СПОСОБ КОНТРОЛЯ РЕЦЕПТУРЫ ШИННЫХ РЕЗИН, ПОДВЕРГАЮЩИХСЯ ТЕРМИЧЕСКОМУ СТАРЕНИЮ Российский патент 1996 года по МПК G01N33/44 

Изобретение относится к шинной промышленности, в частности, к конструкциям покрышек шин в вопросе технологии изготовления для них резиновых смесей. Изобретение разработано для определения оптимального количества ингредиента рецептуры в шинах на основе каучуков НК, СКИ-3, БСК и их комбинаций для деталей, работающих без допуска воздуха извне.

Известен способ определения качественного состава резины внутренних деталей покрышки автомобильных шин, заключающийся в вулканизации и последующем старении резиновых пластин толщиной 2 мм, изготовленных из резиновых смесей, содержащих кратное количество ингредиента, включая его нулевое содержание, определении физико-механических показателей до и после старения, а качественный состав резины каждой пластины определяется по сравнению эталонной пластиной, подвергающейся корректировке, с исследуемыми пластинами по абсолютной величине физико-экономических показателей и коэффициенту старения /см. книгу И. К.Алексеева, Н.Л.Сахновский, А.Г.Шварц "Современные принципы построения рецептуры шинных резин"/, тематический обзор, серия: Производство шин, 1985 г. ЦНИИТЕНЕФТЕХИМ, М, разделы 1V, V, стр. 21-63, прилагается/.

По известному способу большее количество ингредиентов в рецептуре и акцептирование некоторых из них сажей и другими наполнителями не позволяет точно установить оптимальные пропорции, необходимые для удовлетворительного течения реакций при вулканизации и смешении, с одной стороны, и отсутствия избыточного содержания ингредиента, с другой стороны, что удорожает продукцию.

В шинной промышленности существуют справочные материалы для приблизительного определения состава основных рецептур для промышленных и опытных шинных резин. Эти справочные данные получены долгим опытом технологов методом "проб и ошибок". Для получения резин нужного состава и свойств задают справочное количество того или иного ингредиента и не контролируют расходование этого ингредиента на стадиях изготовления резиновых смесей и покрышек. Контролирующими являются заданные величины физико-механических свойств.

Эксплуатационные испытания не дают четкой информации о преимуществах той или иной рецептуры шин из-за несовершенства методики оценки ходимости шин в эксплуатационно-дорожных испытаниях.

Наличие многих разновидностей промышленных рецептур и разработка новых обусловлены дефицитом многих или нескольких ингредиентов и необходимостью замены их на отечественные. Обработка новых рецептур требует больших временных и финансовых затрат на определение многочисленных физико-механических показателей и ходимости шин в дорожно-эксплуатационных условиях.

Таким образом, большой разброс указанных показателей не дает возможности точно и быстро, а главное, экономично, определить содержание того или иного ингредиента в рецептуре резины при переходе на новый его вариант или установлении преимуществ того или иного принципиально нового состава резины. В этом первый существенный недостаток способа-прототипа.

Одним из важных этапов контроля свойств шинных резин является определение физико-механических свойств резины после старения при заданных температурах и времени, характерных для эксплуатации шины и расчет коэффициента старения по ГОСТ 9. 024-75.

При старении на воздухе при температуре 100^oС в течение трех суток почти все резины теряют около половины величин показателей механических свойств, что делает их непригодными для использования. Поэтому пригодные резины по способу прототипу не должны иметь коэффициент старения ниже 50 На самом деле во внутренних деталях шин при эксплуатации развиваются температуры, превышающие 130^oС. Применение прототипа не дает возможности отработки свойств резин при температурах выше 100^oС. Это является вторым существенным недостатком прототипа.

Из-за высокой скорости старения лабораторных образцов на воздухе имеет место низкая чувствительность прототипа к определению эффективного содержания ингредиента.

Интенсивное старение 2-х милиметровых лабораторных пластин при вулканизации и испытании на термическое старение объясняется следующим.

Диффузия воздуха оказывает практическое влияние на материал на глубине 2 мм, поэтому 2-х милиметровые пластины подвержены окислительному действию воздуха на всю ее глубину в отличие от массивной покрышки.

Таким образом, применение 2-х милиметровых образцов, не защищенных от действия воздуха при вулканизации, является третьим недостатком прототипа.

Настоящим изобретением решается техническая задача, направленная на создание экономичных рецептур за счет корректировки технологического процесса и уменьшенного содержания ингредиента рецептуры для внутренних деталей покрышки /в протекторе, брекере и каркасе/ при сохранении физико-механических показателей в пределах разброса по сравнению с аналогичными свойствами резин, корректируемого состава. В качестве технического результата можно рассматривать рациональное экономичное использование ингредиентов на технологических стадиях изготовления продукции, увеличение температурного диапазона работы резин во внутренних деталях покрышки, уменьшение собственности и увеличение экономической эффективности шин.

Указанная техническая задача для получения результата обеспечивается тем, что в способе определения качественного и количественного состава, заключающемся в вулканизации и последующем старении резиновых пластин толщиной 2 мм, изготовленных из резиновых смесей, содержащих кратное количество ингредиента, включая его нулевое содержание, определение физико-механических показателей до и после старения, а качественный и количественный состав резины каждой пластины определяется по сравнению с эталонной пластиной, подвергающейся корректировке, с используемыми пластинами по абсолютной величине физико-механических показателей и коэффициенту старения, осуществляют определение содержания ингредиента в каждой пластине методом газовой хроматографии на каждой стадии способа, вулканизацию пластин производят в пресс-форме с использующими от воздуха полиэтиленовыми пленками толщиной 50^oC100 микрон, а старение производят при ограниченном доступе воздуха к пластинкам при температуре 100^oC3000^oС.

Предлагаемый способ оптимизации количества ингредиента в рецептурах резин для внутренних деталей покрышки в условиях эксплуатации работает при отсутствии воздуха извне, поэтому кислородосодержащих радикалов должно быть меньше, чем при старении 2-х милиметровых образцов. Это не значит, что в покрышке полностью отсутствует воздух он остается там после монтажа покрышки между слоями. И в самой резине есть некоторое количество кислорода. Но в запечатанной и заклеенной со всех сторон покрышке воздух расходуется при вулканизации и извне поступать не может. Поэтому окислительно-восстановительные реакции при вулканизации и старении идут в условиях ограниченного доступа воздуха.

Отсюда следует, что контроль физико-механических свойств и содержание ингредиентов в резинах различных рецептур необходимо проводить на образцах, изолированных защищающими от кислорода воздуха пленками. Причем это нужно делать как при вулканизации лабораторных образцов, так и при старении.

Поэтому первое отличие предлагаемого способа состоит в том, чтобы вулканизацию 2-х милиметровых лабораторных образцов проводить в прессформах вместе с защищающими полиимидными пленками толщиной 50^oC100 микрон /ТУ6-19-102-73/.

Второе отличие предлагаемого способа состоит в том, что старение резин проводить в условиях ограниченного доступа воздуха, т.е. по а.с. N 1516978 или в массиве покрышки, что значительно дороже. /авт.св. СССР N 1516978 прилагается/.

Третьим отличием является возможность расширить температурный интервал использования резин, работающих во внутренних деталях покрышки, от 100 до 125^oС, поскольку резины, подвергающиеся старению в условиях ограниченного доступа воздуха имеют меньшие коэффициенты старения /10-40%/, что ниже предельного уровня коэффициента старения, при котором еще можно использовать шинную резину.

Четвертым отличием способа является контроль количества ингредиента после каждой стадии технологического процесса способом хроматографического анализа: после 1 смешения, после II смешения, после вулканизации, после старения, что дает возможность корректировать технологический процесс и знать точное количество расходования ингредиента на каждом технологическом этапе.

Пятым отличием является возможность создания экономичных рецептур.

Описание способа.

1. Приготовление резиновых смесей /не менее 3/ на первой стадии смешения.

2. Определение количества ингредиента в резиновой смеси после 1 смешения.

3. Приготовление резиновых смесей /не менее 3/ на 2-й стадии смешения.

4. Определение количества ингредиента в смеси после 2-й стадии смешения.

5. Вулканизация 2-х милиметровых пластин в пресс-форме с изолирующими полиимидными пленками.

6. Определение количества ингредиента в образцах после вулканизации.

7. Приготовление лабораторных образцов из 2-х милиметровых пластин.

8. Определение физико-механических свойств образцов из резиновых смесей.

9. Старение 2-х милиметровых пластин в условиях ограниченного доступа воздуха.

10. Определение количества ингредиента в образцах после вулканизации.

11. Приготовление лабораторных образцов из 2-х пластин после старения.

12. Определение физико-механических испытаний образцов после старения.

13. Определение коэффициента старения по ГОСТ 9.024-75:

Условная прочность, относительное удлинение до и после старения.

14. Выбрать ту рецептуру резин, в которой при наименьшем количестве ингредиента физико-механические свойства не ниже, чем у эталонной резины в пределах допуска 20±25; коэффициент старения в условиях ограниченного доступа воздуха не выше 50±5% старение может быть проведено, как при 100, так и при 125^oС в зависимости от интервала температур, заданных для резины.

Пример N 1. Определить способом прототипа количество антиоксиданта в смеси для брекерной резины, работающей при температуре 100^oС, 72 часа (табл. 1).

Вывод: брекерная резина рецептуры N1 имеет оптимальное количество антиоксиданта и может работать с переодическим разогревом до температуры 100^oС.

Пример N 2. Определить предлагаемым способом оптимальное количество антиоксиданта в смеси брекерной резины, работающей при температуре саморазогрева 100^oС и 125^oС, 72 часа (табл.2).

Выводы: по величине коэффициента старения при температуре 100^oС все три рецептуры пригодны для работы внутренних деталях покрышки при температуре саморазогрева 100^oС.

По величине коэффициента старения в условиях ограниченного доступа воздуха при температуре 125^oС все три рецептуры пригодны для эксплуатации во внутренних деталях покрышки при температуре саморазогрева 125^oС.

По количеству антиоксиданта, оставщегося после старения при 125^oС, рецептура N 2 имеет оптимальное количество антиоксиданта, достаточное на обе стадии смешения, вулканизацию, старение и на торможение процессов деструкции при усталостном разрушении резины во время эксплуатации. Рецептура N 3 не пригодна к эксплуатации, поскольку не имеет запаса антиоксиданта на период эксплуатации. Рецептура N 1 имеет избыток антиоксиданта, оставшегося в покрышке после полного пробега.

Приняв рецептуру N 2 для изготовления брекерных резин, имеет экономию антиоксиданта 0,5 м.ч. на 100 кг каучука.

Таким образом, на рецептуру N 1 расходуется 1 кг антиоксиданта, а на рецептуру N 2 0,5 кг на 100 кг каучука.

Стоимость антиоксиданта диафона ФП 1600 руб. за тонну по ценам 1989 г. Это значит, что на одну покрышку за счет снижения количества антиоксиданта по новой рецептуре будет расходоваться на 0,8 руб. меньше. При тираже 4-6 мин.шт. покрышек экономия составит 3-5 млн.руб.

Применение способов старения в условиях ограниченного доступа воздуха, вулканизации лабораторных образцов в формах без доступа воздуха извне приближает условия проведения лабораторных поисков оптимальных рецептур резин к условиям работы резин в условиях эксплуатации. Последний контроль расходования антиоксиданта на стадиях смешения, вулканизации, старения, эксплуатации покрышек позволили получить оптимальные количества антиоксиданта, необходимые для качественного проведения технологического процесса без излишнего расходования антиоксиданта /диафена ФП/ или продукта 4010, стоимость которого за тонну около 3-4 тыс.руб. Исследования проведены на 5 промышленных рецептурах резин, характерных для ПО "Нижнекамскшина", и на 2-3 вариантах этих рецептур с различным содержанием антиоксиданта. Протекторные, брокерно-каркасные, боковинные резины для грузовых 260-508Р и легковых 615-13 шин показали, что прочностные показатели изменяются в пределах разброса /10±15% / после старения в условиях ограниченного доступа воздуха, на образцах, вырезанных из покрышек при снижении содержания антиоксиданта вдвое, т.е. от 1 м.ч. до 0,5 м.ч. на 100 м.ч. каучука; прочность связи также в пределах разброса не изменяет своих показателей. Величины износа протектора в дорожных испытаниях серийных и опытных шин не отличаются друг от друга, т.е. имеют 0,25 мм/1000 км на стадии установившегося износа.

Примененный способ газовой хроматографии для количественного определения содержания антиоксиданта /ФП, пр. 4010/ дал возможность точно установить оптимальные количества расходования антиоксиданта на каждом технологическом этапе изготовления шин и в эксплуатации. Метод дает возможность обнаружить заниженные количества антиоксиданта в готовых шинах, а также полное отсутствие этого вещества.

Важно отметить, что снижение антиоксиданта до величины ниже 0,25 м.ч. на 100 м.ч. каучука в готовой покрышке недопустимо, т.к. на период эксплуатации необходимо именно это количество антиоксиданта, как это показано в работе. Поэтому заниженное количество антиоксиданта ниже определенной нами нормы приведет к значительному снижению ходимости покрышки.

Разработанный способ может быть применен и для оптимизиции количества других ингредиентов, входящих в рецептуру резин. ТТТ1 ТТТ2 ТТТ3

Использование: получение экономичной рецептуры без снижения физико-механических и эксплуатационных характеристик шин.

Сущность изобретения: приготавливают несколько стандартных резиновых смесей с заданными количествами определенного ингредиента, проводят смешение, вулканизацию и старение плоских стандартных образцов резины толщиной 2 мм, причем, осуществляют определение содержания контролируемого ингредиента методом газовой хроматографии как на каждой стадии приготовления смеси, так и после вулканизации и старении, при этом вулканизацию плоских образцов производят в пресс-форме, а старения проводят в условиях ограниченного доступа воздуха при 100-300^oС, затем проводят сравнение физико-механических показателей испытуемой и эталонной шинных резин до и после старения и выбирают оптимальную рецептуру по коэффициенту старения и содержания контролируемого ингредиента после старения. 2 табл.

Способ контроля рецептуры шинных резин, подвергающихся термическому старению, включающий использование стандартных плоских образцов резины толщиной 2 мм, проведение термического старения и определение физико-механических показателей до и после старения резины, отличающийся тем, что приготавливают несколько стандартных резиновых смесей с заданными количествами определяемого ингредиента, затем проводят смешение, вулканизацию и старение образцов этих смесей, причем осуществляют определение содержания контролируемого ингредиента методом газовой хроматографии как на каждой стадии приготовления смеси, так и после вулканизации и старения, при этом вулканизацию плоских образцов проводят в пресс-форме с изолирующими полиимидными пленками, а старение проводят в условиях ограниченного доступа воздуха при 100-300^oС, затем проводят сравнение физико-механических показателей испытуемой и эталонной шинных резин до и после старения и выбирают оптимальную рецептуру по коэффициенту старения и содержанию контролируемого ингредиента после старения.