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1、,PCR项目建设部,PCR技术部2009.08.08,原材料知识教育,0,3-1.主体材料:橡胶 3-2 补强体系:碳黑 3-3 其它配合剂 3-4 骨架材料,1.原辅材料定义,2.轮胎用原材料概括3.原材料细部介绍,目 录,1.1 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。.例如橡胶,碳黑等,1.2 辅材料：,是指在轮胎制造过程中起辅助作用、间接参与轮胎生产而不构成产品实体的材料的材料。例如汽油,包装纸,薄膜,垫布等.,1.原辅材料定义,3,2,4,1,2.轮胎用原材料概括,2.1 原材料在轮胎中的使用,轮胎用原材料,配合体系,硫化体系:使橡胶通过化学交联，形成
2、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。,补强体系:保证胶料具有要求的力学性能，改加工工艺善并降低成本。,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，在一定程度上延长制品的使用寿命。,增塑体系:改善加工性、耐寒性，也可降低成本。(含软化剂),主体材料:是决定硫化胶使用性能及工艺性能的主要因素。,骨架材料,胎圈钢丝:作为轮胎受力的主要部位胎圈的主体。,纤维织物:分为帘子线和网布,帘子线主要用于轮胎胎体,网布主要 用于胎圈部位。品种有尼龙、聚脂、人造丝、芳纶等。,钢丝帘线:主要用于轮胎带束层,高性能轮胎胎圈部位也有使用。,2.轮胎用原材料概括,(约占15%),(约
3、占85%),2.2 原材料分类,-天然橡胶 Natural Rubber,-合成橡胶 Synthetical Rubber,3-1 主体材料 a.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。b.我公司使用的主体材料 橡胶。,(1)橡胶分类:,3.原材料细部介绍,-再生橡胶 Reclaimed Rubber:以橡胶制品生产中已硫化的边角废 料或废旧橡胶制品为原料退硫塑炼 加工成的能重新使用的橡胶。,(2)在轮胎中所占比例约为50%.,c.天然橡胶(NR),3.原材料细部介绍,在橡胶树上采取胶乳进行凝固及分离胶料成份,干燥后获得Sheet 或Block形态的天然胶。,(2)标准胶命名
4、原则:,3.原材料细部介绍,TSR(Technically Specified Rubber,技术性规格),Special Rubber Light Grade&CV(Constant MV),STR Standard Thai R.,SMR Standard Malaysian R.,SIR Standard Indonesia R.,SCR Standard China R.,SVR Standard Vietnam R.,TSR-5(Dirt 0.05%),TSR-10(Dirt 0.10%),TSR-20(Dirt 0.20%),TSR-50(Dirt 0.50%),(4)天然橡胶的性
5、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。NR的结构式：,3.原材料细部介绍,d.合成橡胶(SR)：合成橡胶是人们采用化学聚合方法制作的具有橡胶特征的高弹性聚合物材料。,常用的SR有：1）丁苯橡胶(SBR):SBR1500,SBR1502,SBR1712,SBR1721 2）顺丁橡胶(BR):BR9000 3）丁基或卤化丁基橡胶(IIR、H-IIR)4）乙丙橡胶(EPM、EPDM)等。,PCR用量最大的合成橡胶是丁苯橡胶。,3.原材料细部介绍,(1)丁苯橡胶(SBR)Styrene-Butadiene Rubber,3.原材料细部介绍,SBR的基本情况,.丁苯胶是世界产量、
6、用量最大的合成胶，且70%用于轮胎制造业。.SBR单体为丁二烯（C=C-C=C）、苯乙烯（）。.在正常的SBR中，苯乙烯含量为23.5%(重量%)，摩尔比为1：6。.按聚合方法分类，SBR有乳液聚合(E-SBR)、溶液聚合(S-SBR)。.SBR较NR耐磨耗、湿地抓着力高，但生热高，加工困难。.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。,3.原材料细部介绍,SBR的分类,12,常用丁苯橡胶,E-SBR(Emulsion-SBR),S-SBR(Solution-SBR),SBR 1500：最典型,Rosin Only(乳化剂)，污染型,SBR 1502：Rosin&Fatty(乳
7、化剂)，非污染型,SBR 1712(A#2 Oil 37.5 Phr)：充油型,SBR 1721(A#2 Oil 37.5 Phr)：高苯乙烯，充油型,-分子结构：可以根据需要进行排列,-玻璃化温度：可以根据需要调整,3.原材料细部介绍,(2)聚丁二烯橡胶(BR)：poly Butadiene Rubber,3.原材料细部介绍,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，
8、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。,3.原材料细部介绍,BR的分类,轮胎行业主要使用高顺式的聚丁二烯橡胶。,(3)丁基橡胶(IIR):由异丁烯与少量异戊二烯聚合。,3.原材料细部介绍,IIR具有高饱合度,3.原材料细部介绍,IIR具有高饱和度，分子链上基团比较多，所以具有以下特点：,典型用途：内胎、硫化胶囊 因其与通用橡胶的相溶性差，在外胎中不能使用。,提高其不饱和度，可以改善其与通用橡胶的相溶性,提高硫化速度。,3.原材料细部介绍,(4)H-IIR：卤化丁基橡胶，包括氯化丁基橡胶、溴化丁基橡胶。
9、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。,*氯化的含氯量为1.1%1.3%，溴化的含溴量约为2%,3.原材料细部介绍,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）。,H-IIR的特点,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。,在PCR/LTR轮胎中应用 Cl-IIR:白胎侧。Br-IIR:气密层。,3-2.补强体系,3.
10、原材料细部介绍,a.分类,补强剂：C/B、SILICA,填充剂：CaCO3、陶土等。,b.补强作用,c.补强剂介绍,炭黑是烃类不完全燃烧或热裂解制得的具有高度分散性的黑色粉末状 的物质，因此含有 90 99%的碳素及大部分的氢与氧来形成的提高 Rubber补强性的最常用填充剂。,炉法C/B：烃类在反应炉中不完全燃烧制取的。槽法C/B：是天然气与油类火焰与槽钢接触制造的。热裂C/B：由天然气热解制得的。乙炔C/B：由乙炔放热热解制得。灯烟C/B：在敞口浅盘中燃烧烃类制取的。,.炭黑的制法：,现在轮胎行业使用的C/B主要是炉法C/B。,(1)炭黑,3.原材料细部介绍,21,ASTM classif
11、ication of rubber grade carbon black,ConventionalGrade Identification,ASTMGrade,N100-,N200-,N300-,N400-,N500-,N600-,N700-,N800-,N900-,SAF-Super Abrasion Furnace,ISAF-Intermediate Abrasion Furnace,HAF-High Abrasion Furnace,FF-Fine Furnace,FEF-Fast Extrusion Furnace,GPF-General Purpose Furnace,SRF-Sem
12、i-Reinforcing Furnace,FT-Fine Thermal,MT-Medium Thermal,11-19,20-25,26-30,31-39,40-48,49-60,61-100,101-200,201-500,Particle size(nm),.炭黑的分类(Particle size),3.原材料细部介绍,22,*炭黑粒子的形态,3.原材料细部介绍,23,.Carbon Black的提高补强性的要因 粒径(比表面积,Particle Size);粒径越小,比表面积越大补强性越大 比表面积高而与Rubber接触面积大所以提高补强性 结构(Structure);结构越发达补强
13、性越高 随着物理性的结合的聚集体发达补强性能提高 表面化学性性质;表面的化学性官能器越发达补强性越大 表面的活性强的化学基团存在而促进反映来补强性提高,3.原材料细部介绍,24,*Carbon black Aggregate(聚集体)的形象,Internal pore,External micropore,(25以下),External mesopore,(25-500),C/B particle(数 数十 nm),External macropore,(500以上),胶料分子进入孔隙部分，达到补强作用(结合橡胶)。,3.原材料细部介绍,25,C/B,Rubber,结合橡胶,*Carbon b
14、lack与结合橡胶,3.原材料细部介绍,26,Silica主要成份是无定型的二氧化硅 Carbon Black：非极性 Silica：极性,(2)白炭黑(Silica),3.原材料细部介绍,27,一般的来讲Rubber是非极性的情况多,与一样特性的Carbon Black容易混合,相互间的引力也良好。但与极性的Silica间的混合不容易,而且极性的Silica互相凝结的力强大,因此会发生在Rubber内Silica的分散度低而补强性下降。利用表面极性的Silica偶联剂来处理Silica，分散度良好,Silica与橡胶能形成良好的结合而显现出更强的补强性。,3.原材料细部介绍,28,Agglo
15、merate,Aggregate,粒子,1 50,50 200,5 25,Silica表面,Silica的构造,3.原材料细部介绍,29,Silica的反应,3.原材料细部介绍,30,3-3 其他配合剂,活性剂,区 分,用途(特性),Zinc Oxide&Stearic Acid,Paraffinic,Aromatic&Naphthenic Oil,防老剂,Anti-Ozonant,Para-phenylenediamine,种 类,软化剂,加工助剂,Anti-Oxidant,Dithiocarbamate,Di-phenylamine,Di-hydroquinoline,Wax,低温用:C3
16、2-C40,高温用:C26-C32,防止因热,氧气,臭氧及紫外线而造成的胶料物性低下,增粘剂,Natural,Rosin&Terpene,Synthetic,Petroliums&Coals,Phenolic,Resol type,Novolak type,半成品胶料间粘合,硫化助剂,Sulfur,Ground&Insoluble Sulfur,Accelerator,Sulfenamide(CZ,NS,MOR),Mecapto-benzo-thiazole(M),Thiuram Disulfide(TMTD),胶料硫化剂,硫化助剂,硫化促进剂,粘合及补强,3.原材料细部介绍,31,1)增粘剂
17、Tackifier 提高与其他种类的半成品胶料间的粘合性、胶料与骨架材料(Steel,Textile Cord)间的粘合性从而改善成型加工性,3.原材料细部介绍,32,2)软化剂Softener(操作油Process Oil)改善加工性及物性、降低成本、使填料更容易地分散到橡胶中。,3.原材料细部介绍,33,1.与橡胶的相容性最好2.在改善分散、物性、粘合方面 最佳3.具有一定的污染性,3.原材料细部介绍,34,3)防老剂 Age Resister 为了防止Rubber因内外性因子而氧化现象而投入,主要有Anti-Oxidant,Anti-Ozonant,Wax等,Static Anti-Oz
18、onant,Dynamic Anti-Oxidant,Protective Film Theory保护膜 Chemical Anti-Ozonant或Wax在胶料表面上形成Film,防止胶料的臭氧及氧化反映,Scavenger Theory 清道夫 橡胶表面在光、热、氧作用下会发生降解，抗氧剂渗透到表面后通过反应终止其降解反应。,3.原材料细部介绍,35,4)硫化助剂(a)硫化组成,3.原材料细部介绍,硫化剂 Vulcanizing Agent 1839年Charles Goodyear发现依据硫磺(Sulfur)来硫化天然橡胶的方法以来，硫磺成为硫化剂并且广泛利用,最近除了硫磺以外还出现了有
19、机过氧化物等多种多样的加硫剂。硫化促进剂 Accelerator 主要作用是缩短硫化反应时间、降低硫化磺反应温度、减少硫化剂的用量。活性剂Activator 主要作用是提高硫化促进剂的活性。氧化锌(ZnO)激活自由基 Stearic acid ZnO的分散性向上防焦剂vulcanization retarders 防止在加工过程中出现胶料出现的早期硫化(焦烧)现象。,36,(b)硫化胶料的交联结构,Rubber(diene polymer),Sulfur,+,热能,加硫胶料(Cross-link 形成),促进剂,+,ZnO,+,3.原材料细部介绍,(a)给予外胎足够的强度，支撑胎体；(b)承受
20、车辆对轮胎的负荷（静、动态的）；(c)限制轮胎使用变形。,1)骨架材料作用：,2)骨架材料种类：,(a)帘线 纤维帘线：尼龙、聚脂、芳纶、维纶、人造丝 金属帘线：钢丝帘线。,(b)胎圈钢丝,3-3.骨架材料,3.原材料细部介绍,*D：旦(Denier)，单位长度(9000m)的纤维或纱线所具有的重量(g)。*EPI：Ends per Inch，每英寸的帘线根数，帘线稀或密的表征。,3.原材料细部介绍,3)纤维帘线介绍,(a)基本含义,捻度：单位长度的捻回数，常用为10cm；初捻：单股帘线的加捻，多为Z捻；复捻：股线的加捻，多为S捻；捻向：帘线加捻的方向，S下上(左右)，相反则为Z向。,Z,S,
21、3.原材料细部介绍,(b)制作方法 捻,(c)用途,3.原材料细部介绍,4)钢丝帘线介绍,(a)帘线结构,N:股数 F:每股的帘线数 D:单丝的帘线直径(mm),例:(13)0.22+(19)0.22+(115)0.22+(11)0.15 3+9+15(0.22)+w,(NF)D,(NF)D,(NF)D,(NF)D,3.原材料细部介绍,(b)常见结构,3.原材料细部介绍,*常见术语解释,HT：高强度，同样有NT(普通强度)、UT(超高强度)。HE：高伸长 OC：开放型帘线，同样CC密集型帘线，一般是捻制型帘线。W：缠绕丝,(b)用途,3.原材料细部介绍,5)胎圈钢丝介绍,承受外胎与轮辋的各种相互作用力；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；确保车辆的驱动、制动、操纵安全性等性能；承担C/C形变对轮胎的作用力。,(a)胎圈的作用,3.原材料细部介绍,(b)胎圈的构造,3.原材料细部介绍,3.原材料细部介绍,(c)常用胎圈钢丝介绍,谢谢,
