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

для изоляции бортовой проволоки удовлетворяли всем требова­ ниям, предъявляемым к крылу. Кроме того, смесь должна прочно соединять проволоки друг с другом, давать хорошее сцепление резины с металлом и с резиной, которой промазана или обложена оберточная ленточка крыла.

Обычно для изоляции проволоки применяют смесь с повышен­ ным содержанием серы, но иногда жесткость резины увеличивают, вводя в нее специальные вещества. Смесь должна быть теплостой­ кой и хорошо сопротивляться старению.

Смеси для изоляции проволоки подвергают испытаниям: на прочность связи с металлом; прочность сцепления с промазанной тканыо, твердость, упругий отскок (по методу Шоба).

Резины для наполнения крыла

Для наполнения крыла применяют либо протекторные, либо изоляционные смеси. Целесообразнее использовать протекторную смесь, так как она дает более прочную связь с тканевыми ленточ­ ками обертки и подвески крыла. Иногда для наполнения крыла применяют резину, содержащую молотые отходы корда.

Резины для вулканизационных диафрагм

Диафрагмы работают при высоких температурах и подвержены ускоренному тепловому старению. Кроме того, при закладке и вы­ емке из покрышек диафрагмы испытывают значительные механи­ ческие воздействия. Поэтому резины для диафрагм должны обла­ дать большой прочностью на разрыв и раздир при высоких тем­ пературах, хорошим сопротивлением тепловому и кислородному старению при температурах вулканизации и быть достаточно эла­ стичными.

' Для изготовления диафрагм рекомендуется использовать спе­ циальные смеси на основе бутилкаучука или других специальных каучуков.

Особые требования, предъявляемые к резиновым смесям для радиальных покрышек

При составлении рецептуры резиновых смесей для радиальных покрышек следует учитывать особенности их работы. Главным об­ разом это касается протекторных, брекерных и каркасных резин, а также смесей для боковин и дополнительных деталей.

Необходимо отметить, что срок службы протекторных резин и резин для боковин радиальной покрышки в 2 раз больше, чем диагональной.

Протекторные резины для покрышек типа Р должны иметь хо­ рошее сопротивление износу и старению, более высокую адгезию к боковине и каркасу, повышенную клейкость в процессе сборки.

123

Резины для боковин радиальных покрышек работают в более тяжелых условиях (при больших деформациях), чем резины для боковин диагональных покрышек. Невулканизованные заготовки должны обладать хорошей клейкостью и повышенной адгезией к

протектору и каркасу.

Каркасные резины в радиальных покрышках испытывают боль­ шие деформации и работают в более тяжелых условиях, чем в диа­ гональных покрышках. Они должны обладать хорошими когезион­ ными свойствами, чтобы предотвращать деформирование слоев корда при сборке покрышек, и давать прочную связь с протекто­ ром, ■боковинами и металлокордом, особенно с его разрезанным концом.

Брекерные резины для радиальных шин должны иметь хоро­ шую адгезию к металлокорду, к каркасу и протектору, повышенную стойкость к многократным деформациям. Жесткое крепление кон­ цов брекера в покрышке способствует уменьшению отслоения корда от резины в плечевой зоне брекера. Поэтому под кромки слоя брекера рекомендуется накладывать’ленточки из специальной мягкой низкомодульной резины, которые поглощают энергию дви­ жения плечевой зоны брекера и уменьшают опасность его рас­ слоения.

Резины для усиления боковин в бортовой части. Зона перехода от крыла к гибкой боковине радиальных покрышек является кри­ тической и во многом определяет срок службы покрышек типа Р. Для усиления бортовой части этих покрышек применяют профиль­ ные детали для заполнения крыла и усиления боковины в бортовой части, а также специальную бортовую резиновую ленту, предотвра­ щающую разрушение боковины при соприкосновении ее с закраи­ ной обода. Следовательно, резиновая смесь должна быть жесткой и в то же время обладать хорошими адгезионными свойствами, низкой текучестью в сыром состоянии, хорошей растекаемостью при вулканизации и клейкостью.

Резины для автокамер

Автокамеры работают при сравнительно высоких температурах. К резинам, используемым для изготовления камер, предъявляют следующие требования: они должны быть газонепроницаемыми и эластичными; иметь в процессе эксплуатации небольшие остаточ­ ные удлинения, хорошее сопротивление раздиру, высокую стойкость к тепловому старению и теплостойкость.

Камерные смеси для грузовых и для легковых камер изготавли­ ваются по разным рецептурам. Резины подвергают испытаниям: на сопротивление разрыву и раздиру; модуль; остаточное и отно­ сительное удлинение при комнатной и повышенной температурах (100°С) до и после старения; теплообразование при многократных деформациях до и после старения; упругий отскок (по методу Шора) до и после старения; сопротивление растрескиванию при комнатной И повышенной температурах; газонепроницаемость,

124

Резиновые смеси в процессе обработки — смешения, шприцева­ ния, каландрования и при хранении не должны преждевременно подвулканизовываться, так как это затруднит их дальнейшую пере­ работку. Проблема предохранения смесей от скорчинга приобретает особое значение в связи с интенсификацией процессов переработки каучука. Особенно велика опасность скорчинга для протекторных и камерных смесей, так как эти смеси в виде обрезков многократно возвращаются на подогревательные вальцы. Поэтому при состав­ лении рецептуры этих резин необходимо предусматривать введение соответствующих добавок, предотвращающих скорчинг.

Протекторные смеси, должны легко шприцеваться без подвул­ канизации их в головке червячного пресса и образовывать гладкие поверхности. Следует принимать меры для устранения выцветания серы на поверхность заготовок; это особенно важно для протектор­ ных смесей (лент). Важно также обеспечитц равномерную усадку, лент в процессе их вылежки и при охлаждении холодной водой до

30—35 °С.

При оценке технологических свойств (шприцуемости) протек­ торных смесей в производственных условиях образцы одной и той же смеси, полученной различными способами, шприцуют через стандартный мундштук, устанавливают наличие разрывов по краям и шероховатость поверхности ленты, температуру смеси при шпри­ цевании и процент годных протекторов.

Каркасные, брекерные и промазочные смеси должны легко каландроваться при минимальных температурах валков каландра, а полученные заготовки иметь гладкую, но достаточно клейкую по­ верхность, т. е. обладать хорошими адгезионными свойствами к корду и другим текстильным тканям, давать прочную связь между деталями покрышки при их сборке, но не прилипать к прокладоч­ ной ткани. После охлаждения каландрованных обрезиненных или промазанных тканей на холодильных барабанах и при их хране­ нии не должно наблюдаться выцветания серы.

Обкладочные и брекерные смеси должны быть достаточно мяг­ кими и пластичными, легко проникать между нитями корда и да­ вать хорошую прессовку резины на ткань, иметь достаточную коге­ зионную прочность, чтобы при раскрое и сборке браслетов и покры­ шек не происходило разрежения нитей корда. Эти смеси должны также хорошо держаться на валке каландра.

Показатель пластичности может характеризовать поведение смеси при каландровании, если смесь предварительно опробована на каландре и найдены оптимальные условия каландрования (тем­ пература и скорость валков), при которых получается наилучшая прессовка резины на корд. При недостаточной пластичности брекерных смесей происходит их подвулканизация в процессе обра­ ботки, а также при остановках каландра. Кроме того, возможен скорчинг кромок резины, которые долгое время находятся на го­ рячих валках.

Смесь для изоляции крыла должна быть мягкой, легко выдав­ ливаться прессом и хорошо покрывать поверхность проволоки, изо-

!26

Лйруя каждую проволоку в отдельности. От изоляционной смеси требуются клейкость и когезионная прочность, чтобы склеить от­ дельные проволоки друг с другом в одно монолитное достаточно прочное кольцо, способное выдержать обработку; к его поверхности должна хорошо приклеиваться оберточная ткань.

Смеси для камер должны легко выдавливаться червячным прес­ сом без малейшей подвулканизации, а полученные заготовки — иметь гладкую и достаточно клейкую поверхность, обеспечиваю­ щую прочную связь с резиновой пяткой вентиля, хорошо стыко­ ваться и не давать пролежней при хранении. Сырая невулканизованная камера не должна сильно тянуться и обвисать при поддувке на шаблонах.

Смеси для изготовления герметизирующего слоя бескамерных шин должны хорошо (без пузырей) каландроваться или выдавли­ ваться червячным прессом, образуя плотные монолитные листы, и иметь высокую адгезию к слоям корда.

Смеси для вулканизационных диафрагм должны обладать хо­ рошей растекаемостью, так как диафрагмы изготавливаются литьем под давлением.

МЕТОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ СОСТАВЛЕНИИ ШИННЫХ СМЕСЕЙ

При составлении рецептур резиновых смесей для шин исходят из общепринятых методик, применяемых в резиновой промышлен­ ности. Теория составления резиновых смесей недостаточно разра­ ботана, и еще невозможно по заданным показателям рассчитать оптимальный состав смеси. В результате многолетних опытов по изучению свойств каучуков и влияния ингредиентов в различных дозировках была разработана методика составления рецептур ре­ зиновых смесей.

На шинных заводах принято 4 варианта записи рецептур рези­ новой смеси: в вес. ч. на 100 вес, ч. каучука, в вес.%, в объемн.%, в вес. количествах, соответствующих загрузочной емкости смеси­ тельного оборудования.

При составлении рецепта за основу принимают базовый рецепт для данного вида каучука, т. е. рецепт, содержащий эластомер, вулканизующие вещества, активаторы и антиоксиданты.

Для придания необходимых физико-механических и технологи­ ческих * свойств резиновой смеси в базовый рецепт вводят различ­ ные ингредиенты, оптимальные дозировки которых определяют при испытании свойств вулканизатов с различным содержанием каж­ дого из исследуемых компонентов. Ранее последовательно изготав­ ливали и испытывали смеси при изменении дозировок серы, уско­ рителей, сажи, мягчителей, модификаторов и других ингредиентов. При этом одновременно изменяли дозировки только одного компо­ нента. При такой методике было необходимо изготовить и испытать

* Требуемые технологические свойства можно придать смесям введением пла­ стификаторов, модификаторов и замедлителей подвулканизации,

127

большое число резиновых смесей. Например, чтобы установить до­ зировки для пяти ингредиентов (две дозировки у двух ингредиен­ тов и три у трех), нужно было изготовить и испытать, 108 смесей.

В последние годы при составлении рецептур широко приме­ няются статистические методы исследования, которые дают возмож­ ность одновременно определять дозировки нескольких ингредиен­

тов.

Экспериментальные работы на основе статистических методов заключаются в следующем: на основании теории планирования экс­ перимента исследователь с помощью специалиста-математика оп­ ределяет минимальное число экспериментальных смесей, которые необходимо испытать; число экспериментов определяют по так на­ зываемой методике ортогонального планирования эксперимента (число требуемых экспериментов при двух переменных равно 9, при трех— 15, при четырех — 25). В среднем число экспериментов по сравнению с необходимым согласно старым методикам умень­ шается в 3 раза. Так, при нахождении 5 переменных необходимо изготовить и испытать только 36 смесей, вместо 108. Уменьшение числа экспериментов, по данным Кристенсона, Гунтера и Уолкера *, сокращает стоимость экспериментальных работ на 56% и эконо­ мит 6 6 % времени.

Для выражения отношения между всеми изучаемыми факторами строится математическая модель.

Обычно в качестве модели пользуются многочленом второй сте­ пени— квадратичным уравнением регрессии. При четырех пере­ менных уравнение имеет следующий вид:

Ya = В0 ВiXi + В2Х2 + В3Х3 + В4Х4 4- Bxlxf + В22Х2 " Ь В3зХ\ + £44X4 +

+ В 12Х хХ2 + В 13Х хХз + В н Х хХ4 + В33Х2Х3 + B2iX2X4 + В34Х3Х4

где Хи Х3, Хз, Xi — значения заданных дозировок (серы, ускорителя, сажи, мяг­ чителя); Во, В 1, В2, В3, В4 и т. д. — коэффициенты, определяемые из уравнений, построенных по результатам испытания опытных смесей; У„, Yь, Yc и т. д .— значения условных показателей изучаемых свойств (прочность, модуль, раздир, удлинение, стоимость, износ и др.), получаемых в результате эксперимента.

Зная значения коэффициента В, с помощью уравнений регрес­ сии можно определять значения показателей для любых дозиро­ вок исследуемых материалов, строить контурные графики, пока: зывающие соотношения компонентов по заданным свойствам, со­ ставлять рецепты по заданным физико-механическим показателям и в том числе при заданной стоимости смесей.

Используя данные решения уравнений регрессии, можно опре­

делять оптимальные рецептуры по качественным и стоимостным показателям.

Ряд исследователей-резинщиков НИИ шинной промышленности (Буйко, Шварц, Гуревич и др.) совместно со специалистами-мате-

Rubb. J. August, 1970, р. 41.

128

матиками НИИСчетмаша разработали методику составления ре­ цептуры шинных резиновых смесей с помощью аналоговой вычис­ лительной машины «Полимер»; в машину вводили эксперименталь­ ные данные и по шкалам приборов рассчитывали значения пока­ зателей исследуемых свойств. Ввод задачи в машину и процесс решения требует 1—2 человеко-дня. Эти сроки в 4—5 раз ниже затрат времени на проведение экспериментальных работ. С по­ мощью специальной приставки машина также может определять оптимальные рецептуры по заданным свойствам*.

осциллографа.

' В машину вводятся данные, полученные экспериментально на основании планирования эксперимента, и она, сравнивая несколько миллионов комбинаций из этих данных, в результате отбирает 3— 4 наиболее оптимальных рецепта.

Нахождение рецептур с оптимальными качественными показа­ телями резин при их минимальной стоимости дает большую эко­ номию. Следует ожидать, что в ближайшее время сложная работа по составлению рецептур с оптимальными заданными свойствами на всех заводах будет выполняться только с помощью математи­ ческих методов и с использованием электронно-вычислительных и аналоговых машин.

ТИПОВАЯ РЕЦЕПТУРА ОСНОВНЫХ ШИННЫХ РЕЗИН

Протекторные резины. Типовая рецептура протекторных сме­ сей из натурального и синтетических каучуков приведена в табл. 6.2.

Оптимальные свойства протекторных смесей достигаются при использовании двух или трех каучуков и комбинации нескольких ускорителей. В основном применяют сульфенамидные ускорители с небольшими добавками дифенилгуанидина или тиурама, соответ­ ственно 0,25 или 0,1% от массы основного ускорителя.

При изготовлении двухслойного протектора верхний (беговой) слой изготавливают из смеси с большим содержанием сажи, при­ дающей резинам высокое сопротивление износу (истиранию), а нижний — из резины с меньшим количеством сажи, обладающей большей эластичностью. Ряд зарубежных фирм выпускает грузо­ вые покрышки с двухслойным протектором, резина беговой части

I * Подробные данные о планировании экспериментов и методиках машинного расчета можно найти в методических пособиях НИИШП и НИИСчетмаша, а также в специальной литературе.

которых содержит 45 вес. ч. СКД и 55 вес. ч. БСК, а подканавойного слоя — 45 вес. ч. СКД, 45 вес. ч. НК и 10 вес. ч. БСК-

Протекторные смеси для шин малых и больших размеров раз­ личаются типом каучука, ускорителями (типом ускорителей вул­ канизации и их дозировкой) и степенью наполнения сажей. В не­ которые протекторные смеси для уменьшения расхода каучука и снижения стоимости смеси добавляют небольшие количества ре­ генерата. Протекторные смеси для радиальных шин в отличие от смесей для диагональных содержат больше сажи, масел, серы, антиутомителей и антиозонантов.

За рубежом в протекторные резины для крупногабаритных шин, работающих в карьерах и на лесозаготовках, добавляют мелко нарезанные кусочки латунированной тонкой проволоки или пропитанного стеклянного волокна. Резиновые прослойки с таким наполнением располагаются в подканавочном-слое и пред*

130

охраняют шину от порезов острыми кусками руды, породы или сучьями.

Для защиты протектора от действия озона и солнечного света в смеси наряду с химическими вводят физические противостарители (мелкокристаллический воск, парафин и др.)*.

Для снижения стоимости автопокрышки при сохранении ее ка­ чества протекторы иногда изготавливаются из одной резины, а бо­ ковины из другой, более дешевой.

Резины для боковин. В рецептуре смесей для боковин в отли­ чие от рецептур протекторных смесей износостойкая сажа ча­ стично заменена более мягкой, применяется регенерат, увеличи­ ваются дозировки антиоксидантов и антиозонантов или вводятся более активные вещества.

При составлении рецептур резиновых смесей для боковин под­ бирают такие комбинации каучуков и саж, которые обеспечивают хорошее сопротивление резин многократным деформациям; увели­ чивают дозировки противостарителей, противоутомителей, антиозо­ нантов или применяют более сильно действующие вещества.

В США для изготовления белых боковин применяется комби­ нированная смесь примерно следующего состава (в вес. ч.):

Рецептуры смесей для белых боковин шйн типа Р отличаются от рецептур для боковин диагональных шин тем, что в их состав входят хлоропреновый и этиленпропиленовый каучуки.

В связи с интенсификацией режимов вулканизации путем по­ вышения температуры форм сверх 160°С возникла необходимость изменить состав рецептуры протекторных резин, чтобы избежать реверсии, возникающей при таких температурах. Снизить ревер­ сию при повышении температуры вулканизации возможно, если одновременно уменьшить содержание серы и увеличить содержа­ ние ускорителей в вулканизующей системе либо применить ускори­ тели, обеспечивающие вулканизацию с меньшей степенью сульфидности, или бессерные вулканизующие системы на основе алкилфенолоформальдегидных смол с добавками гексахлор-л-фенола. Как показали исследования, проведенные в НИИШП, смоляные, а также комбинированные смоляные серносульфенамидные си­ стемы обеспечивают вулканизацию при температурах 175—190°С без существенного ухудшения свойств резин.

Брекерные резины. В СССР брекерные резины получают глав­ ным образом на основе полиизопреновых и полибутадиеновых кау­ чуков. Типовая рецептура брекерных резин приведена в табл. 6.3.

* Для сельскохозяйственных шин в смеси рекомендуется вводить 10—15 вес. ч. озоностойких каучуков (найрит или СКЭПТ).

Применение БСК в брекерных смесях лимитируется высоким теплообразованием при динамических нагрузках, что ограничивает применение БСК в резинах для брекеров грузовых шин. С появ­ лением более эластичных СК, таких, как СКИ и СКД, БСК начал вытесняться из рецептур брекерных смесей.

Для повышения клейкости к сырым брекерным смесям с ма­ лым содержанием НК рекомендуется добавлять р.убрезин, кани­ фоль, смолы. Для улучшения их связи с кордом обычно применяют модификаторы — резотропин или РУ-1 в сочетании с окисью крем­ ния, для повышения когезии — полиэтилен низкого давления и др.

Резины для шин радиального типа должны быть более стой­ кими к многократным деформациям; это достигается подбором каучуков, саж и увеличением содержания серы и антиутомителей. Кроме того, в них рекомендуется добавлять соли кобальта или модификаторы;, подобно солям кобальта, они увеличивают адге­ зию резины к металлокорду, особенно к разрезанным кромкам, торцы которых не покрыты латунью. Чтобы уменьшить подвиж­ ность брекера в плечевой зоне, рекомендуется применять более

жесткие брекерные смеси. Жесткость смесей можно повысить вве­ дением в них смол.

Каркасные резины. Типовая рецептура каркасных (обкладоч-

ных) резин из натурального и синтетических каучуков приведена в табл. 6.4.

132