Арамидное волокно используется в велосипедных шинах для обеспечения прочности шин при достижении легкого веса.
1. Конструкция шин с арамидным коротким волокном, устойчивым к проколам
Добавление арамидного коротковолоконного прокалывающего слоя между слоем корда и резиной протектора велосипедных шин может эффективно повысить устойчивость шины к проколам. Хотя острые предметы, такие как гвозди, могут проткнуть резину протектора шины, при контакте с арамидным коротковолоконным прокалывающим слоем прокалывающий слой может хорошо предотвратить проникновение посторонних предметов под опорой внутреннего давления шины, тем самым предотвращая прокол внутренней камеры.
2. Применение арамидного короткого волокна в противопрокольном слое
Учитывая возможность производства велосипедных шин с арамидным коротким волокном, устойчивым к проколам, в качестве базовой формулы для этого слоя принята формула резины протектора велосипедной шины, широко используемая в шинном производстве, а на основе базовой формулы исследован эффект применения различных дозировок арамидного короткого волокна.
2.1 Анализ армирующего эффекта арамидного короткого волокна
К распространенным коротковолокнистым армирующим материалам в резиновых смесях относятся целлюлозное волокно, хлопковое волокно, полиэфирное волокно, нейлоновое волокно, арамидное волокно и т. д., которые могут повысить прочность резиновой смеси.
На нем есть микрофибриллы.
арамидная целлюлоза . В результате трехмерного морфологического анализа можно сделать вывод, что микрофибриллы арамидной целлюлозы способны сделать связь между арамидной целлюлозой и резиновой матрицей более прочной.
Трудно равномерно распределить неизвитые арамидные рубленые короткие волокна длиной менее 6 мм во время смешивания. Арамидная пульпа с высокой удельной площадью поверхности (7-9 м2·г-1) относительно пушистая, склонна к статическому электричеству и нелегко смешивается с резиновой смесью, что приводит к неравномерному распределению. Для лучшего распределения арамидной пульпы в резиновой матрице арамидную пульпу можно смешивать в виде дисперсии или мастербатча. Компания DuPont разработала соответствующую запатентованную технологию, которая позволяет лучше распределять арамидную пульпу в резиновой матрице. Продукт, изготовленный таким образом, называется Kevlar®EE.
Эксперименты показали, что композитный модуль резины, армированной арамидной пульпой Kevlar®EE, увеличивается с увеличением содержания арамидной пульпы, поэтому в данном исследовании используется арамидная пульпа Kevlar®EE.
2.2 Влияние дозировки арамидной пульпы на адгезию резины
С увеличением дозировки арамидной пульпы увеличивается прочность резиновой смеси на растяжение и разрыв, уменьшается удлинение при скольжении, а относительная энергия скольжения не изменяется.
По мере того как внешняя сила растяжения постепенно увеличивается, происходит скользящее взаимодействие между арамидным волокном и резиновой смесью в противоударном слое, и в конечном итоге происходит скользящее взаимодействие, что приводит к точке перегиба на кривой напряжения-деформации. Относительная энергия скользящего взаимодействия резиновой смеси с арамидным волокном выражается в кривой напряжения-деформации резиновой смеси, которая эквивалентна площади приблизительной треугольной фигуры, заключенной между кривой и горизонтальной осью. Использование относительной энергии скользящего взаимодействия может более интуитивно отражать энергию резиновой смеси для создания скользящего взаимодействия. Напряжение резиновой смеси, заполненной различными дозировками арамидной пульпы. Из этого анализа также можно сделать вывод, что дозировка арамидной пульпы мало влияет на относительную энергию скользящего взаимодействия резиновой смеси противоударного слоя.
3. Подготовка антипрокольного слоя из арамидной целлюлозы
Процесс изготовления антипрокольного слоя из арамидной целлюлозы для велосипедной шины включает пластификацию резины → листование → повторную очистку листа → добавление компаундирующего агента → антипрокольный ламинированный лист → охлаждение → резку.
Путем анализа можно определить, что основными факторами, влияющими на характеристики антипрокольного слоя из арамидной целлюлозы, являются дозировка арамидной целлюлозы, толщина антипрокольного слоя и время вулканизации шины. После смешивания резины антипрокольного слоя из арамидной целлюлозы ее разрезают на листы антипрокольного слоя различной толщины и ширины с помощью листового пресса и резака в соответствии с параметрами процесса производства велосипедных шин различных спецификаций для резервного использования.
4. Анализ факторов, влияющих на эксплуатационные характеристики шин
4.1 Дозировка арамидной целлюлозы
Влияние дозировки арамидной пульпы в резине противопрокольного слоя на прочность каркаса шины и прочность сцепления.
С увеличением дозировки арамидной пульпы прочность каркаса шины значительно повышается, что может улучшить стойкость шины к проколам. Это происходит потому, что с увеличением дозировки арамидной пульпы композитный модуль резины увеличивается, тем самым соответственно увеличивая прочность каркаса шины.
С увеличением количества арамидной пульпы снижается адгезия корпуса шины, что приводит к снижению долговечности шины. Это происходит в основном потому, что с увеличением количества арамидной пульпы снижается адгезия резины, что приводит к значительному снижению адгезии между проколостойким слоем и слоем корда.
4.2 Толщина антипрокольного слоя
Влияние толщины антипрокольного слоя на прочность и сцепление с кузовом шины.
С увеличением толщины антипрокольного слоя увеличивается прочность корпуса шины, а также значительно улучшается стойкость шины к проколам; влияние толщины антипрокольного слоя на сцепление корпуса шины неочевидно. Чем толще антипрокольный слой, тем лучше стойкость шины к проколам, но это увеличит вес шины, что не способствует легкости шины; увеличение толщины антипрокольного слоя также увеличит стоимость шины; чрезмерно толстый антипрокольный слой не способствует рассеиванию тепла шины, и легко может вызвать другие проблемы во время вождения шины.
4.3 Время вулканизации
Температура, давление и время являются тремя элементами вулканизации шин, среди которых температура и давление обычно являются определенными, поэтому время вулканизации является ключевым фактором, влияющим на эксплуатационные характеристики шины. Время вулканизации оказывает существенное влияние на эксплуатационные характеристики резиновых изделий.
Влияние времени вулканизации на прочность шины и прочность сцепления.
В нормальном диапазоне вулканизации шин (8,5–9,5 мин) прочность шины и эффективность сцепления колеблются незначительно; но когда шина недовулканизирована и перевулканизирована, прочность шины и эффективность сцепления значительно снижаются с увеличением недовулканизации и перевулканизации.
Для быстрого определения положительного времени вулканизации шин при различных дозировках арамидной пульпы и толщинах проколопрочного слоя можно использовать метод времени критической точки пузырька. Сначала разъясняются два определения. Одно - это время точки пузырька, то есть время, когда пузырьки появляются в шине при вулканизации при определенной температуре и давлении; другое - это время критической точки пузырька, то есть время, когда пузырьки исчезают при вулканизации при определенной температуре и давлении. Например: ситуация с пузырьками шины определенной спецификации при различных временах вулканизации при существующей температуре и давлении показана на рисунке 7, и можно сделать вывод, что время точки пузырька шины этой спецификации составляет 8,5 мин, а время критической точки пузырька - 9,0 мин.
Начальное время критической точки образования пузырьков может быть установлено на основе аналогичных спецификаций для предварительного определения времени критической точки образования пузырьков шины данной спецификации, то есть предварительное время вулканизации за вычетом времени безопасности. Фактический метод времени критической точки образования пузырьков заключается в вулканизации шины в соответствии с начальным временем критической точки образования пузырьков. Если пузырьки не появляются, время вулканизации соответствующим образом сокращается (уменьшается на 15–60 секунд каждый раз в соответствии с конкретными спецификациями) до тех пор, пока не будет найдено время критической точки образования пузырьков; если появляются пузырьки, время вулканизации соответствующим образом продлевается (увеличивается в соответствии с расположением и размером пузырьков) до тех пор, пока не будет найдено время критической точки образования пузырьков. При подтверждении точки образования пузырьков шины шину следует разрезать в горячем состоянии, чтобы проверить, есть ли пузырьки в секции шины (включая протектор верхней и нижней форм, между слоями корда, ободьями шины и т. д.), и отметить их. Положительное время вулканизации представляет собой сумму времени критической точки пузырька, времени безопасности и времени, на которое влияют сезонные факторы. Согласно опыту, когда время критической точки пузырька составляет ≤5, 5-7, 8-14, 15-18 и ≥18 мин, время безопасности составляет 1, 2, 3, 4 мин и 20% времени критической точки пузырька соответственно.
Заключение
Были проанализированы и сравнены усиливающие эффекты арамидного штапельного волокна и арамидной пульпы на резине, а арамидная пульпа Kevlar®EE использовалась для изготовления проколостойкого слоя велосипедных шин. Были изучены эффекты дозировки арамидной пульпы, толщины проколостойкого слоя и времени вулканизации на прочность корпуса шины и адгезионные характеристики. Выводы следующие:
- С увеличением дозировки арамидной целлюлозы прочность каркаса шины существенно возросла, но ухудшились адгезионные характеристики.
- С увеличением толщины противопрокольного слоя прочность каркаса шины увеличивалась, а тенденция изменения прочности сцепления была неравномерной.
- В пределах нормального диапазона вулканизации шин прочность каркаса шины и характеристики сцепления колебались незначительно; но когда шина находилась в состоянии недостаточного или избыточного содержания серы, с увеличением степени недостаточного или избыточного содержания серы прочность каркаса шины и характеристики сцепления значительно снижались.
