Требования к протекторным резинам и типовая рецептура смесей. Виды износа резины.

Резина протектора, кроме общих требований к шинным резинам, должна иметь высокие значения износостойкости и атмосферостойкости, прочности при растяжении и сопротивления раздиру. Различают три вида износа резины, которые легко определяются визуально и существенно влияют на зависимость его интенсивности от коэффициента трения:

· скатыванием (последовательным отдиранием) тонкого поверхностного слоя;

· абразивным царапанием по твердым выступам поверхности абразива;

· усталостным разрушением от механических потерь и теплообразования во время скольжения и качения по неровностям поверхности твердого контртела. Требования к протекторным резинам противоречивы, и те из них, что указаны выше, не совпадают с требованиями обеспечения хороших технологических свойств, высокого коэффициента трения и усталостной выносливости. В каждом случае эти требования дифференцируются в зависимости от типа и размера шин и условий их эксплуатации. Для повышения стойкости радиальных шин к механическим повреждениям целесообразно применение более жёстких резин. С увеличением размера шин возрастает влияние теплообразования на их работоспособность и надёжность и в большегрузных шинах оно становится определяющим. При работе в рудниках протектор должен быть устойчив к проколам и порезам режущими кромками горных пород, а в условиях бездорожья износостойкость определяется упругожёсткостными свойствами.

Особенность отечественной шинной промышленности - применение в производстве 100% СК, поэтому используют их комбинации, компенсирующие недостатки отдельных каучуков и в ряде случаев обеспечивающие улучшение свойств композиций (табл.1.3). Каучуки СКИ и СКД повышают усталостную выносливость протектора. Добавки БСК к СКИ повышают устойчивость смеси к реверсии, а резины - к термоокислительному старению, и улучшают сцепление её с дорогой. Добавки СКИ-3 к БСК и СКД повышают конфекционную клейкость смесей, прочность их связи с брекером и прочность стыка протектора, а добавки до 40 мас ч СКД - износостойкость, сопротивление растрескиванию и морозостойкость протекторной резины. Пластичность смесей повышают добавкой мягчителя АСМГ-1 - продукта окисления остатков после прямой перегонки нефти, на поверхность которого нанесено 6-8% техуглерода. Содержание техуглерода и мягчителей определяется требованиями к перерабатываемости смесей и упруго-жёсткостным свойствам вулканизатов.

Таблица 1.3.

Типовые рецепты протекторных резиновых смесей (мас ч)

Резина для каркаса должна иметь наиболее высокую эластичность, что достигается применением техуглерода средней активности и структурности и снижением его количества. Резина для брекера должна обладать малыми гистерезисными потерями и хорошей теплостойкостью, так как в этой зоне температура шины достигает максимальных значений. Обкладочные резиновые смеси должны иметь высокий адгезионный контакт между дублируемыми элементами при изготовлении полуфабрикатов, сборке и вулканизации покрышек, а также иметь высокую пластичность, клейкость, когезонную прочность и долго пребывать в вязкотекучем состоянии в начале вулканизации. Резины должны иметь высокую прочность и низкие гистерезисные потери, и для них лучше подходят изопреновые каучуки (табл.1.4). Каркасные резины для диагональных шин изготовляют из комбинации СКИ-3 с СКС-30АРКМ-15 в соотношении 1: 1 или комбинаций изопреновых каучуков с СКД для повышения морозостойкости и динамической выносливости резинокордных систем или с БСК для снижения их стоимости. Технологические свойства смесей улучшают введением до 5 мас ч ароматических мягчителей (пластор 37), а адгезионные свойства – термопластичных мягчителей (канифоль, углеводородные смолы). Для защиты резин от старения применяют комбинации диафена ФП с нафтамом-2 или ацетонанилом Р в соотношении 1: 1.

Таблица 1.4.

Типовая рецептура обкладочных резиновых смесей (мас ч)

Изоляционные резины являются полуэбонитами с твёрдостью 65-70 усл ед и идут на изготовление наполнительного шнура и изоляцию проволоки или плетёнки, поэтому должны обеспечивать хорошее сцепление резины с металлом и прочно соединять проволоки друг с другом. Резиновые смеси готовят на основе комбинаций СКИ-3 и СКМС-30АРКМ-15 (3: 1) с добавкой до 40 мас.ч регенерата при повышенномсодержании серы (до 6 мас ч) и техуглерода (до 70 мас ч). Высокое наполнение каучуков определяет необходимость увеличения содержания мягчителей, а адгезионные свойства смеси повышают введением модифицирующей системы из комбинации РУ-1 и гексола ЗВ в соотношении 1: 1 (табл.1.5). Промазочные резиновые смеси для обрезинивания тканей крыльевых и бортовых лент (чефера и бязи) должны иметь большую пластичность и хорошую клейкость, от них не требуется высокой прочности резин, а теплостойкость должна быть высокой. Резиновые смеси, приготовленные на основе цис-1, 4-полиизопренов (чаще НК) или комбинации НК с СКМС-30АРКМ-15, удовлетворяют этим требованиям. Углеводород каучуков снижают введением до 60 мас ч регенерата, а особенности наполнения смеси – до 40 мас ч минеральных наполнителей при небольшой добавке полуактивного техуглерода и большом количестве (до 30 мас ч) мягчителей.

Таблица 1.5.

Типовая рецептура изоляционных и промазочных резиновых смесей (мас ч)

Резины для ездовых камер и герметизирующего слоя бескамерных шин должны иметь низкую газопроницамость для сохранения внутреннего давления в шине и быть устойчивы к раздиру и тепловому старению. Камерные резины должны иметь высокую эластичность и низкие значения модуля и остаточной деформации, чтобы уменьшить их разнашиваемость, а также высокие значения прочности стыка, сопротивления проколу и разрастанию трещин. Камерные смеси должны хорошо шприцеваться и иметь небольшую усадку. За рубежом выпускают грузовые камеры из БК (табл.1.6). Отечественные смеси для профилирования легковых и грузовых камер массового ассортимента, изготовления пятки вентиля и клеёв готовят на основе комбинаций СКИ-3 с СКМС-30АРК или 100% БК-1675Т с добавкой двух мас ч ХБК. Для шин с регулируемым давлением и морозостойких рекомендована камерная резиновая смесь на основе СКИ-3, СКМС-30АРК и СКД. Когезионная прочность смесей повышается введением промоторов, а технологические свойства улучшаются большим ассортиментом технологических добавок. Герметизирующий слой бес-камерных шин изготавливают с применением галоидированных БК, например: ХБК - 75, эпихлоргидриновый каучук - 25, техуглерод N762 - 50, стеариновая кислота - 1, алкилфенолформальдегидная смола - 3, 3; дибутил-дитиокарбамат никеля - 1, оксид магния - 0, 625; оксид цинка - 2, 25; ди-(2-бензтиазо-лил)дисульфид - 2, сера - 0, 375; 2-меркапто-1, 3, 4-тиодиазол-5-бензоат - 0, 7. Разработана резина на основе комбинации ХБК и СКИ-3 в соотношении 1: 1.

Таблица 1.6.

Рецепты камерных резиновых смесей на основе БК зарубежных фирм (мас ч)

Клеевые резиновые смеси идут на приготовление 20% бензинового клея, который при промазке резинового фланца вентиля образует плёнку с высокой клейкостью и малой усадкой, способную надёжно соединять его с поверхностью камеры и совулканизовывать с дублируемой резиной. Отечественную клеевую смесь готовят на основе 100 мас ч бромбутилкаучука БК-2244 с эффективной вулканизующей группой из серы, тиазола и тиурама Д и 60 мас ч полуактивного техуглерода. Фирма «Эссо» рекомендует аналогичный состав смеси для клея на основе БК (мас ч): бутил 218 – 100, техуглерод N762 – 40, техуглерод N550 – 20, парафиновое масло – 20, оксид цинка-5, смола ST-137X – 20, сера - 2, тиурам Д – 2, меркаптобензтиазол - 0, 5. Смола ST-137X повышает аутогезию клея.

Вентильные резины - высокомодульные с повышенной твёрдостью, применяются для изоляции пятки вентиля, обеспечивая прочную связь с латунным корпусом вентиля и совулканизацию дублируемых резин с клеевой резиновой смесью. Отечественную вентильную резину готовят на основе СКИ-3 и хлорбутилкаучука в соотношении 3: 1, а зарубежные – на основе БК (табл.1.7).

Таблица 1.7.

Рецепты вентильных резиновых смесей (масс ч)

Диафрагменные резины должны иметь высокие значения прочности на разрыв и раздир при высоких температурах, эластичности, теплопроводности и усталостных свойств. Для них берут БК с низкой вязкостью и повышенной непредельностью (БК-2045, БК-2055) с введением 10 мас ч хлоропренового каучука (наирит А) в качестве активатора вулканизации алкилфенол-формальдегидной смолой (SP-1045, США). Резиновые смеси для ободных лент изготавливают на основе 100 мас ч каучука СКМС-30АРКМ-27, а для снижения себестоимости вводят продукты переработки изношенных шин: регенерат и эластичные наполнители - резиновую крошку и диспор.

Какие каучуки, пластификаторы, противостарители и наполнители применяют в шинных резинах? Виды и свойства кордных тканей. Структура и свойства металлокорда для брекера и каркаса шин.

Каучуки для шинных резин – НК и синтетические изопреновые и бутадиеновые (стереорегулярные) каучуки, эмульсионные бутадиен-стирольные каучуки (БСК), а в производстве ездовых камер и диафрагм - бутилкаучук. Резиновые смеси для протектора «зеленых» шин изготовляют на основе растворного БСК (ДССК) с содержанием винильных звеньев до 80%, часто с концевыми функциональными группами, или тройного сополимера стирола, бутадиена и изопрена с содержанием до 60% транс -звеньев. К ним добавляют цис -полибутадиен, цис -полиизопрен, сополимер изопрена и стирола, БСК с содержанием до 60% транс -звеньев или продукт гидрирования БСК. Для улучшения совместимости каучуков вводят до 20% их блок-сополимеров, что повышает износостойкость и сопротивление сколам протектора.

Изопреновые каучуки для шинных резин получают в растворе с применением комплексных катализаторов на основе производных титана и алюминия – СКИ-3 с высоким содержанием цис -1, 4-звеньев и лантаноидных катализаторов - наиболее совершенную структуру СКИ-5 (табл.1.8). Каучуки СКИ-3 и СКИ-5 имеют широкое молекулярно-массовое распределение при содержании до 30% гель-фракции у первого и отсутствии её у второго. НК из дерева гевеи - это 1, 4- цис -полиизопрен со средней молекулярной массой 1, 3 ^. 10 ⁶ и бимодальным ММР с пиками в низкомолекулярной (10 ⁵) и высокомолекулярной (более 2 ^. 10 ⁶) областях. Каучук содержит микрогель, до 3, 8% азотсодержащих веществ и до 2, 5% ацетонового экстракта, в состав которого входят жирные кислоты (51%), аминокислоты и соединения, защищающие его от светового старения и окисления, а свежий каучук - и альдегидные группы. НК подразделяют на 8 типов, различающихся исходным сырьём, методом получения и страной-производителем (смокед-шитс, светлый креп, SMR – стандартный малайзийский каучук, и др.), и 35 сортов по данным внешнего осмотра и сопоставления с эталоном. По физическим свойствам синтетические изопреновые каучуки подобны НК - растворяются в тех же растворителях, кристаллизуются при -25 ^о С, но с меньшей скоростью, и хорошо совмещаются со всеми диеновыми каучуками. Они уступают НК по когезионной прочности смесей, и для её повышения применяют полиэтилен высокой плотности, термоэластопласты и комплексы резорцина с уротропином.

Таблица 1.8.