до испытания, м (см); bo - ширина образца до испытания, м (см).

Относительное удлинение (?р) при разрыве образцов лопаток в процентах вычисляют по формуле

(2.7)

где lр - расстояние между метками в момент разрыва образца, мм; lo - расстояние между метками образца до испытания, мм.

Условное напряжение при заданном удлинении образцов лопаток (f) в МПа (кгс/см2) вычисляют по формуле

(2.8)

где Рт - сила при заданном удлинении, МН (кгс); d - среднее значение толщины образца до испытания, м (см); bo - ширина образца до испытания, м (см).

Для определения относительной остаточной деформации после разрыва части разорванного образца, освобожденные из захватов, помещают на ровную поверхность стола и через (1,0±0,1) мин после разрыва измеряют расстояние между, метками двух сложенных по месту разрыва частей образца. Измерение производят с погрешностью не более 1,0 мм.

Остаточную деформацию образца после разрыва (относительное остаточное удлинение) (и) в процентах вычисляют по формуле

(2.9)

где l - расстояние между метками образца по двум сложенным вместе частям разорванного образца, мм; lo - расстояние между метками образца до испытания, мм.

За результат испытаний принимают среднее арифметическое показателей всех испытанных образцов из одной закладки резиновой смеси, одной пластины, одного изделия.

2.2.3 Метод определения сопротивление раздиру

Образец вырубают из пластины штанцевым ножом в форме серпа. Толщину образца рекомендуется брать равной (2,0±0,2) мм и замерять в области проведения испытаний. Наносится надрез глубиной (0,50±0,08) мм по центру вогнутой поверхности образца.

После кондиционирования помещают образец в испытательную машину. Прикладывают постоянно нарастающую силу при скорости движения захвата (500±50) мм/мин для образцов углового или серповидного типа. Записывают значение максимальной силы для образцов углового или серповидного типа. Записывают максимальную силу для исследуемых дугообразных образцов.

Сопротивление раздиру В (в кН/м) рассчитывают по формуле

(2.10)

где Р - максимальное усиление, кН; h - первоначальная толщина образца, м.

Отклонение значения В от среднего арифметического не должно превышать 10%.

2.2.4 Метод определения сопротивления истиранию при скольжении

Сущность метода заключается в истирании образцов, прижатых к абразивной поверхности вращающегося с постоянной скоростью диска, при постоянной нормальной силе и определении показателей сопротивления истиранию или истираемости.

Для испытания используются образцы следующей формы, представленной на рис.2.4

Рис.2.4 Образец для определения истиранию при скольжении

Прибор для определения сопротивления истиранию при скольжении должен обеспечивать надежное крепление образцов в рамке-держателе и шлифовальной шкурки на вращающемся диске; истирание двух образцов одновременно при постоянном радиусе.

Пример прибора для измерения сопротивлению истиранию изображен на рисунке 2.5

Рисунок 2.5 - прибор для измерения сопротивления истиранию.

1-кожух; 2-воздуховод; 3-неравноплечный рычаг; 4-диск; 5-полый вал; 6-редуктор; 7-электромотор; 8-скоба; 9-ролик; 10-грузовой стержень; 11-постоянный груз; 12-уравновешивающий груз; 13-станина; 14-динамометр; 15-винты; 16-рамка-держатель; 17-выключатель

Два образца с помощью специальных рамок устанавливают в рычаг истирающей машины и прижимают его образцами к шлифовальному кругу грузом в 2,5 кг, подвешиваемым к оси рычага. На большое плечо рычага подвешивают уравновешивающий груз. Рабочую камеру закрывают и включают машину.

Массу уравновешивающего груза подбирают так, чтобы рычаг находился в равновесии (колебался около горизонтального положения). Образцы притирают в течение 200 оборотов шлифовального диска, затем вынимают, очищают от бахромки и пыли и взвешивают с точностью до 0,001 г. Затем снова помещают в аппарат, так, чтобы образец, который притирался слева, снова был установлен слева, и истирают в течение 200 оборотов, при необходимости изменяя массу уравновешивающего груза. Затем образцы и груз взвешивают.

Сопротивление истиранию (в) вычисляют по формуле:

(2.11)

Где

А - работа трения в Дж (кгс*м), которую вычисляют по формуле, AV - изменение объема образца.

А = F* l (2.12)

где l - путь трения м, вычисляемый по формуле:

l= vt= рDn (2.13)

Истираемость определяют по формуле:

2.2.5 Методы испытаний на многократный продольный изгиб образцов

Сущность метода заключается в определении сопротивления образованию и разрастанию трещин при испытании на многократный изгиб образцов с проколом.

Рисунок 2.6 - Образцы для испытания.

Образцы должны иметь форму полоски с поперечной канавкой посередине. Канавку получают при вулканизации образцов от полуцилиндрического выступа в пресс-форме. Форма и размеры образцов должны соответствовать рисунку 2.6

Образцы должны быть изготовлены так, чтобы канавка была перпендикулярна направлению каландрования или вальцевания. При проведении испытаний в центре канавки образца делают прокат. Для этого образец помещают на жесткую подложку и прокалывают копьем так, чтобы копье выступало из образна на 2,5-3 мм. Образцы испытывают не ранее чем через 16 ч и не позднее чем через 28 суток после вулканизации. Образцы перед испытанием кондиционируют не менее 3 ч при (23±2)°С.

Образцы помещают в зажимы машины при максимальном расстоянии между ними, без натяжения и изгиба. Включают машину и наблюдают за изменением длины трещины. Для этого машину периодически останавливают и измеряют длину трещины и регистрируют число изгибов в тысячах циклов.

Для оценки сопротивления резины разрастанию трещин строят график на оси ординат наносят значения длин трещин, а на оси абсцисс - соответствующее им число изгибов в тысячах циклов.

Через полученные точки проводят линию и определяют число изгибов в тысячах циклов при разрастании трещин от Loдо Lo+10мм

2.2.6 Метод определения твердости по Шору А

Образец для испытания представляет собой шайбу с параллельными плоскостями.

При измерении расстояние между точками измерений должно быть не менее 5 мм, а расстояние от любой точки измерения до края образца не менее 13 мм. Толщина образца должна быть не менее 6 мм. Поверхность образца должна быть гладкой, без дефектов.

Твердомер устанавливается на штативе с площадкой для образца и приспособлением для перемещения прибора по вертикали и погружения индентора в образец.

При испытании твердомер опускается на образец, при этом в образец погружается индентор длиной 2,54 мм. На шкале прибора полное погружение индентора в образец соответствует 0 условных единиц твердости по Шору А, а нулевое погружение - 100 единицам. Показания снимают по истечении 3 секунд с момента прижатия прибора к образцу. Твердость измеряют в трех различных точках образца, за результат измерения принимают среднее арифметическое всех измерений, округленное до целого числа.

За результат испытания принимают среднее арифметическое всех измерений, округленное до целого числа. Допускаемое отклонение каждого измерения от среднего арифметического значения не должно превышать ± 3 единицы.

2.2.7 Метод определения эластичности на упругомере

Образцы для испытаний готовятся в виде шайбы диаметром 40 мм и толщиной 6 мм.

Время вулканизации берется на 10 мин больше заданного. Шайбу устанавливают в пружинный захват упругомера.

Мятник прибора поднимают в исходное положение и фиксируют защелкой, затем освобождают. Вследствие эластичности резины при ударе об образец маятник отскакивает на некоторую высоту.

Его ловят рукой после каждого удара, не позволяя повторного падения на образец.

Без изменения положения образца производят четыре удара, поднимая маятник в исходное положение после первых трех ударов. За счет этого происходит стабилизация образцов.

За показатель эластичности в данной точке принимают показания шкалы прибора после четвертого удара маятника по образцу (перед четвертым ударом необходимо установить стрелку прибора на ноль, после четвертого удара маятник не ловят). Образец испытывают в трех разных точках. За результат испытания принимают среднее арифметическое значение, полученное для трех точек.

Шкала прибора проградуирована в % показателя эластичности, который характеризуется долей возвращенной резиной работы по отношению к затраченной на деформирование. Для проведения испытания при повышенной температуре образцы термостатируют в течение 10 мин.

2.2.8 Метод определения вулканизационных характеристик на реометре RPA-2000

Рисунок 2.7 - Упругомер УМР.

1 - защелка; 2 - шкалы; 3 - маятник; 4 - груз; 5 - боек; 6 - пружина; 7 - образец; 8 - площадка; 9 - станина; 10 - уровень; 11 - кронштейн; 12 - стрелка; 13 - ограничитель; 14 - захват; 15 - ручка Результаты испытания заносят в протокол.

Для каждого из двух образцов вычисляют среднее значение из результатов трех замеров, а затем среднее арифметическое значение из двух полученных результатов. Допускается отклонение не более +5 %.

Сущность метода заключается в колебательном воздействии стального диска на резиновую смесь, что позволяет определить крутящий момент и угол механических потерь в любой момент процесса вулканизации.

Образец может иметь произвольную форму, но должен помещаться в рабочую камеру и равномерно заполнять ее.

Реометр фирмы "Монсанто" - прибор роторной конструкции знакопеременного сдвига. Биконический ротор совершает колебательное движение с заданной амплитудой в рабочей камере, образованной двумя полуформами, обогреваемыми вмонтированными электронагревателями. Верхняя полуформа перемещается в вертикальной плоскости при загрузке и выгрузке образцов с помощью штока пневматического цилиндра. Колебательное движение на диск передается через эксцентрик и рычаг, на котором укреплен датчик напряжения, связанный с электронной регистрирующей системой. В целях безопасности прибор полностью закрыт до момента смыкания плит.

После испытания прибор дает 11 условных показателей, характеризующих свойства резиновой смеси и вулканизата. Первые 5 описывают технологические свойства смеси: исходная вязкость, минимальная вязкость, пластичность смеси, термопластичность, перепад вязкости. Остальные показатели характеризуют вулканизационные свойства резиновых смесей: момент при максимальной степени вулканизации, момент в оптимуме вулканизации, максимальный момент, время достижения максимальной степени вулканизации, момент при реверсии, относительная степень сшивания, скорость вулканизации

2.3 Изготовление резиновых смесей на вальцах

Для получения резиновой смеси на вальцах каучук и другие ингредиенты загружают на валки, которые вращаются по направлению к зазору между ними. Слои каучука, соприкасающиеся с поверхностью валков, за счет сил адгезии и трения затягиваются в зазор между валками со скоростью, соответствующей окружной скорости валков. Каждый следующий слой каучука или резиновой смеси, соприкасающийся с предыдущим слоем, за счет когезионных сил также увлекается в зазор вальцов, но со скоростью, постепенно уменьшающейся по мере удаления этого слоя от поверхности валков. Таким образом, в пространстве над зазором на поверхности каждого валка всегда имеется "запас" каучука или резиновой смеси, скорость движения слоев в котором постепенно убывает по мере удаления их от поверхности соответствующего валка. На некотором расстоянии от минимального зазора слои материала встречаются, и часть смеси, не проходящая в зазор, начинает выталкиваться обратно из межвалкового клина, образуя противоток (вращающийся запас), а слои материала, прилегающие к поверхности валков, затягиваются в зазор. Это наблюдается в том случае, когда силы трения, увлекающие смесь в зазор, превосходят когезионную прочностьи силу внутреннего трения смеси.

В зоне "вращающегося запаса" наблюдается наибольшие деформации сдвига, возникающие в резиновой смеси, а следовательно, и наибольшие напряжения сдвига, что обусловливает наиболее интенсивное смешение. Напряжение сдвига зависит главным образом от вязкости резиновой смеси при температуре смешения и скорости деформации.

После прохождения смеси через узкую часть зазора происходит ее усадка вследствие высокоэластической составляющей деформации. Для того чтобы смесь прочно удерживалась на переднем валке, высокоэластическая составляющая деформации смеси должна превышать значение, соответствующее разности между значениями скорости течения смеси в зазоре и окружной скорости валков. В противном случае смесь свисает над зазором валков и не охватывает переднего валка. При недостаточной высокоэластической составляющей деформации возможно отставание смеси от переднего валка перед запасом над зазором.

В валковых машинах скорости валков различны, что обеспечивает дополнительное увеличение деформаций сдвига в зазоре между ними. Отношение скоростей вращения валков называется фрикцией. Деформация сдвига тем больше, чем больше фрикция и чем меньше зазор между валками.

В результате внутреннего трения в зоне наибольшей деформации сдвига существенно повышается температура резиновой смеси. После выхода из зоны деформации температура смеси снижается за счет теплоотдачи в окружающую среду и охлаждения валков водой, причем при очень большой фрикции и малом зазоре перепад температур может составлять более 30°С. Изменяя температуру, можно улучшить обработку смесей. Так, в случае отрыва малонаполненной смеси от поверхности переднего валка вследствие недостаточной высокоэластической деформации необходимо понизить температуру обработки, а при отрыве сильнонаполненной смеси, когда уменьшение высокоэластической составляющей определяется заторможенностью релаксационных процессов, наоборот, повысить ее.

При смешении на вальцах ингредиенты внедряются в слой вращающегося запаса смеси, прилегающего к заднему валку вальцу, и поэтому концентрация ингредиентов всегда больше в поверхностном слое смеси, находящейся на переднем валке.

Режим смешения и оптимальный объем единовременной загрузки устанавливают в зависимости от состава смеси, свойств и физического состояния загружаемых материалов. Температуру смеси присмешении на вальцах устанавливают в зависимости от свойств смеси, она не должна превышать температуру, при которой происходит активация вулканизующей группы.

Для повышения эффективности смешения необходимо более равномерно распределять загружаемые сыпучие и жидкие ингредиенты по всей длине переднего валка и производить более частую подрезку смеси после введения всех ингредиентов и перевертывание полотна смеси на другую сторону.

Важное значение при смешении на вальцах имеет порядок введения компонентов. Сначала на валцы загружают каучук и обрабатывают до тех пор, пока он не перестанет проскальзывать на влках. Затем в каучук последовательно вводят диспергирующие агенты, ускорители и активаторы вулканизации. Наполнители и пластификаторы загружаются несколькими отдельными порциями, иногда поочередно, чтобы смягчить пластификатором жесткую смесь после введения порции наполнителя. Серу или другие вулканизующие агенты во избежание подвулканизации вводят в резиновую смесь в конце процесса смешения.

После введения ингредиентов смесь подвергают тщательной гомогенизации (подрезают, скатывают в рулоны и подают в зазор между валками в другом месте). После достижения достаточной гомогенности готовую смесь снимают с валков в виде листа.

2.4 Вулканизация резиновых изделий в вулканизационных прессах

Способ вулканизации в прессах сочетает в себе два процесса - формование методом запрессовки в специальные пресс-формы и последующую вулканизацию под давлением. Заполнение пресс-формы резиновой смесью происходит под давлением благодаря вязкотекучим свойствам смеси.

Для вулканизации изделий в прессах под давлением применяют формы одноместные, а для мелких изделий многоместные. Размеры форм определяют по максимальному использованию поверхности их нагрева, а для удобства обращения с ними - по масс. При выборе материала для изготовления форм учитываются требования, предъявляемые к ним по прочности, износоустойчивости, невысокой стоимости, химической стойкости, простоте обработки при наличии высокой точности, хорошей теплопроводности. Таким требованиям лучше всего удовлетворяют стали различных марок. При конструировании форм учитывается характер формуемого материала, тепловые коэффициенты расширения и усадки, допускаемое давление, коэффициенты трения, возникающего при растекании смеси в форме, легкость извлечения изделий из формы.

Гидравлический вулканизационный пресс состоит из гидравлического цилиндра и траверс, соединенных между собой двумя или несколькими рамами или круглыми колоннами. Внутри цилиндра помещается плунжер, на котором установлен подъемный рабочий стол. Неподвижная нагревательная плита крепится на верхней траверсе, подвижная - на подъемном рабочем столе. Плиты обогреваются водяным паром или электрическим током в специальных термоэлементах. Пресс снабжен контрольными приборами для измерения температуры и давления, а также регуляторами этих величин.

Пресс-форма устанавливается на нижней плите пресса. Для ее подъема до соприкосновения с верхней плитой в цилиндр подают гидравлическую жидкость под низким давлением (2-5 МПа). Давление прессования создается и поддерживается заданное время для вулканизации подачей в гидравлический цилиндр жидкости под высоким давлением (12-20 МПа). В качестве гидравлической жидкости чаще всего используют воду, поступающую с централизованных гидравлических станций, или масло, подаваемое индивидуальными масляными насосами.

Для улучшения заполнения объема пресс-формы при прессовании проводят повторные прессовки (подпрессовки): пресс слегка раскрывают, а затем снова сближают плиты. При подперссовках из полости формы удаляются воздух, образовавшиеся летучие продукты и избыток резиновой смеси, что способствует улучшению качества изделий.

Для облегчения растекания смеси в форме и предотвращения привулканизации изделия к форме, перед закладкой заготовок внутренние поверхности пресс-форм смазывают антиадгезивами.

Заготовки примерно соответствуют по форме раковинам формы, объем их должен быть несколько больше объема формы.

Из-за различия температурных коэффициентов расширения материала формы и резиновой смеси размер вулканизованного изделия отличается от размеров формы. Поскольку термический коэффициент расширения каучука больше, чем у металла, размеры формового изделия оказываются меньше размеров формы. Разность размеров формы и изделия, выраженную в процентах, называют степенью усадки. Для получения изделий точных размеров при конструировании форм необходимо учитывать степень усадки.

Полученные формовой вулканизацией изделия имеют на поверхности дефекты в виде заусенец и выпрессовок, которые обрезаются на специальных машинах или вручную.

3. Экспериментальная часть и обсуждение результатов

В ходе проведенной работы были исследованы резиновые смеси и резины, отличающиеся по типу введенной системы ускорителей. Состав резиновых смесей представлен в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Рецептура исследованных резиновых смесей

№

Наименование

Шифр смесей

п/п

ингредиентов

9ИЛ-1

9ИЛ-2

9ИЛ-3

1

СКИ-3

100,0

100,0

100,0

2

Стеариновая кислота

2,0

2,0

2,0

2,0

2,0

2,0

3

Оксид цинка (II)

4,0

4,0

4,0

4,0

4,0

4,0

4

Сульфенамид Ц

1,0

-

-

5

Каптакс

-

1,0

6

Альтакс

-

-

1,0

7

Дифенилгуанидин

0,5

0,5

0,5

8

Нафтам-2

1,0

1,0

1,0

9

Ацетонфнил Р

2,0

2,0

2,0

10

Тех. углерод П-514

60,0

60,0

60,0

11

Сера

2,0

2,0

2,0

Резиновые смеси были приготовлены на вальцах ЛБ 320 160/160 при температуре валков 50±50С.

3.1 Технологические и вулканизационные характеристики резиновых смесей

Важнейшую роль в создании новых рецептур резиновых смесей играет изучение технологических свойств. Какими бы свойствами не обладал вулканизат, если его производство неоправданно по экономическим, энергетическим и другим факторам, в промышленное производство его будет внедрить крайне трудно, а то и невозможно. С целью недопущения такой ситуации, необходимо подбирать такую рецептуру, которая позволит с наибольшей эффективностью и наименьшими затратами создавать резиновую смесь. Существует ряд характеристик, по которым производится оценка технологических свойств резиновых смесей:

Пластичность - способность резиновой смеси изменять свою форму под действием деформационной нагрузки и сохранять свою форму после снятия нагрузки.

Мягкость - способность резиновой смеси изменять свою форму под действием деформационной нагрузки.

Эластическое восстановление - способность материала изменять свою нагрузку под действием приложенной нагрузки и восстанавливать форму после снятия нагрузки.

Восстанавливаемость - отношение остаточной деформации к общей деформации резиновой смеси.

Усадка - самопроизвольное изменение размеров и формы заготовок резиновых смесей, а также вулканизатов, главным образом вследствие эластического восстановления после обработки на технологическом оборудовании. Большая усадка влечет за собой определенные трудности при переработке резиновых смесей.

Результаты определения приведенных выше характеристик для исследованных резиновых смесей представлены на рисунках 3.1 - 3.5.

Пластичность резиновых смесей представлена на рисунке 3.1.

Рис.3.1 Пластичность резиновых смесей

Рис.3.2 Мягкость резиновых смесей

Рис.3.3 Восстанавливаемость резиновых смесей

Рис.3.4 Эластическое восстановление резиновых смесей

Рис.3.5 Относительное эластическое восстановление резиновых смесей

Как видно на рис.3.1-3.5, пластичность, мягкость, восстанавливаемость, эластическое восстановление и относительное эластическое восстановление имеют примерно равные значение во всех резиновых смесях. Имеются небольшие отклонения, но они в пределах погрешности.

Рис.3.6 Усадка резиновых смесей

Как видно на рис.3.6, резиновые смеси имеют одинаковую усадку.

Вулканизационные характеристики

К вулканизационным характеристикам относят:

Оптимальное время вулканизации - минимальное время процесса вулканизации, при котором достигается оптимальная густота вулканизационной сетки.

Время подвулканизации - максимальное время от нагрева резиновой смеси до температуры вулканизации до начала процесса сшивания макромолекул.

Скорость вулканизации - скорость образования пространственной сетки в процессе вулканизации.

Результаты определения приведенных выше характеристик для исследованных резиновых смесей представлены в таблице 3.2

Таблица 3.2 Вулканизационные характеристики резиновых смесей

Показатели

Ускорители

Сульфенамид Ц

Каптакс

Альтакс

Оптимальное время вулканизации, мин

10

10

20

Время подвулканизации, мин

2,66

1,66

1,42

Как видно из таблицы 3.2 оптимальное время вулканизации сульфенамида Ц и каптакса одинаковое, а у альтакса отличается из-за того, что он меньше активируется дифенилгуанидином, чем выше сказанные.

Сульфенамид Ц

Каптакс

Альтакс

Время подвулканизации у каптакса и альтакса немного отличается из-за меньшей активности альтакса, а у сульфенамида ц, в свою очередь, за счет отличающегося механизма взаимодействия с серой. Видно, что индукционный период в присутствии сульфенамида в два раза дольше, чем у смесей с каптаксом и альтаксом. У всех трех смесей большая скорость в главном периоде и реверсия после 10 минут вулканизации.

3.2 Физико-механические характеристики

К физико-механическим свойствам резин можно отнести следующие параметры:

Условное напряжение при удлинении 200%, МПа

Условное напряжение при удлинении 300%, МПа

Условная прочность при растяжении, МПа

Относительное удлинение при разрыве, %

Относительное остаточное удлинение, %

Изменение физико-механических характеристик изображено на рисунках

Рис.3.7 Прочность резин при растяжении

По рис.3.7 видно, что наибольшую прочность имеет резина, с введенным каптаксом, затем - альтаксом и сульфенамидом Ц. Это связано с уменьшением сульфидности связей в ряду альтакс-каптакс-сульфенамид Ц (в присутствии ДФГ).

Рис.3.8 Напряжение резин при удлинении 200%

Рис.3.9 Напряжение резин при удлинении 300%

На рис.3.8 и 3.9 справедливо возрастание напряжений при заданных удлинениях при переходе от сульфенамида Ц к каптаксу и альтаксу.

Рис.3.10. Относительное удлинение при разрыве

Рис.3.11. Остаточное удлинение образцов

Как видно на рис.3.10 относительное удлинение убывает в ряду сульфенамид Ц, каптакс, альтакс из-за уменьшения количества связей разной сульфидности.

А на рис.3.11 видно, что изменение остаточного удлинения находится в пределах ошибки. Разница показателей остаточной деформации незначительна и в рамках погрешности прибора ей можно пренебречь (погрешность прибора 0.5мм).

3.3 Эксплуатационные свойства резин

К эксплуатационным свойствам резин можно отнести следующие:

• Твердость - сопротивление материала внедрению в него абсолютно недеформируемого тела.

• Эластичность - свойство материалов возвращаться к начальной форме после деформации.

• Истираемость - свойство материалов терять объем и массу вследствие трения о твердую поверхность.

• Динамические характеристики.

Значения твердости, эластичности исследованных резин представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Эксплуатационные свойства резин

Показатели

Ускорители

Сульфенамид Ц

Каптакс

Альтакс

Твердость, ед.

56,67

61

58

Эластичность, ед.

36,7

37,3

35

Как видно из представленной таблицы, наибольшей твердостью обладает резина, наполненная каптаксом. Однако разница в показателях твердости резиновых смесей, наполненных каптаксом, альтаксом, сульфенамидом Ц незначительна.

Разница в значениях эластичности одинаковая в приделах ошибки.

Рисунок 3.13 - Истираемость

Истираемость резиновой смеси зависит от прочности резины и от распределения сшивок по объему резины. В данном случае наименьшей истираемостью обладает резина, вулканизованная при участии альтакса и ДФГ. Как обладающая наибольшей прочностью.

Сопротивление разрастанию трещин при испытании исследуемых резин на многократный изгиб образцов с проколом показано на рис 3.14

Рис3.14 Многократный изгиб образцов с проколом

Исходя из данных, приведенных на рис.3.14, наибольшей стойкостью к трещинообразованию при изгибе обладает резина, вулканизованная системой сульфенамид Ц - ДФГ. Это объясняется наибольшим разбросом сульфидности связей в резине, вулканизованной с этой системой.

4. Резиновые изделия - автомобильные шины

Важным элементом колеса является шина. Она представляет собой упругую резино-металло-тканевую оболочку, установленную на обод диска. Она обеспечивает контакт транспортного средства с дорогой, так же поглощает незначительных колебания, вызываемые несовершенством дорожного покрытия, компенсации погрешности траекторий колёс, реализации и восприятия сил. Сильно изношенные покрышки являются отходами IV класса опасности.

4.1 Конструкция

Основными материалами для производства шин являются резина, которая изготавливается из натуральных и синтетических каучуков, и корд. Металлические нити (металлокорд), полимерные и текстильные нити нужны для изготовления кордовой ткани.

Основные составляющие шины: каркас, слои брекера, протектора, борта и боковой части. См. рис 4.1

Структура шины: 1 - протектор; 2 - плечевая часть; 3 - каркас; 4 - боковая часть (крыло шины); 5 - брекер и подушечный слой; 6 - дополнительная вставка в плечевой зоне (зелен. цв.); 7 - бортовое кольцо; 8 - бортовая часть

Рис.4.1

Применение текстильных и полимерных кордов нашло в легковых и легкогрузовых шинах. Металлокорд - в грузовых. Из-за ориентации нитей корда в каркасе различают шины:

· радиальные

· диагональные

Если нити корда расположены вдоль радиуса колеса, то такая шина - радиальная. А в диагональных шинах нити корда расположены под углом к радиусу колеса, т.е. нити соседних слоёв перекрещиваются.

Конструктивно более жёсткими являются радиальные шины, вследствие чего они обладают: большим ресурсом, стабильностью формы пятна контакта, меньшим сопротивлением качению, обеспечивают меньший расход топлива. Поэтому возможно варьировать количество слоёв каркаса (в отличие от обязательно чётного количества в диагональных) и возможно снижения слойности, снижается общий вес шины, толщина каркаса. При этом снижается разогрев шины при качении - увеличивается срок службы. Так же легче высвобождают тепло брекер и протектор поэтому возможно увеличение толщины протектора и глубины его рисунка для улучшения проходимости по бездорожью. Сейчас, радиальные шины для легковых автомобилей практически полностью вытеснили диагональные.

4.2 Каркасные шины

4.2.1 Диагональные шины

Диагональной шиной называется пневматическая шина, в покрышке которой нити корда каркаса и брекера перекрещиваются в смежных слоях, а угол наклона нитей по середине беговой дорожки в каркасе и брекере составляет 45-60°. Углом наклона нитей слоя корда (рис.4.2) называется угол между направлением нити слоя корда каркаса или брекера и радиальной плоскостью колеса. Диагональные шины применяют для всех видов транспорта. Для изготовления их каркаса и брекера используют капроновый, анидный или вискозный корд, обеспечивающий прочность и нерастяжимость шин. Число слоев корда в каркасе зависит от нагрузки на шину.

Поперечный срез покрышки:

Рис.4.2

Р - угол наклона нитей корда в покрышке; 1 - линия, соответствующая направлению нитей корда в первом слое каркаса; 2 - касательная, проведенная к окружности поперечного сечения покрышки.

4.3 Процесс изготовления шин

Четыре различных этапа в изготовление шин:

1. изготовление резиновых смесей.

2. изготовление компонентов.

3. сборка.

4. вулканизация.

I. С приготовления резиновых смесей начинается производство шины. Состав рецептуры зависит от назначения деталей шины и может включать в себя до 20 химикатов, начиная от серы и технического углерода и заканчивая каучуками - натуральным и/или синтетическими.

II. Следующем э создаётся протекторная заготовка для шины. При этом шприцевания на червячной машине получается профилированная резиновая лента, которая после охлаждения водой разрезается на заготовки по размеру шины.

Шинный скелет - каркас и брекер - изготавливаются из слоёв обрезиненного текстиля или высокопрочного металлокорда. При этом прорезиненное полотно раскраивается под определённым углом на полосы различной ширины в зависимости от размера шины.

Одним из важных элементов шины является борт - это нерастяжимая, жёсткая часть шины, с помощью которой последняя крепится на ободе колеса. Главная часть борта - крыло, которое изготавливается из множества витков обрезиненной бортовой проволоки.

III. Все детали шины соединяются в единое целое на сборочных станках. Последовательно накладываются слои каркаса на сборочный барабан, борт, по центру каркаса протектор с боковинами. Протектор относительно расширен и заменяет собой боковину для легковых шин. При этом повышается точность сборки и снижает количество операций в производстве шин.

IV. Шину ожидает процесс вулканизации - после сборки. Собранная шина помещается в пресс-форму вулканизатора. Под высоким давлением подаётся пар или перегретая (200°C) вода, внутрь шины. Обогревается и наружная поверхность пресс-формы. Под давлением по боковинам и протектору прорисовывается рельефный рисунок. Протекает химическая реакция (вулканизация), которая придаёт резине эластичность и прочность.

4.3.1 Химический состав резиновой смеси

Над процессом создания шины работают шинные химики и конструкторы, от которых зависят секреты шинной рецептуры. Их искусство заключается в правильном выборе, дозировке и распределении шинных компонентов, в особенности для смеси протектора. На помощь им приходят профессиональный опыт и не в меньшей степени компьютеры. Хотя состав резиновой смеси у любого солидного производителя шин - тайна за семью печатями, достаточно хорошо известны около 20 основных составляющих. Весь секрет состоит в их грамотной комбинации с учётом предназначения самой шины.

Основные составляющие резиновой смеси:

Каучук. Основу шины его всё же образуют различные каучуковые смеси. Натуральный каучук, состоящий из высушенного сока (латекса) бразильской гевеи, долгое время доминировал во всех смесях, различаясь при этом лишь по уровню качества. Также каучуконосный млечный сок содержится в некоторых видах сорных трав и одуванчиков. Производимый из нефти синтетический каучук был изобретён немецкими химиками в 30-е гг. и современная скоростная шина без него просто немыслима. В настоящее время синтезируется несколько десятков различных синтетических каучуков. Каждый из них имеет свои характерные особенности и строгое назначение в разных деталях шины. Даже после изобретения синтетического изопренового каучука (СКИ) - близкого по свойствам к натуральному, резиновая промышленность не может полностью отказаться от использования последнего. Единственный его недостаток перед СКИ - дороговизна. На территории СССР не было возможности получать натуральный каучук из растений, а покупать его за границей приходилось за валюту. Это спровоцировало развитие богатой химии синтеза каучуков и других полимеров.

Технический углерод. Добрая треть резиновой смеси состоит из промышленной сажи (технический углерод), наполнителя, предлагаемого в различных вариантах и придающего шине её специфичный цвет. Сажа обеспечивает в процессе вулканизации хорошее молекулярное соединение, что придаёт покрышке особую прочность и износостойкость. Сажу получают путём деструкции природного газа без доступа воздуха. В СССР при доступности этого "дешёвого" сырья было возможно широкое применение технического углерода. Резиновые смеси с использованием ТУ вулканизуются серой.

Кремниевая кислота. В Европе и США ограниченный доступ к источникам природного газа вынудил химиков найти замену ТУ. При том, что кремниевая кислота не обеспечивает такую же высокую прочность резинам, как ТУ, она улучшает сцепление шины с мокрой поверхностью дороги. Так же она лучше внедряется в структуру каучука и меньше вытирается из резины при эксплуатации шины. Это свойство менее пагубно для экологии. Чёрный налёт на дорогах - технический углерод, вытертый из шин. В рекламе и обиходе шины с использованием кремниевой кислоты называются "зелёными". Резины вулканизуются перекисями. Полностью отказаться от использования технического углерода в настоящее время не представляется возможным.

Масла и смолы. К важным составным частям смеси, но в меньшем объёме, относятся масла и смолы, обозначаемые как мягчители и служащие в качестве вспомогательных материалов. От достигнутой жёсткости резиновой смеси во многом зависят ездовые свойства и износостойкость шины.

Сера. Сера (и кремниевая кислота) - вулканизующий агент. Связывает молекулы полимера "мостиками" с образованием пространственной сетки. Пластичная сырая резиновая смесь превращается в эластичную и прочную резину.

Вулканизационные активаторы, такие как оксид цинка и стеариновые кислоты, а также ускорители инициируют и регулируют процесс вулканизации в горячей форме (под давлением и при нагреве) и направляют реакцию взаимодействия вулканизующих агентов с каучуком в сторону получения пространственной сетки между молекулами полимера.

Экологические наполнители. Новая и ещё не распространённая технология предполагает собой применять в смеси протектора крахмал из кукурузы (в перспективе картофеля и сои). За счёт значительно уменьшенного сопротивления качения шина на основе новой технологии выделяет в атмосферу почти вдвое меньше соединений углекислого газа по сравнению с обычными шинами.

5. Выводы

1. Ускорители не влияют на пластичность, мягкость, восстанавливаемость, эластическое восстановление, относительное эластическое восстановление, усадку, которые имеют примерно равные значенияе во всех резиновых смесях

2. Оптимальное время вулканизации у смесей, содержащих сульфенамид Ц и каптакс, одинаковое, а у альтакса отличается из-за того, что он меньше активируется дифенилгуанидином. Сульфенамид Ц обеспечивает значительно более длительный индукционный период.

3. Физико-механические характеристики резин у всех трех систем ускорителей очень схожи. Но показатели условных напряжений при удлинении и условная прочность выше у резин, содержащих систему каптакс-ДФГ.

4. Изменение системы ускорителей не влияет на твердость резин. Эластичность и сопротивление истиранию являются наибольшими для резин с системой альтакс-ДФГ.

5. Динамическая выносливость наиболее велика для резины, вулканизованной в присутствии системы альтакс-ДФГ.

6. На основании проведенных испытаний можно заключить, что наилучшим комплексом свойств обладает резина, вулканизованная в присутствии альтакса и ДФГ. Данная резина обладает наибольшими показателями прочности, сопротивления истиранию, эластичности и устойчивости к многократному изгибу. Для точного подбора системы ускорителей необходимы дополнительные испытания.

6. Список литературы

1. Резниченко, С.В. Большой справочник резинщика. Том 1. Каучуки и ингредиенты. / С.В. Резниченко, Ю.Л. Морозов (ред. ). - М.: ООО "Издательский центр "Техинформ" МАИ", 2012. - 744 с.

2. Каргин, В.А. Энциклопедия полимеров. Том 1. А-К. / В.А. Каргин, В.А. Кабанов - М.: Советская энциклопедия, 1972. - 1224 с.

3. Белозеров, Н.В. Технология резины: 3 изд. перераб. и доп. - М.: Химия, 1979. - 472 с

4. Гофманн, В. Вулканизация и вулканизующие агенты. - М.: Химия, 1968. - 450 с.

5. Корнев, А.Е. Технология эластомерных материалов: 3-е изд., перераб. и доп. / А. Е Корнев,

6. М. Буканов, О.Н. Шевердяев - М.: Истек, 2009. - 504 с.

7. Кирпичников, П. А Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетического каучука: учебное пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. / П.А. Кирпичников,

8. В. Береснев, Л. М Попова. - Л.: Химия, 1986. - 224 с.

9. Мухутдинов, А.А. Альбом технологических схем основных производств резиновой промышленности. / А.А. Мухутдинов, В.П. Дорожкин, Ю.О. Аверко-Антонович, М. А Поляк. М.: Химия, 1980. - 76 с.

10. Дж.С. Дик. Технология резины: Рецептуростроение и испытания/ Пер. с англ. С.В. Котовой, В.А. Глаголева, Л.Р. Люсова. - Санкт-Петербург: Научные основы и технологии, 2010. - 620 с.

11. Аверко-Антонович, Л.А. Химия и технология синтетического каучука/ Л. А Аверко - Антонович, Ю.О. Аверко-Антонович, П.А. Кирпичников. - М.: Химия, 2008. - 357 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены