книги из ГПНТБ / Салтыков, А. В. Основы современной технологии автомобильных шин

превосходит вискозный по сопротивлению многократным деформа­ циям и ударной прочности. Этому корду присуща высокая тепло­ стойкость, значительно превышающая теплостойкость других кордов. Так, после выдержки вискозного, капронового, анидного и полиэфирного кордов при 180 °С в течение 4 ч отношение прочно­ сти до и после нагревания, характеризующее теплостойкость, соста­ вляет соответственно 92, 98, 97 и 100%, а водонепроницаемость (от­ ношение прочности до и после погружения в воду) — 65, 90, 88 и

103%.

Недостатком полиэфирного корда является большая термиче­ ская усадка, поэтому для него, как и для полиамидного корда, требуется проведение термофиксации. По комплексу свойств поли­ эфирный корд значительно превосходит вискозный. За рубежом он начинает вытеснять вискозный корд из легковых шин.

Ограниченное применение полиэфирного корда в шинном про­ изводстве было связано со сложностью его пропитки. Поверхность этого корда химически более инертна, чем поверхность вискозного и полиамидного. Применявшиеся для пропитки растворы диизоциа­ натов токсичны, недостаточно стойки при хранении и огнеопасны. Кроме того, прочность связи полиэфирного корда с резиной меньше, чем прочность связи полиамидного корда. В настоящее время со­ здаются двух- и одностадийные пропитки хорошего качества, кото­ рые позволяют устранить перечисленные выше недостатки.

Необходимо отметить, что при вулканизации полиэфирный корд в присутствии аминов разлагается. Для борьбы с этим явлением в резиновые смеси рекомендуется вводить защитные добавки (негодег) и избегать применения ускорителей и противостарителей, содержащих аминные группы.

Большое распространение в шинной промышленности должен получить корд из комбинированных волокон, полученных из смеси полиэфира и найлона или путем привитой сополимеризации. Такие комбинированные волокна обладают ценными свойствами поли­ эфиров и полиамидов.

Стеклокорд

Работы по применению стеклянного волокна в производстве корда проводятся давно, но только в последние годы начато его

113

Для того чтобы получить кордное стеклянное волокно, одиноч­ ные волокна покрывают органическими силиконовыми составами, после чего их пропитывают латексно-резорцинформальдегидным со­ ставом, предохраняющим волокна от перетирания и улучшающим адгезию волокна с резиной. Стеклянное волокно обладает большой прочностью при малом растяжении и удовлетворительной ударной прочностью, так что может служить материалом для брекеров шин типа Р.

Испытания выпускаемых в США шин типа Р и диагональных шин с брекерным поясом из стеклянного корда показали, что такой корд может заменить металлокорд в легковых покрышках.

Другие виды корда из химических волокон

Как отмечалось выше, в последние годы начинают применять корд из волокон комбинированного состава. Изменяя состав воло­ кон, стараются придать им необходимые свойства. Так, поликон­ денсацией двухосновной ароматической кислоты и ароматического диамина был получен корд номекс, имеющий высокую теплостой­ кость и способный полностью сохранять исходную прочность после вулканизации (вискозный корд сохраняет прочность только на 70%, а полиэфирный — на 95%).

Из новых видов волокон, находящихся в стадии отработки, сле­ дует отметить волокно «В» (кевлар) для кордбрекера радиальных покрышек. Известно, что это ароматический амид. Температура плавления волокна 570 °С, оно почти не дает усадки в горячем со­ стоянии (при 160°С—0—0,2%), имеет малую разнашиваемость, вы­ сокий модуль 480 гс/денье, удлинение при разрыве около 4%, проч­ ность на разрыв 20—22 гс/денье. Благодаря меньшей плотности волокна «В» (1,44) брекер легковой покрышки из него весит в 5 раз меньше, чем из металлокорда, и в 3 раза меньше, чем из стеклокорда.

По литературным данным, волокно «В» имеет большое будущее, как заменитель полиамидного найлонового корда в каркасе покры­ шек и металлокорда в брекере и каркасе.

Работы по изысканию новых материалов для шинного корда ведутся весьма интенсивно.

Металлокорд

Металлокорд изготавливают из стальной проволоки. В настоя­ щее время он нашел широкое применение в производстве грузовых покрышек как за рубежом, так и в СССР.

За рубежом металлокорд в основном изготавливают из стальной латунированной проволоки холодного волочения диаметром 0,15— 0,3 мм из стали следующего состава (в %):

114

Проволоки свивают в стренги, из которых затем скручивают кордную нить. Обычно применяют металлокорд структуры (5x7) + + (1X3) + 1 =39; это означает, что в стренге содержится 7 прово­ лок, а в нити 5 стренг, которые скручиваются вокруг сердечника из 3 проволок. Сверху нить обвивается одной элементарной проволо­ кой, скрепляющей стренги между собой.

Характеристика металлокорда, изготавливаемого в СССР, при­ ведена в табл. 5.6.

Т а б л и ц а 5.6. Характеристика металлокорда, изготавливаемого в СССР

* Измерения-проводят на приборе фирмы «Шоппер>.

Французская фирма «Мишлен» применяет более тонкую про­ волоку диаметром 0,1 мм. Американской фирмой «Монсанто» раз­ рабатывается способ изготовления проволоки путем отливки рас­ плавленной стали через фильеру, позволивший получить проволоку диаметром 0,075 мм. Такая проволока ведет себя подобно текстиль­ ным волокнам, а корд, полученный из нее, имеет повышенную адге­ зию к резине и не требует латунирования.

Некоторые зарубежные фирмы используют в производстве по­ крышек оцинкованный корд. Поэтому перед обрезиниванием его обрабатывают составами, содержащими соли кобальта. По проч­ ности стальной корд превосходит все другие виды корда. Его при­ меняют при изготовлении тяжелых грузовых шин, большей частью типа Р. Каркас для таких шин собирают из 1—2 слоев корда, но по прочности он равноценен каркасу из 8—14 слоев вискозного или 6—12 полиамидного корда. Уменьшение толщины каркаса позволя­ ет увеличить толщину протектора, а следовательно, и срок службы шины. Металлокорд обладает высокой теплопроводностью, что спо­ собствует равномерному распределению тепла в каркасе покрышки и таким образом исключает возможность перегрева в местах, под­ верженных наибольшим деформациям. Кроме того, шины из метал­ локорда имеют значительно меньшие рабочие температуры, чем из других видов корда. Прочность металлокорда с повышением тем­ пературы не изменяется, шины сохраняют исходную прочность в эксплуатации даже при значительном повышении температуры.

Широкое распространение получил металлокорд для изготовле­ ния брекеров легковых и грузовых покрышек типа Р. с текстиль­ ным каркасом.

115

В СССР широкое применение металлокорд нашел для изготов­ ления брекера шин типа Р, а также съемных протекторных колец шин типа PC для грузовых автомобилей. Высокая прочность и ма­ лое растяжение делают металлокорд особенно ценным.

К недостаткам относятся большая плотность металлокорда и' трудности при его обработке.

ТКАНИ

Ткани полотняного и других переплетений — чефер, бязь, доме­ стик, оснабург и другие — применяют для изготовления отдельных деталей бортовой части покрышки. Характеристика этих тканей приведена в табл. 5.7.

Т а б л и ц а 5.7. Характеристика тканей, применяемых для изготовления некоторых деталей бортов покрышек

Ткани в отличие от корда имеют примерно одинаковую проч­ ность по основе и утку. Большинство указанных тканей изготавли­ вается из хлопка. Имеется тенденция к частичной или полной за­ мене хлопка химическими волокнами. Так, вместо чефера для из­ готовления бортовых ленточек бескамерных шин стали применять ткани полотняного переплетения из полиамидного моноволокна.

Большое количество текстильных прокладочных материалов (доместик, бязь, миткаль), используемых в подготовительном про­ изводстве для предохранения резин и прорезиненных материалов от слипания, пропитывают специальными химическими составами для предотвращения прилипания ткани к резине. Пропитки должны глубоко проникать в ткань, иначе пленка, покрывающая поверх­ ность ткани, с течением времени отслаивается и прилипает к ре­ зине.

На отечественных шинных заводах применяют пропитку «кисабор», разработанную В. Ф. Кщрко, А. В. Салтыковым и С. П. Боровиным. По предложенному ими методу, подготовленную ткань (после стрижки и опаливания для удаления ворса), пропитывают 10—15%-ной водной эмульсией, в состав которой входят декстрин,

116

жирные кислоты, щелочь и эмульгатор, после чего ткань сушат и каландруют.

Наметилась тенденция заменять хлопчатобумажные прокладоч­ ные ткани на синтетические на основе волокна из полипропилена и поливинилхлорида, не имеющих ворса и не требующих пропитки.

В качестве прокладочных материалов также применяют пленки из полипропилена и др.

БОРТОВАЯ ПРОВОЛОКА

Для изготовления бортовых колец применяют стальные (из стали, содержащей 0,4—0,85% углерода) проволочные 13-, 17- и 21-прядные плетенки (АПЛ2), уточные проволочные 4, 6, 8 и 10-прядные ленты, состоящие из ряда параллельных стальных про­ волок, переплетенных тонкой поперечной стальной проволокой (АПЛ1), одиночные проволоки разной толщины и безуточные про­ волочные ленты. Проволока выпускается диаметром 1,0 и 1,3 мм с прочностью на разрыв не менее 180 кгс/мм2. Отечественная про­ волока для повышения адгезии металла к резине латунируется либо омедняется.

В США проволоку покрывают бронзой (ВР) и латунью (АР). Наметилась тенденция к полной замене плетенок и уточных про­ волочных лент безуточными проволочными лентами повышенной прочности. За рубежом, например, применяются проволоки проч­ ностью до 280 кгс/мм2, что позволяет уменьшить число витков в кольце, а иногда отказаться от двух колец в борту и перейти на

конструкцию с одним кольцом.

Недавно отдельные зарубежные фирмы вместо проволочных лент при производстве крупных грузовых и авиационных покрышек стали применять стальные сплошные ленты. Эти ленты состоят из стали, содержащей С — 0,65—0,70 %, Мп — 0,5—0,8%, Si — 0,15— 0,35%, S — 0,04%, Р — 0,04% и следы Си, Сг и №. Ленты покры­ ваются латунью толщиной 0,5—1,0 г/кг. Выпускаются ленты тол­ щиной 0,8 мм и разной шириной от 8 до 16 мм с разрывной нагруз­ кой от 1000 кгс до 2500 кгс.

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

К вспомогательным материалам шинного производства отно­ сятся тальк, молотая слюда, силиконовые смазки, графит, мыло и др.

Тальк применяется в качестве опудривающего вещества для предохранения резиновых листов от слипания, а стеарат цинка — как опудривающий сухой материал, не приводящий к расслоению стыков резины.

Молотая слюда и графит используются для смазки внутренней поверхности покрышек в целях предупреждения привулканизации к ней диафрагм. В качестве смазок применяются также силиконо­ вые масла различной вязкости и молекулярного веса на основе

117

Г л а в а 6

СОСТАВЛЕНИЕ РЕЦЕПТУР РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ

Составление рецептуры резиновых смесей является одной из важнейших областей технологии автомобильных шин. От того, на­ сколько правильно составлена смесь, зависят физико-механические и технологические свойства резин, а также эксплуатационные ха­ рактеристики шин.

• При изготовлении шин применяются следующие типы резино­ вых смесей: протекторные, брекерные, каркасные (обкладочные); промазочные; для изоляции стальной проволоки; для наполнения крыла; камерные; для ободных лент; для вулканизационных ди­ афрагм; для герметизирующего-слоя бескамерных шин; для допол­ нительных деталей покрышек радиальной конструкции.

Резины одного и того же назначения (для легковых и грузовых шин) отличаются друг от друга по составу. Это объясняется раз­ личными требованиями, предъявляемыми к шинам в зависимости от их грузоподъемности, условий и режимов их эксплуатации, а также к технологии их производства.

ТРЕБОВАНИЯ К ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ ВУЛКАНИЗАТОВ ШИННЫХ СМЕСЕЙ

Резиновые смеси, применяемые для производства шин, должны обладать комплексом технологических свойств, а вулканизаты — совокупностью эксплуатационных и физико-механических свойств.

Технолог в любом конкретном случае стремится найти оптималь­ ное решение для того, чтобы, не ухудшая физико-механических свойств вулканизатов, улучшить технологические свойства и снизить стоимость резиновых смесей, т. е. уменьшить расход материалов, электроэнергии и трудовые затраты. Наряду с исследованием свойств каучуков и других ингредиентов, а также физико-химиче­ ских процессов, протекающих при получении резиновых смесей и вулканизатов, важнейшее значение имеют теоретические и экспе­ риментальные исследования физико-механических свойств резины как конструкционного материала и поведения резиновых изделий при эксплуатации.

Решающим условием утомления материалов под влиянием мно­ гократных деформаций является механический режим нагружения. Механический режим нагружения изделий необходимо определять

JJ9

в различных зонах деформации и особенно в области максималь­ ных напряжений. Только зная характер напряжений и деформа-- ций, можно сформулировать требования к физико-механическим свойствам резины, а следовательно, правильно составить рецепт резиновой смеси и провести лабораторные испытания.

Протекторные резины

Протектор служит для передачи тяговых усилий мотора авто­ мобиля к шинам и обеспечения надежного сцепления шины с до­ рогой. Поэтому протекторные резины должны обладать высокой прочностью на разрыв и высокой износостойкостью. Чтобы протек­ тор надежно предохранял каркас покрышки от механических по­ вреждений (порезов и проколов), резина должна хорошо сопро­ тивляться образованию надрывов и раздиру, иметь высокую стой­ кость к действию кислорода воздуха, озона, солнечных лучей и внешних тепловых воздействий, возникающих при трении шины о поверхность дороги.

При качении шины протектор, как и другие детали покрышки, подвержен действию многократных деформаций, в результате чего в массиве шины вследствие гистерезисных потерь выделяется (внут­ реннее) тепло. Поэтому резины должны обладать высокой устало­ стной прочностью и иметь минимальное теплообразование при экс­ плуатации шин,

Т а б л и ц а 6.1. Физико-механические показатели свойств резин для высококачественных шин

120

Для правильной оценки качества резиновой смеси при разра­ ботке ее состава вулканизованные резины подвергают испытаниям: на сопротивление разрыву, напряжение при удлинении (модуль эластичности), сопротивление раздиру, сопротивление износу (исти­ ранию), относительное удлинение, упругий отскок, остаточное удлинение, сопротивление образованию трещин при многократных деформациях, разрастание надрезов, теплообразование при много­ кратных деформациях, механические потери, твердость, светостой­ кость, погодо- и атмосферостойкость. Физико-механические пока­ затели определяются по методикам, установленным ГОСТ, при комнатной и повышенной температурах до и после ускоренного теп­ лового старения образцов.

Физико-механические показатели свойств протекторных резин для высококачественных покрышек приведены в табл. 6.1.

Для оценки опытных протекторных смесей показатели физико­ механических свойств испытываемых вулканизатов сравнивают с показателями вулканизатов из контрольной серийной шины, ус­ пешно прошедшей дорожные эксплуатационные испытания. Такое сравнение позволяет сделать более надежные выводы.

Брекерные резины

Для покрышек малых и больших размеров диагональной и ра­ диальной конструкции рекомендуется применять брекерные резины различных рецептур.

Для отвода тепла, выделяющегося в каркасе и у основания про­ тектора, брекерная смесь должна обладать хорошей теплопровод­ ностью. Теплообразование в брекерных резинах должно быть ми­ нимальным при многократных деформациях, они должны хорошо сопротивляться старению, иметь высокую усталостную прочность при многократных деформациях и высокую теплостойкость, так как брекер работает при высоких температурах (60—120°С).

Брекерные резины (покрышки) подвергают тем же испытаниям, что и протекторные, за исключением испытаний на износостойкость, и сопротивление образованию трещин. Важнейшим показателем для брекерных резин является выносливость при многократных деформациях сдвига *.

Каркасные резины

Каркасные (обкладочные) резиновые смеси используются для обрезинивания и обкладки корда. В результате гистерезисных по­ терь при деформации шины в каркасе выделяется значительное количество тепла. Поэтому каркасные смеси должны быть тепло­ стойкими, очень эластичными, иметь хорошее сопротивление ста­ рению и высокую выносливость при многократных деформациях.

* Сопротивление многослойного образца расслаиванию определяется на ма­ шине для расслаивания при многократном изгибе и на разрывной машине при комнатной и повышенной температурах,

221

Обкладочная резина должна обладать высоким сопротивлением раздиру и иметь малые остаточные удлинения в процессе эксплуа­ тации шины. Обкладочную резину подвергают тем же испытаниям, что и брекерную.

Для покрышек с белыми боковинами применяют специальные обкладочные резины, не содержащие веществ, способных мигриро­ вать в боковину и вызывать ее потемнение.

Кроме перечисленных свойств от протекторных, брекерных и каркасных резин требуется высокая прочность связи друг с другом, а от брекерных и каркасных резин, кроме того, хорошая адгезия к корду. Чем выше прочность связи между слоями корда и дета­ лями покрышки, тем лучше эксплуатационные качества шины. По­

Резиновые смеси из синтетических каучуков имеют более низ­ кие показатели прочности связи, чем смеси из натурального кау­ чука. В смеси на основе синтетических каучуков вводят специаль­ ные добавки, повышающие прочность связи между деталями по­ крышки.

Промазочные резины

Промазочные резины, применяемые для обрезинивания тканей, предназначенных для изготовления крыльевых и бортовых усили­ тельных ленточек борта, а также для крепления или подвески крыла, должны обладать достаточной теплостойкостью, хорошо сопротив­ ляться тепловому старению, а главное, — обеспечивать высокую прочность связи резины с тканью.

Промазочные резины испытывают: на сопротивление разрыву; модуль; остаточное и относительное удлинение при комнатной и повышенной температурах до и после старения; сопротивление рас­ слаиванию двух сдублированных полосок на разрывной машине до и после старения; сопротивление расслаиванию образца при мно­ гократных деформациях на изгиб до и после старения.

Промазочные смеси для покрышек с белыми боковинами, так же как и обкладочные, не должны содержать веществ, способных мигрировать в боковину и вызывать ее потемнение.

Резины для изоляции бортовой проволоки крыла

Крыло служит для крепления покрышки на ободе, следова­ тельно, оно должно быть особенно прочным, жестким и вместе с тем упругим и гибким. Поэтому необходимо, чтобы резиновые смеси

122