Шинное производство

 

 

 

    

           2. Обоснование рецептуры резиновой смеси.

 

В проект закладывается  рецепт обкладочной резиновой смеси  шифра МК – 1 для изготовления шин 175/70R13 модели Я – 710, представленный в таблице 2.

 

Таблица  2 – Рецепт резиновой смеси шифра МК – 1.

 

Наименование  каучуков и ингредиентов	Масс. ч. на 100 масс. ч. каучука	Стоимость Ингредиентов (руб. за кг)
СКИ-3	85,71	34,00
СКМС 30 АРКМ-15	14,29	24,00
Сера природная	2,31	8,30
Сульфенамид Ц	1,04	76,00
Белила цинковые	3,81	33,74
Кислота олеиновая	1,90	14,00
Масло ПН-6Ш	18,1	5,53
Гексол ХПИ	0,69	40,80
Битум	2,86	5,20
Канифоль сосновая	0,95	23,80
Защитный воск	2,38	7,50
Диафен ФП	0,48	96,00
Фталевый ангидрид	0,38	11,00
Кислота бензойная	0,19	35,00
Техуглерод N650	47,62	12,45
Техуглерод N339	14,29	14,18
Итого	197,00

 

Обкладочные резины применяют для каркаса и брекера. Они должны обладать высокими прочностью, эластичностью, сопротивлением многократным деформациям, теплостойкостью и  обеспечивать необходимую прочность  связи с кордом. Поэтому в каркасных  резинах используются различные комбинации СКИ-3 с СКМС-30АРКМ-15.    Данная резиновая смесь изготавливается на основе каучуков СКИ-3 и СКМС-30АРКМ в соотношении 85,71/14,29, так как СКИ-3 обеспечивает необходимый комплекс физико-механических свойств каркасных резин.

Каучуки СКИ выпускаются  промышленностью с достаточно высокой  пластичностью, поэтому при изготовлении резиновых смесей не требуется предварительной  пластикации. Каучуки СКИ легко  смешиваются с ингредиентами  и другими каучуками. Смеси, изготовленные  на их основе, легко шприцуются, имеют гладкую глянцевую поверхность и обладают высокой клейкостью.

Каучук СКМС-30АРКМ имеет нерегулярную структуру, поэтому  для получения приемлемых физико-механических показателей резин на его основе в смесь целесообразно добавлять активные наполнители. Использование этого каучука в комбинации с СКИ-3 позволяет обеспечить хорошие технологические свойства резиновых смесей. В состав обкладочной резины каучук СКМС-30 АРКМ-15 добавляют для снижения стоимости.

Поскольку каучуки, составляющие основу резины, являются непредельными, в качестве вулканизующего агента используется природная сера, которая обеспечивает необходимые прочностные свойства резин, высокую эластичность и выносливость при многократных деформациях.       

Вулканизация  осуществляется с использованием серной вулканизующей системы, включающей природную серу, гексол ХПИ в качестве вулканизующего агента, сульфенамид Ц в качестве ускорителя вулканизации, белила цинковые и олеиновую кислоту в качестве активаторов.

В качестве вулканизующего агента используется природная сера,  которая обеспечивает необходимые прочностные свойства резин, высокую эластичность и выносливость при многократных деформациях..

В качестве ускорителя вулканизации используется сульфенамид Ц. Это  эффективный ускоритель с замедленным действием в начале вулканизации. Он придает резинам высокие модули, повышенные сопротивление раздиру и эластичность наряду с хорошей износостойкостью. В данном рецепте С_S.>С_УСК,  - наибольшая степень сульфидности, что в свою очередь обеспечивает высокую прочность и высокую усталостную выносливость, а также хорошую адгезию скордом 21-КНТС-Д.

 

В качестве активаторов  вулканизации применяются белила цинковые и кислота олеиновая. Белила цинковые, выполняя функцию первичного активатора вулканизации, способствуют улучшению физико-механических показателей резин: повышают сопротивление раздиру и прочность, динамическую выносливость резин. Кроме того, белила цинковые несколько сокращают время достижения оптимума вулканизации. Кислота олеиновая – вторичный активатор. Белила цинковые и кислота стеариновая участвуют в образовании так называемого сульфидирующего комплекса, который является действительным агентом вулканизации. Помимо активации процесса вулканизации кислота стеариновая снижает вязкость резиновых смесей, способствует диспергированию наполнителя, улучшает распределение ингредиентов и обрабатываемость резиновых смесей.

 Гексол применяется как модификатор и ускоритель вулканизации. При его введении повышается прочность сцепления между слоями каркаса шин при нормальных и повышенных температурах (образуются С-С связи, что повышает теплостойкость).

В качестве наполнителя  используется техуглерод двух марок: N339 и N650. Техуглерод  N339 является активным, высоко дисперсным техническим углеродом, в большей степени повышающий прочность резин, в данном рецепте вводится небольшое его количество – 14,29 мас.ч. Для получения хорошей адгезии, понижения теплообразования вводится техуглерод N650 в значительно большем количестве по сравнению с техуглеродом N339  - 47,62 мас.ч.

Для облегчения процессов изготовления и переработки  резиновой смеси используют пластификаторы битум хрупкий и канифоль. Кроме  того,  в присутствии канифоли замедляется подвулканизация и  улучшается диспергирование порошкообразных ингредиентов. Добавка канифоли увеличивает клейкость, положительно влияет на эластические и динамические свойства резин.

Диафен ФП является эффективным  антиоксидантом, антиозонантом и  противоутомителем, значительно повышающим выносливость резин в условиях многократных деформаций, хорошо защищает резину от теплового, светоозонного и атмосферного старения.

Защитный воск повышает эффективность действия противостарителей, увеличивая их концентрацию в наружных слоях изделия и повышая стойкость  последних к старению. Улучшает технологические свойства (залипания к оборудованию). Кроме того, сам воск, образуя плотный защитный слой на поверхности резины, препятствует сорбции и диффузии озона и кислорода в резину при длительном хранении.

 

     В  качестве замедлителей подвулканизации используется фталевый ангидрид и бензойная кислота, действие которых состоит в том, что они уменьшают скорость присоединения серы к каучуку.  

 

 

 

Для обрезинивания  текстильного корда 21КНТС-Д каркаса принимаем резиновую смесь МК-1, рецепт которой представлен в таблице 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наименование  каучуков и ингредиентов	Масс. ч. на 100 масс. ч. каучука	Плотность, кг/м3	Масс. доли, %	Объёмные части	Объёмные доли, %
СКИ-3	85,71	920	43,51	0,09	51,72
СКМС 30 АРКМ-15	14,29	940	7,25	0,02	11,40
Сера природная	2,31	2050	1,17	0,001	0,57
Сульфенамид Ц	1,04	1280	0,53	0,0008	0,46
Гексол ХПИ	0,69	1420	0,35	0,0005	0,29
Белила цинковые	3,81	5470	1,93	0,0007	0,40
Кислота олеиновая	1,9	880	0,96	0,002	1,15
Масло ПН-6Ш	18,1	970	9,19	0,02	11,40
Битум	2,86	1000	1,45	0,003	1,71
Канифоль сосновая	0,95	1040	0,48	0,0009	0,52
Защитный воск	2,38	840	1,21	0,003	1,71
Диафен ФП	0,48	1140	0,24	0,0004	0,23
Фталевый ангидрид	0,38	1530	0,19	0,0002	0,11
Кислота бензойная	0,19	1260	0,10	0,0002	0,11
Техуглерод N650	47,62	1810	24,17	0,03	15,23
Техуглерод N339	14,29	1850	7,25	0,008	4,59
Итого	197,00		100,00		100

Таблица 3 – Расчет рецепта резиновой смеси МК-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теоретическая плотность смеси 1134 кг/м³.

Характеристика ингредиентов резиновой смеси МК – 1 приведена в таблице 8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           2.1.  Характеристика сырья и материалов

 

Краткая характеристика каучуков и ингредиентов приведена в таблице 8. Более подробная характеристика сырья и материалов приведена ниже.

 

Синтетический изопреновый каучук СКИ-3(ГОСТ 14925-79)

 

Синтетический изопреновый каучук (СКИ) – полимер  изопрена               

 СН₂=С(СН₃)-СН=СН₂.

Структура повторяющегося звена – СН₂-С(СН₃)=СН-СН₂-.

Неполярный.

Параметр растворимости  при  температуре 25 ⁰С  - 16,2-17,0 (МДж/м³)^1/2.

Кристаллизуется при переохлаждении и растяжении.

Молярный объем  при температуре 25 ⁰С аморфного полимера  - 75,7 см³/моль.

Синтетические изопреновые  каучуки являются аналогами натурального каучука. Это - продукты ионно-координационной полимеризации изопрена. Их получают в растворе в присутствии комплексных (координационных) катализаторов Циглера-Натта, литиевых (литийорганических соединений, например, литийалкилов), редкоземельных катализаторов или металлического лития. Получение изопреновых каучуков с использованием различных каталитических систем включает следующие основные операции (не включая подготовку сырья): приготовление каталитического комплекса; полимеризация изопрена в изопентане; дезактивация катализатора; отмывка катализатора и стабилизация полимера; разложение гидрохлоридов изопрена; нейтрализация кислых стоков; выделение каучука; сушка и упаковка готового продукта.

Синтетические изопреновые  каучуки обозначаются СКИ. В настоящее  время в резиновой промышленности используется каучук СКИ-3, получаемый на катализаторах Циглера-Натта, в котором качестве металла переменной валентности используется титан.

Структура. По содержанию звеньев в той или иной изомерной  форме стереорегулярные изопреновые  каучуки аналогичны натуральному каучуку (табл. 4).

Несмотря на близкое  химическое строение природных и  синтетических полиизопренов, между  ними существуют определенные различия, которые находят отражение в  различии физических и химических свойств. Так, в синтетических полиизопренах отсутствуют некаучуковые вещества (природные белковые  соединения др.), их макромолекулы, содержащие большее количество 3,4-звеньев,  уступают  по  стереорегулярности    макромолекулам НК. В то же время синтетические полиизопрены превосходят природный каучук по чистоте, их состав не зависит от погодных и климатических условий.

Гель-фракция СКИ-3 представляет собой агрегаты отдельных линейных макромолекул. Структурная единица  геля представляет собой расположенное  в центре плотное ядро, являющееся остатком гетерогенного катализатора. К ядру одним концом прикреплены макромолекулы. Количество молекул в одном агрегате колеблется от нескольких десятков до нескольких тысяч. Ввиду большого числа физических зацеплений агрегаты образуют квазистабильную сетку сетку и проявляют формальные признаки поперечносшитых структур, то есть не растворяются в статических условиях и ограниченно набухают в различных растворителях.

Таблица 4 - Характеристика изопреновых каучуков

 

Показатель	Тип катализатора
	комплексный	литиевый
Параметры молекулярной структуры
Содержание  звеньев,  %: 1,4-цис  1,4-транс 3,4 Доля звеньев  аномального строения («голова к  голове», «хвост к хвосту»)	94-97 2-4 1-2   2	91-92 1-2 6-7   3-4
Молекулярная  масса золь-фракции: средневязкостная среднемассовая среднечисловая	(0,55-1)×106	2 500 000 2 750 000 669 000
Коэффициент полидисперсности	2,5-4,0	1,2
Непредельность, % (мол.)	95-98
Массовая доля геля, %	25	0
Массовая доля примесей и целевых добавок, %
Золы	0,5	-
Металлов меди железа титана	0,0001 0,004 0,06	- - -
Стеариновой кислоты	0,6-1,4	-
Влаги	0,6	-
Противоокислителей	До 1,1	-