《轮胎的生产用材料》PPT课件.ppt

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1、轮胎生产用原材料,原辅材料区分,原材料：,是指以材料原来的形态构成成品或在成品内部维持材料特性的配合物。,辅材料：,是指在成品制造过程中不能构成产品实体的材料。,从轮胎断面图看轮胎用材料,3,2,4,1,轮胎用原材料统计,配合体系,硫化体系：含硫化剂、促进剂、活性剂等，使橡胶通过化学交联，形成 立体网状结构，使可塑的粘弹胶料转变为可使用的高弹硫化胶。,补强填充：保证胶料具有要求的力学性能，改善加工工艺并降低成本。,防护体系：提高硫化胶的耐老化性能，对各类型的老化起防护作用，在 一定程度上延长了制品的使用寿命。,软化增塑：改善加工性、耐寒性，也可降低成本。,主体材料：是决定硫化胶使用性能及工艺性

2、能的主要因素。,骨架材料,胎圈钢丝,纤维织物类：尼龙6、尼龙66、聚脂类、人造丝、芳纶等。,金属织物类：钢丝帘线，包括有纬及无纬两种，常用到的为无纬钢丝帘 线，按帘线的构成上分，又有OC、CC、普通分类，按强度上分又 有普强（NT）、高强（HT）、超高强（UT）等。,作为轮胎受力的主要部位胎圈的主体，直径及强度不同有不同的分类。,1 主体材料2 补强填充3 硫化体系4 防护体系,5 增塑软化6 配合其它7 骨架材料8 胎圈钢丝,CONTENTS,6,一 主体材料,NR,SBR,BR,IIR,主体材料就是橡胶及其它高分子材料，决定了制品的性能与用途。我公司主要使用橡胶材料。,天然橡胶(NR)天然

3、橡胶是指从自然界中获得的，主要的采集对象是巴西橡胶树！NR的主要生产国：泰国、马来西亚、印度尼西亚、中国、印度等，NR的种类：烟片胶、颗粒胶(标准胶)、恒粘或低粘等特殊天然胶等。我公司现用NR有RSS#3(烟片)，STR10#、STR20#、SCR5#(标准)，SMR_L(低粘类)。,主体材料介绍NR,NR相关性质,NR大分子链结构单元是异戊二烯，其它基团位于末端或支链中。非橡胶类物质占总量的5%-8%，为蛋白质、水/灰份、丙酮抽出物。忽略此类相关，NR的结构式可认为是：,NR的使用特点：,合成橡胶(SR)：合成橡胶是人们采用化学加工方法由相关单体制作的具有橡胶特征的高弹性聚合物材料。如SBR

4、是由丁二烯与苯乙烯经化合而成的高弹聚合体。常见的SR有：异戊橡胶(IR)、丁苯橡胶(SBR)、顺丁橡胶(BR)、丁基或卤化丁基橡胶(IIR、X-IIR)、乙丙橡胶(EPM、EPDM)等。其中各不同种类又有不同牌号的商品。公司用：SBR1712、SBR1500、SBR1721、SBR1502、BR9000、IR、EPDM、Br_IIR等。,主体材料介绍SR,SBR（丁苯胶料）简介,1）丁苯胶是世界产量、用量最大的合成胶，且70%用于轮胎制造业。2）SBR单体为丁二烯（C=C-C=C）、苯乙烯（）。3）在正常的SBR中，苯乙烯含量为23.5%(重量%)，摩尔比为1：6。4）按聚合方法分类，SBR有

5、乳液聚合(E-SBR)、溶液聚合(S-SBR)。5）SBR较NR耐磨耗、湿地抓着力高，但生热高，加工困难。6）溶聚较乳聚有较低的滚动阻力，高的抗湿滑性及良好的综合性能。,SBR的基本情况,SBR：Styrene-Butadiene Rubber,SBR的分类区分,BR的简单介绍,BR：poly Butadiene Rubber，高顺式聚丁二烯橡胶。,轮胎行业主要使用高顺式的聚丁二烯橡胶。,BR的特点及使用,BR因为其分子链不含侧基，分子链的柔性好，所以具有以下特点：,1）良好的弹性和优异的耐寒性，很低的玻璃化温度。2）耐磨耗性好，耐老化性能好，但老化后变硬且易崩花。3）动态生热低，但湿动抓着力

6、不好。4）耐曲挠性良好，但抗刺穿性不佳。,在轮胎行业BR的使用：,1）S/W部，与NR并用，以改善耐曲挠、耐O3老化性能。2）T/D部，与NR/SBR并用，增加胶料的耐磨耗性，保持良好的 热稳定性及低的行驶温度。,IIR的简单介绍,IIR：丁基橡胶，异丁烯橡胶。由异丁烯与少量异戊二烯聚合。前者是主体材料，后者是用于提供可交联的双键。IIR具有高饱合度。,H_IIR的简单介绍,H_IIR：卤化丁基橡胶，包括氯化、溴化。目的：1）提高硫化速度；2）提高与不饱和橡胶的相溶性。3）改善自粘性和与其它材料的互粘性；4）氯化的含氯量为1.1%1.3%，溴化的含溴量约为2%。,IIR、H_IIR的特点及应用

7、,1）优良的化学稳定性、耐水性、耐油性及绝缘性。2）低的弹性及优良的阻尼性。3）优异的气密性（低的气压损失率）。,IIR、H_IIR的特点,IIR、H_IIR的应用,1）轮胎行业：气密层(I/L)、内胎(tube)、胶囊(bladder)。2）卫生行业：医药用容器塞、防护面具、食品用包装袋、3）工业行业：桥梁支承/铁路减震垫、油槽衬里、传送带和油管。,17,二 补强与填充体系,总述,C/B,SILICA,惰性填充剂,补强填充体系介绍总述,未补强的纯胎面胶的磨耗寿命不足5000公里，加入50份适宜的C/B后，磨耗寿命可提高10倍。对于SBR与BR来说，经C/B补强后，强度也可以提高10倍左右。,

8、活性填充剂：加入胶料中能提高硫化胶的耐磨耗、模量、抗张强度等性能，同时起到降低成本的作用，如炭黑、白炭黑等；惰性填充剂：加入胶料中补强作用很弱，但基本上不影响胶料性能，并降低胶料成本、改善加工工艺，如陶土、CaCO3等。,对填料(填充剂)的一个常用但不精确的分类,生胶为什么要进行补强？,C/B介绍,C/B是烃类不完全燃烧或热解制得的具有高度分散性的黑色粉末状的物质，主要由元素C组成。,炭黑按制法的分类：,现在轮胎行业使用的C/B主要是炉法C/B。,现在通用的分类方法是ASTM分类方法！,C/B的分类ASTM法,“S”代表硫化速度慢的酸性槽黑和预氧化炉黑，“N”代表正常硫化速度的中性和碱性炉黑和

9、热裂法炭黑。,第一个数字代表C/B粒径范围，从表中可以看出；第二、三个数字是任意给定的，表明此种C/B的个性。,炭黑的性质及用量对胶料的影响,影响炭黑的性质的因素：粒径(比表面积)与C/B的结构性,轮胎行业常用C/B名称统计,我公司现采用的及其它常见C/B统计,白炭黑的简介,白炭黑：拥有一定的补强性的一种白色的无机填加剂。使用演变：Rx(SiO3)y(1957年以前)SiO2 nH2O,20世纪90年代初，米其林通过用高分散性白炭黑替代胎面胶中的炭黑创立了低滚动阻力的概念，使节省燃油成为现实，“绿色轮胎”由此产生。为白炭黑的应用开辟了新的天地。,Green Tire,Silica,Silica

10、补强在轮胎中的使用及效果,Tread部位：-低滚动阻力，高制动性。-抗剥离性增加，抗切割性好。,C/C、Belt部位：-粘着性增加。,1）轮胎滚动阻力降低，燃料消耗减少；2）防滑性能和安全性能提高。,I/L部位：-与BIIR使用 透气性增加,采用改性剂以调节性能,白炭黑使用不利点及解决方案,当今的世界橡胶行业，改善白炭黑的性能主要以偶联剂为主，而在偶联剂中又以硅烷偶联剂占用量最大。在硅烷偶联剂中，公司所采用的是TESPT(Si-69)四硫化双(三乙氧基丙基)硅烷,偶联剂,聚合物+偶联剂+白炭黑工作原理,此反应强烈依赖于温度的高低,惰性填充剂的使用,1 使用目的：1）改善加工性。如减少胶料形变，

11、增加压出物表面平坦性等。2）降低成本。使用后，容积单价与重量单价均大幅下降。,2 使用类型：1）硅酸盐类。如陶土、高岭土。2）碳酸盐类。如碳酸钙。,3 其它情况：1）即使是惰性填充剂，依然有一定的补强性。2）在表面活性化以后，补强性能有很大的提高。3）惰性与活性是相对的。活性陶土对NR有补强，但对CR无效。,28,三 硫化体系,总述,硫化剂,促进剂,活化剂,预硫化防止及其它,硫化及相关配合剂,硫化：线性大分子通过化学反应，形成立体网状交联结构的过程。此 过程使稳定了制品的形状，也提高了制品的性能。如果不经过化学交联，橡胶线性大分子就算是经过了补强也没有实用价值，重要的性能如磨耗、强度均是经过硫

12、化反应后才体现的。,一个完整的硫化体系包括以下几种配合剂,必须,硫化进行的历史,硫化剂的使用,橡胶用硫化剂的品种类型不断增加：1）天然及二烯类合成胶：硫、碲、硒、含S化合物等；2）饱和度大及特种胶：过氧化物、醌或胺类、树脂、金属氧化物等。但现阶段S仍然是硫化剂的首选！,正常使用的S有二种：硫磺粉(Sulfur)、不溶性硫磺(Insoluble Sulfur),硫磺粉,充油不溶性硫磺,硫磺粉(Sulfur)：黄色固体，将硫化物矿石熔炼后经120冷却结晶后粉碎筛选而成。硫磺粉在胶料中可溶，且溶解度随温度升而高。所以当温度降低或使用量超出溶解极限时，会喷出胶料表面，严重影响粘性及加工性！使用：正常S

13、用量及低粘合要求的胶料均可使用！,不溶性硫磺(In_Sulfur)又称弹性硫磺，是结晶S加热熔融后在室温下急冷而制得。所以其价格较S是极其的高！使用：此类S不可溶于橡胶中。所以可防止喷霜并保证半制品的加工性能！所以在重要的和高S用量的胶料均使用不溶性硫磺！缺点：不稳定，在105 下立刻转化为普通S！解决：在尽可能低的温度下，尽可能短的时间内进行加硫混炼！,硫磺的常用品种,促进剂的使用,由硫化进行历史中可知，促进剂是硫化体系是必不可少的物质！,促进剂使用历史上有无机与有机促进剂，无机使用早，但效果差，硫化胶性能也差！现使用及研究的促进剂均为有机类促进剂！,类别促进剂性能简介,现公司混炼工程用促进

14、剂,活性剂使用目的与现况,活性剂又称助促进剂，作用是提高促进剂的活性！现在的几乎所有的促进剂都必须在活性剂的存在的条件下才能充分发挥其促进效能！,1）现用活性剂均为ZnO与硬脂酸(十八链烷一元酸)并用！,2）ZnO在NR中作补强剂，IIR及CR中作硫化剂又起热稳定作用！3）S/A在配合中也可起软化剂作用！促进C/B的分散！,活性剂的作用,预硫化防止,预硫化防止就是防焦！起焦烧防止作用的物质为防焦剂！所谓焦烧，就是指在加工过程中，胶料出现的早期硫化现象！防焦剂使用的作用是提高胶料加工操作过程的安全性。目前最常用且效果最佳的防焦剂是CTP(PVI)！,PVI用量对t5的影响！,PVI用量对强度的影

15、响！,38,四 防护体系,老化,老化防止,公司现用防护剂,老化：橡胶制品在贮存与使用中，发生其主要物理机械性能随时间下降的现象！随着老化进行，制品性能会完全丧失使用价值！影响老化的外界因素,老化基本概念,老化的内部原因：高分子材料分子结构变化！,作为轮胎来讲，S/W是老化最严重的部位！,1）疲劳老化；2）热氧老化；3）光氧老化；,4）臭氧老化；5）介质老化；,各老化发生频率：2413,老化防止,老化是不可逆化学反应过程，因此必须在制品中加入称为防老剂的某些化学物质来提高其对抵抗老化破坏作用的能力！以期延缓或抑制老化过程，从而延长制品的贮存期和使用寿命！,现所有的防护方法可以分为两类：1）物理防

16、护法：避免橡胶与老化因素相互作用，如共混，表面处理。2）化学防护法：加入老化反应阻止或延缓剂通过化学反应进行防护。防老剂亦分为：,现常用防老剂统计,常用防老剂使用性能,表示优秀；,表示良好；,表示一般；,表示较差；,江苏工厂现用为4020与RD,43,五 增塑与软化,为什么要软化或增塑,操作油,增塑剂,软化与增塑,1.橡胶的加工必须具备一定的可塑度！为提高其塑性，有以下方法：,1）加热。以增加分子间隙或使结晶聚合物熔融。2）内部增塑。在聚合物分子链中加入另一单体，以增加塑性。3）塑炼。降低分子量提高可塑性。塑解剂便是此方法的配合剂。4）添加增塑剂。此法最方便、最简单且最有效果！,增塑剂为能提高

17、橡胶和胶料变形性能的配合剂，多为合成物质。软化剂是增塑剂的一种，多为油类。现两者已统称为增塑剂！塑解剂是通过化学反应，将橡胶大分子断链，降低分子量。,2.橡胶加工中常用到的增塑配合剂：,增塑配合剂作用与常用分类,1）降低胶料粘度，增加可塑性；2）改善加工性能，促进配合剂特别是C/B的分散；3）改善胶料的耐寒性、低温屈挠性及伸长率等；4）调整胶料的成本，如操作油的加入。,1.增塑配合剂使用的作用：,2.增塑配合剂常用的类别：,1）石油系增塑剂；2）煤焦油系增塑剂；3）松油及脂肪油系增塑剂；4）合成增塑剂。,物理增塑剂,化学塑解剂,A86KA9179等商品化配合剂,操作油,1.操作油为石油系增塑剂

18、，是石油的高沸点馏分，是烃类化合物。,轮胎行业使用的操作油主要有以下三种：,Aromatic Oil,Paraffinic Oil,Naphthenic Oil,操作油的使用,三类操作油的特性与区分统计：,HK现基本使用A#2，I/L及部分要求低生热的胶料使用N#2！,HK增塑性树脂的使用现状,49,六 其它配合物,粘接剂,特殊作用的配合剂,金属粘接剂的使用,金属骨架材料使用多，因此与胶料的粘合及老化便成为大问题。现用方法为向配合体系中加入金属粘接剂。,金属粘接体系的使用：,1）钴盐体系：环烷酸钴、硼改性新癸酸钴盐等。2）间甲白体系：间苯二酚(接受体)+甲基给予体+白炭黑。3）两者同时使用的增

19、粘体系。,HK现用为钴盐粘合体系！,特殊作用的配合剂,在橡胶行业中，有一些特殊用途的配合物：,1）阻燃；2）导电；3）磁性；4）透明；5）着色；,6）发泡；7）味道；8）特种介质；9）吸水；-其它,52,七 骨架材料,骨架材料的作用,骨架材料的几个基本概念,纤维织物骨架材料类使用,钢丝帘线骨架材料使用,构成轮胎的材料分两大类：一类是橡胶和配合剂，另一类是骨架材料。,骨架材料,1）给予外胎足够的强度，支撑胎体；2）承受车辆对轮胎的负荷（静、动态的）；3）限制轮胎使用变形。,骨架材料作用：,骨架材料种类：,1）纤维织物类：尼龙6(66)、聚脂、芳纶、维纶、人造丝！,2）金属织物类：钢丝帘线。,在轮

20、胎中，骨架材料约占总重量的10%15%。,骨架材料的几个概念,1）D：旦(Denier)，单位长度(9000m)的纤维或纱线所具有的重量。2）EPI：Ends per Inch，每英寸的帘线根数，帘线稀或密的表征。,1,2,关于捻的问题,1）捻度：单位长度的捻回数，常用为10cm；2）初捻：单股帘线的加捻，多为Z捻；3）复捻：股线的加捻，多为S捻；4）捻向：帘线加捻的方向，S下上(左右)，相反则为Z向。,Z,S,钢丝帘线的几个概念,(NF)D+(NF)D+(NF)D 这 N:股数,F:每股的帘线数,D:单丝的帘线直径(mm)。,(13)0.22+(19)0.22+(115)0.22+(11)0

21、.15 3+9+15(0.22)+w,纤维织物骨架的使用,钢丝帘线(Steel Cord)的使用,1 S/C在HK的使用,2 S/C中的常见术语解释,1）HT：高强度，同样有NT(普通强度)、UT(超高强)。2）OC：开放型帘线，同样CC密集型帘线，一般是捻制型帘线。,58,八 胎圈钢丝,作用,使用,胎圈在轮胎中的作用及BEAD形状,功 能1）承受外胎与轮辋的各种相互作用力；2）承担把Tire固定在Rim上,把来自车辆的驱动,制动,调节方向等,通过Rim-Bead-Side-Tread-传达到路面；3）确保车辆的驱动,制动,操纵安全性等性能；4）承担C/C形变对轮胎的作用力。,HK现胎圈钢丝的使用,61,参考资料,1）现代橡胶工艺学，杨清芝 主编。2）橡胶加工工艺，陈耀诞 主编。3）橡胶工业手册，第一、二、三分册。4）轮胎生产工艺技术与质量验收标准规范实务全书，李波 主编。5）Exxon&Mobil技术手册，IIR及H_IIR技术研讨会，2003年09月。6）申华化学工业有限公司技术手册，E-SBR相关。7）韩泰轮胎R&D中心资料，关于SILICA与CORD相关。,62,真 诚 的 感 谢 大 家！Thanks a lot！,