Параарамид используется в высокопроизводительных шинах благодаря своим превосходным механическим свойствам, таким как высокая прочность, высокий модуль упругости, сопротивление усталости и низкая ползучесть.
С тех пор как в 1895 году была официально выпущена первая пневматическая шина Michelin, наряду с быстрым развитием автомобильной промышленности, шинная промышленность постоянно совершенствовала технологии и выпускала новые продукты. Теперь во всем мире сформирована зрелая и полная цепочка производства шин. Для шин каркасные материалы являются ключевыми материалами, обеспечивающими прочность шины, несущую способность и сохранение размерной стабильности шины. С ростом популярности радиальных шин постепенно развиваются высокопроизводительные радиальные шины и экологически чистые шины, что предъявляет более высокие требования к эксплуатационным характеристикам каркасных материалов. Параарамид постепенно используется в высокопроизводительных шинах из-за его превосходных свойств материала.
Классификация и эксплуатационные характеристики материалов каркаса шин
Материалы каркаса являются основным несущим слоем резиновых изделий, которые играют решающую роль в производительности, сроке службы и потребительной стоимости резиновых изделий. Идеальные материалы каркаса должны обладать механическими свойствами, такими как высокая прочность, высокий модуль, сопротивление усталости, низкая ползучесть, а также физическими и химическими свойствами, такими как низкая плотность, стойкость к высоким и низким температурам, коррозионная стойкость и огнестойкость. Существует четыре основные категории материалов каркаса шинного волокна, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.
(1) Вискоза имеет превосходное сохранение модуля при высокой температуре и низкие характеристики усадки, а ее размерная стабильность намного лучше, чем у нейлоновых и полиэстеровых кордов. Ее можно использовать в каркасах радиальных шин, чтобы шины могли получить отличные характеристики управляемости, но вискоза имеет низкую прочность во влажном состоянии и серьезно загрязняет производство.
(2) Полиэстеровый шнур имеет такие преимущества, как высокий модуль, высокая прочность, низкое удлинение, низкая термоусадка, хорошая размерная стабильность и примерно одинаковая прочность в сухом и мокром состоянии. Его усталостная прочность и ударопрочность лучше, чем у вискозного шнура, но его повышение температуры вызовет аминолиз при высоких температурах.
(3) Преимуществами нейлонового шнура являются высокая прочность, низкая относительная плотность, низкие потери на гистерезис, низкая скорость влагопоглощения, высокая прочность во влажном состоянии, хорошая эластичность, в 10 раз более высокая прочность на изгиб, чем у вискозного шнура, и лучшая усталостная прочность, чем у других волоконных шнуров. Главными недостатками являются большая термоусадка, плохая термостойкость и размерная стабильность.
(4) Арамидный корд постепенно расширялся в последние годы из-за его высокой термостойкости, высокой прочности, высокого модуля и малой деформации. Исследования показали, что арамидный корд может не только уменьшить массу шины и сопротивление качению, но также помочь улучшить сопротивление проколу и порезу шины.
Сравнение характеристик наиболее часто используемых материалов каркаса шин показано в таблице 1.
| Предметы |
Параарамид |
Стальная проволока |
Район |
Нейлон 66 |
Полиэстер |
| Плотность/（Мг∙м^-3） |
1.44 |
7.85 |
1.53 |
1.14 |
1.38 |
| Температура разложения (азот)/°C |
>500 |
1600 |
200 |
255 |
260 |
| Прочность на растяжение/МПа |
2830 |
2550 |
780 |
960 |
1150 |
| Удельная прочность/(мН∙текс^-1) |
1970 |
330 |
510 |
840 |
830 |
| Начальный модуль/ГПа |
80 |
160 |
18 |
6 |
14 |
| Удельный модуль/(Н∙текс^-1) |
55 |
20 |
12 |
5 |
10 |
| Коэффициент теплового расширения ×10⁶/K^-1 |
-2.2 |
3.7 |
- |
- |
- |
| Удлинение при разрыве/% |
3.6 |
1.9 |
13.0 |
20.0 |
13.5 |
| Коэффициент сохранения прочности после 200 °C×48 ч/% |
90 |
100 |
20 |
45 |
55 |
| Воздушно-сухая термоусадка (160 °С ×4мин)/% |
<0,1 |
0 |
1.0 |
3.8 |
5.0 |
Удельная прочность и удельный модуль параарамида почти в 6 и 3 раза больше, чем у стальной проволоки, и в 2 и 10 раз больше, чем у нейлона 66. Эксплуатационные характеристики параарамидных материалов могут по-прежнему поддерживать нормальный уровень в диапазоне температур от -200 до 200 °C. При условии одинаковой прочности на разрыв масса резиновых изделий может быть значительно уменьшена, и они могут соответствовать использованию в экстремальных климатических условиях. Параарамид обладает превосходной низкой ползучестью, усталостной прочностью, низкой термоусадкой и химической коррозионной стойкостью, что может значительно улучшить размерную стабильность резиновых изделий и продлить срок службы. Таким образом, параарамид является чрезвычайно идеальным материалом для каркаса шин.
Применение параарамида в материалах каркаса шин
Первое применение арамида в конструкции шины было в качестве слоя радиального брекера шины. Благодаря своим особым свойствам, он теперь используется во все большем количестве различных компонентов шины. С технической точки зрения арамид может использоваться в качестве каркасного материала для любой части шины и даже может быть объединен со смолой для замены стальной проволоки для изготовления бортов шины, что значительно снижает вес шины. В настоящее время имеются примеры применения арамида в слое брекера открытого края, слое сложенного брекера, слое окружного брекера, каркасе радиальной шины, покрытии борта, проволочном кольце, каркасе гоночной диагональной шины и буферном слое диагональной шины.
Применение арамидного корда 1680dtex/2 вместо стального корда 2×0.30HT в брекерном слое шины легкового автомобиля позволяет снизить вес шины на 6,4–7,5%, а сопротивление качению — на 12,5%. Использование арамидного корда 1680dtex/2 для каркаса и брекерного слоя позволяет снизить вес шины на 15%, а другие свойства шины соответствуют требованиям стандарта и повышают комфорт езды автомобиля.
При той же массе его прочность и модуль намного превосходят такие материалы, как полиэстер, полиамид и стальная проволока, и он чрезвычайно превосходен по безопасности и долговечности. Самым значительным преимуществом использования арамидного корда вместо стального корда для складных гоночных шин является то, что он снижает вес шины и делает ее складной. Легковесные характеристики арамида очень подходят для высокопроизводительных гоночных шин. Уменьшая вес автомобиля, он может достичь более быстрого торможения и лучших характеристик на поворотах.
Применение арамидного короткого волокна в наполняющей резине цельнометаллических несущих радиальных шин. Специальная структура и свойства самого арамидного короткого волокна могут придать резиновым изделиям превосходные свойства, такие как высокий модуль, высокая твердость, высокая прочность, размерная стабильность и износостойкость. Результаты испытаний показывают, что арамидное короткое волокно снижает вязкость по Муни резиновой смеси, сокращает t90, снижает повышение температуры, снижает коэффициент потерь, снижает эффект Пейна и имеет хорошую долговечность готовой шины, что свидетельствует о том, что арамидный материал очень эффективен для улучшения эксплуатационных характеристик шины.
| Предметы |
1100дтекс/2 |
1680дтекс/2 |
| Прочность на разрыв/Н |
≥330 |
≥450 |
| Неравномерность прочности на разрыв/% |
≤3,5 |
≤3,5 |
| 66,6 Н Удлинение при номинальной нагрузке/% |
1,8±0,6 |
2,0±0,6 |
| Удлинение при разрыве/% |
4,5±1,5 |
6,0±1,5 |
| Неравномерность удлинения при разрыве/% |
≤5.0 |
≤5.0 |
| Усадка при сухом нагреве/% |
≤0,5 |
≤0,5 |
| H Сила извлечения/（Н•см^-1) |
≥100 |
≥130 |
Хотя арамидный корд имеет много преимуществ, как материал резинового каркаса, он также имеет такие проблемы, как плохая прочность на сжатие и изгиб, сложность склеивания и высокая стоимость производства, которые ограничивают широкое применение арамидного корда. Поэтому была разработана композитная кордная ткань арамид/высокопрочный нейлон. Композитная кордная ткань, полученная путем прядения, скручивания, погружения и термообработки арамида и нейлона в определенном соотношении, может устранить недостатки нейлона и арамида и объединить преимущества обоих, реализовать дополнительные свойства материала и соответствовать строгим требованиям высокопроизводительных шин. В будущем композитная кордная ткань будет все шире использоваться в шинах.
