Металлокорд в резиновой промышленности

ВВЕДЕНИЕ

 

Шинная промышленность – одна из ведущих отраслей нефтеперерабатывающей нефтехимической промышленности. Развитию шинной промышленности придаётся огромное значение, так как от количества и качества шин зависит работа автомобильного и авиационного транспорта, дорожно-строительных, сельскохозяйственных и ряда других машин.  

     В настоящие время  шинные заводы и исследовательские  центры всех стран мира интенсивно  работают над улучшением качества  шин. Это вызвано значительным  повышением требований к шинам,  предъявляемых автомобильной промышленностью, вследствие увеличения грузоподъёмности и скоростей движения автомобилей.

    В шинной промышленности  сохраняется тенденция к ускоренному  технологическому перевооружению производства с целью преимущественного развития мощностей по выпуску радиальных шин для большинства видов автомобилей и другой техники.

    Оптимальная техническая  политика, принятая в настоящие  время, предполагает на основе изученного спроса осваивать и внедрять в производство новые типоразмеры шин. В связи с этим постоянно осуществляется техническое перевооружение производства, внедрение новых перспективных технологий и материалов, совершенствование качества выпускаемой продукции.

    Производство резиновых  изделий является одним из  наиболее быстро развивающихся  отраслей промышленности, эти изделия  применяются во всех отраслях  народного хозяйства. Быстрый  прогресс в этой области обусловлен  всё возрастающим потреблением  деталей  из резины почти  всеми отраслями машиностроения.

     Срок службы шин  за последние десять лет повысился,  несмотря на увеличение нагрузок, и скоростей движения. Повышение было достигнуто за счет создания высококачественных резин на основе синтетических стереорегулярных каучуков и высокопрочных полиамидных и вискозных кордов, совершенствование конструкции диагональных шин, создание шин радиальной конструкции.

     Развитие современной  резиновой промышленности характеризуется  следующими основными особенностями:

    - расширением областей  применения  и ассортимента резиновых  изделий;

    - ужесточением условий  эксплуатации изделий (температуры,  нагрузки, скорости, агрессивные среды);

    - стремлением использования наиболее дешевых и доступных армирующих материалов, каучуков;

    - необходимостью снижения  материалоёмкости изделий и трудоёмкости  их изготовления;

    - требованиями охраны  здоровья и защиты окружающей  среды. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

 

1.1 Характеристика готовой продукции

 

Металлокорд представляет собой трос, свитый из стальной латунированной проволоки. Проволока изготавливается из высокоуглеродистой катанки с массовой долей углерода от 0,71 до 0,94%.

Металлокорды  марок 4Л32НТ и 3Л30 применяются для  изготовления брекера легковых радиальных шин. Брекер служит для усиления каркаса и улучшения связи между каркасом и протектором, снижает напряжения, возникающие в зоне беговой дорожки при действии внутреннего давления и сосредоточенных нагрузок на каркас шины, более равномерно распределяет по его поверхности тяговое, тормозное и поперечное усилие, увеличивая прочность каркаса в зоне беговой части протектора.   Брекер покрышки радиальной шины делают жестким и практически нерастягивающимся для обеспечения прочности покрышки и снижения проскальзывания элементов рисунка протектора при контакте шины с дорогой.

  В маркировке металлокорда 4Л32НТ (2+2x0,32НТ) первая цифра 4 указывает число проволок в стренге (металлокорд специальной конструкции и состоит из двух параллельных проволок, которые повиты еще двумя проволоками диаметром 0,32 мм), буквы Л и НТ обозначают, что проволока латунированная и высокопрочная соответственно.

 В маркировке металлокорда 3Л30 (2+x0,30)  первая цифра 3 указывает число проволок в стренге (металлокорд специальной конструкции и состоит из двух параллельных проволок, которые повиты одной проволокой диаметром 0,30 мм), буква Л обозначает, что проволока латунированная.

Специальная конструкция способствует затеканию резины в металлокорд. Направление свивки проволоки сердечника,  оплеточной проволоки и металлокорда в целом - левое.

   Металлокорд поступает на шинный завод в герметически закрытых металлических бочках, в которые помещают мешочки с силикагелем для поглощения влаги.  При осуществлении технологического процесса необходимо обеспечить прецизионность получаемого металлокордного полотна (равномерность распределения нитей в материале) и достичь максимальной прочности связи резины с металлокордом. Для этого на всех стадиях технологического процесса надо сохранить целостность латунного покрытия на металлокорде, предохранить его от коррозии и агрессивных воздействий, обеспечить максимальное проникновение резиновой смеси между элементарными частицами корда за счет технологических факторов (температурный режим, фрикция, усилие прижатия валков).

Высокая и надежная прочность связи  в резино-металлокордном композите в значительной мере определяется составом брекерных резин.

Брекерные резиновые смеси должны обладать следующими свойствами: высокой  адгезией к металлокорду, способностью удовлетворительно перерабатываться на оборудовании, необходимой вязкостью, стойкостью к подвулканизации, должны иметь высокую скорость вулканизации, высокую клейкость.

 Брекерные резины должны быть высокого качества.

 Для обеспечения высокого  уровня прочностных и усталостных  свойств брекерных резин применяют  активные марки технического  углерода.

Определяющим фактором в достижении высокой прочности связи резины с металлокордом, являются составы вулканизующей и модифицирующей систем. Основным вулканизующим агентом для брекерных резин является полимерная сера «Кристекс ОТ-33», которая обеспечивает необходимую конфекционную клейкость обрезиненного металлокордного полотна и стабильность прочности связи резины с металлокордом в различных условиях старения. Так же для повышения адгезии резины к металлокорду добавляются такие ингредиенты, как стеарат кобальта, нафтенат кобальта

          Характеристика металлокордов 3Л30 и 4Л32НТ представлена в таблице 1.

 

Таблица 1 – Характеристика металлокордов 3Л30 и 4Л32НТ

Обозначение конструкции  металлокорда	Диаметр металлокорда, предельные отклонения, мм	Шаг свивки пряди, сердечника,металлокорда, предельные отклонения, мм	Направление свивки пряди, сердечника, металлокорда	Разрывное усилие металлокорда в целом,Н,не менее	Относительное удлинение  при разрыве,%, не менее, BISFA/H- метод	Прочность связи с резиной, Н, не менее		Линейная плотность металлокорда, предельные отклонения, г/м	Длина отрезка металлокорда на катушке, м
						BISFA (H- метод)	После  солевого старения BISFA (H- метод)
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
2+2x0,32НТ (4Л32НТ)	0,78±0,08	14±0,7	S	836	1,5/2	339 (278)	278 (228)	2,23±0,11	8120
2+1x0,30 (3Л30)	0,64±0,03	16±1,0	S	586	1,5/2	329 (270)	270 (222)	1,67±0,08	11000

 

 

2. Характеристика сырья и материалов

 

Основными материалами  для изготовления брекера шин 205/65Р15 являются:

- металлокорд 3Л30 для слоев брекера;

- брекерная резиновая смесь  для обрезинивания металлокорда.

Основными материалами  для изготовления брекера шин 175Р16С являются:

- металлокорд 4Л32НТ для слоев  брекера;

- брекерная резиновая смесь  для обрезинивания металлокорда.

Вспомогательные материалы облегчают  ведение технологического процесса.

Характеристика  вспомогательных  материалов для изготовления брекера  представлена в таблице 2.

 

 

Таблица 2 –Назначение  вспомогательных  материалов

Наименование	Назначение
1	2
Полипропиленовая ткань шириной 300 мм Полипропиленовая ткань  шириной 960 мм	Для закатки слоев брекера Для закатки слоев обрезиненного  металлокорда

 

Для каждой резиновой смеси в соответствии с её назначением имеется рецепт. Рецептом называется состав каучуков и ингредиентов и их количественное соотношение в резиновой смеси.

Рецепты брекерных резиновых смесей, нормы ускоренного контроля и физико-механические показатели представлены в таблицах 3,4,5,6.

 

Таблица 3- Рецепт брекерной резиновой смеси для покрышки 205/65Р15

Наименование ингредиентов	Количество на 100 массовых частей каучука	Массовые проценты
1	2	3
НК 2сорт	100,00	51,17
Сера «Кристекс» ОТ-33	8,00	4,09
Сантокюр CBS	1,10	0,56
Белила цинковые БЦО	9,00	4,60
Стеариновая кислота А.Б.	0,80	0,40
Сантогард PVI	0,20	0,10
Масло ПН- 6	4,00	2,04
Стеарат кобальта	0,60	0,31
Смола Durez- 29095	1,00	0,51
CYREZ-964LF	2,00	1,02
Ацетонанил Н	1,00	0,51
Dusantox 6PPD	1,00	0,51
ALNOVOL PN 759	1,60	0,82
Технический углерод N-330	58,00	29,64
Минеральный наполнитель  Perkasil-408	7,00	3,57
Резиновая смесь 20 Бел 3050	0,30	0,15
Всего	195,60	100,00

  

 

 

 

Таблица 4- Рецепт брекерной резиновой смеси для покрышки 175Р16С

Наименование ингредиентов	Количество на 100 массовых частей каучука	Массовые проценты
1	2	3
НК 1с  П-31	50,00	26,73
СКИ-3  2гр	50,00	26,73
Сера «Кристекс» ОТ-33	7,50	4,01
Сантокюр CBS	0,80	0,43
Белила цинковые БЦО	7,00	3,74
Стеариновая кислота А.Б.	1,00	0,53
Сантогард PVJ	0,40	0,21
Канифоль сосновая А	2,50	1,33
Масло ПН-6	5,00	2,67
Стеарат кобальта	1,00	0,53
Смола СИС (КИС)	1,00	0,53
Dusantox 6PPD	1,00	0,53
Технический углерод N-339	60,00	32,00
Всего	187,20	100,00

 

Таблица 5 — Нормы ускоренного контроля брекерных резиновых смесей

Наименование резиновой смеси	Температура,ºС	Амплитуда колебания ротора, градус	Минимальный крутящий момент, Н·м	Максимальный крутящий момент, Н·м	Время начала вулканизации, мин:с	Продолжительность оптимальной вулканизации, мин : с
1	2	3	4	5	6	7
Брекерная резиновая смесь для  шины 175Р16С	190±0,5	0,5	2,0-3,5	20,0-25,0	0:20-0:30	0:40−1:10
Брекерная резиновая смесь для  шины 205/65Р15	190±0,5	0,5	1,5-2,5	10,5-14,5	0:37-0:57	1:40-2:05

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6 — Физико-механические показатели брекерных резиновых смесей

Наименование резиновой смеси	Вулканизация		Условное напряжение при удлинении, 300%, МПа	Условная прочность при растяжении, МПа, не менее	Относительное удлинение при разрыве, %, не менее	Сопротивление раздиру, кН/м,  не менее	Плотность вулканизованной смеси, кг/м3
	температура,ºС	продолжительность, мин
1	2	3	4	5	6	7	8
Брекерная резиновая смесь для  шины 175Р16С	153±1	15±1	16,7±2,0	18,1	320	85,0	1180
Брекерная резиновая смесь для  шины 205/65Р15	153±1	15±1	17,5±2,5	18,0	320	85,0	1210

 

Резины должны обладать достаточно высокой прочностью при растяжении, повышенным условным напряжением при заданном удлинении, высокой теплостойкостью, хорошей теплопроводностью, малым теплообразованием при многократных деформациях, необходимой стойкостью к старению, твердостью.

 Основу брекерной резиновой смеси для шины 175Р16С составляют каучуки − натуральный каучук первого сорта и изопреновый каучук.

 Резины на основе натурального  каучука  и изопренового обладают следующими свойствами: высокой прочностью при растяжении, высоким условным напряжением при заданном удлинении, небольшим теплообразованием, высокой выносливостью при многократных деформациях, высокой теплостойкостью. Резиновые смеси на основе натурального и изопренового каучуков обладают хорошими технологическими свойствами, высокой когезионной прочностью и клейкостью, что облегчает сборку изделий, хорошей каландруемостью.

   Наполнителем данной резиновой  смеси является активный наполнитель  − технический углерод N-339. Резины с добавлением технического углерода  N-339 обладают повышенной износостойкостью, динамической жесткостью, хорошим сопротивлением раздиру, высокой прочностью при растяжении.

Пластификаторами данной резиновой  смеси являются масло ПН-6, смола  СИС (КИС), канифоль сосновая. При применении масла ПН-6 сохраняются высокие физико-механические показатели вулканизатов, повышается выносливость резин при многократных деформациях, а так же повышается клейкость резиновых смесей. При применении кумароно-инденовой смолы в резиновых смесях повышаются клейкость, адгезия к металлам. При применении канифоли сосновой повышается клейкость резиновых смесей.

В состав вулканизующей группы входят сера «Кристекс ОТ-33», сантокюр CBS ,стеариновая кислота А.Б., белила цинковые БЦО.

Вулканизующим агентом является сера «Кристекс ОТ-33», которая служит для сшивания макромолекул каучука и образования пространственной сетки вулканизата. Полимерная сера не снижает клейкость резиновых изделий и не выкристаллизовывается на поверхности. Ускорителем вулканизации данной резиновой смеси является сантокюр CBS. Применение ускорителя позволяет повысить сопротивление старению и многократным деформациям, повысить условное напряжение при заданном удлинении у резин.  Наибольшую активность ускоритель сантокюр CBS проявляет в присутствии активатора − цинковых белил БЦО. В данной резиновой смеси цинковые белила так же выполняют роль активного наполнителя. При применении цинковых белил повышается теплопроводность вулканизатов. Наибольшую активность цинковые белила проявляют в присутствии вторичного активатора − стеариновой кислоты А.Б.

 Сантогард PVJ в данной резиновой смеси выполняет роль антискорчинга, предотвращает преждевременную вулканизацию, не замедляет вулканизацию и не «выцветает» на поверхности резиновых изделий.

В качестве противостарителя применяют  Dusantox. Являетя эффективным антиоксидантом, антиозонатом и противоутомителем, значительно повышает выносливость резин при многократных деформациях. Для улучшения прочности связи резины с металлокордом применяют стеарат кобальта.

Основу брекерной резиновой  смеси для шины 205/65РР15 составляет натуральный каучук второго сорта. Резины на основе натурального каучука  обладают следующими свойствами: высокой  прочностью при растяжении, высоким условным напряжением при заданном удлинении, небольшим теплообразованием и высокой выносливостью при многократных деформациях. Резиновые смеси на основе натурального каучука обладают хорошими технологическими свойствами, высокой когезионной прочностью и клейкостью, что облегчает сборку изделий, хорошо каландруется.

   Наполнителями данной резиновой  смеси являются активный наполнитель − технический углерод N-330 и минеральный наполнитель перкасил-408. Резины с добавлением технического углерода N-330 обладают  повышенной износостойкостью, динамической жесткостью, хорошим сопротивлением раздиру, высокой прочностью при растяжении. Применение перкасила-408 повышает прочность связи резины с металлокордом.

Для придания брекерной  резиновой смеси необходимых  технологических свойств в состав рецептуры вводятся пластификаторы: масло ПН-6, смолы ALNOVOL PN 759, CYREZ-964LF и Durez- 29095. При применении масла   ПН-6 сохраняются высокие физико-механические показатели вулканизатов, повышается выносливость резин при многократных деформациях, а так же повышается клейкость резиновых смесей. Применение смол улучшает обрабатываемость резиновых смесей на оборудовании, повышают клейкость и адгезию к металлам, повышают сопротивление раздиру вулканизатов.

В состав вулканизующей группы входят сера «Кристекс ОТ-33», Сантокюр CBS ,стеариновая кислота А.Б., белила цинковые БЦО.

Вулканизующим агентом является сера «Кристекс ОТ-33», которая служит для сшивания макромолекул каучука и образования пространственной сетки вулканизата. Полимерная сера не снижает клейкость резиновых изделий и не выкристаллизовывается на поверхности. Ускорителем вулканизации данной резиновой смеси является сантокюр CBS. Применение ускорителя позволяет уменьшить количество серы, необходимое для вулканизации, тем самым устранить ее выцветание на поверхности изделия, повысить сопротивление старению и многократным деформациям, повысить условное напряжение при заданном удлинении резин.  Наибольшую активность ускоритель сантокюр CBS проявляет в присутствии активатора − цинковых белил БЦО. В данной резиновой смеси цинковые белила так же выполняют роль активного наполнителя. При применении цинковых белил повышается теплопроводность вулканизатов. Наибольшую активность цинковые белила проявляют в присутствии вторичного активатора − стеариновой кислоты А.Б.

Для предупреждения подвулканизации  брекерной смеси в процессе ее изготовления и технологической обработки введен антискорчинг - сантогард PVI, благодаря чему обеспечивается надежная защита резиновой смеси от преждевременной вулканизации, он замедляет реакции ведущие к поперечному сшиванию .

В качестве противостарителей применяют Dusantox и ацетонанил. Являютя эффективными антиоксидантами, антиозонатами и противоутомителями, значительно повышюет выносливость резин при многократных деформациях.

Для улучшения прочности связи  резины с металлокордом применяют  стеарат кобальта.

 

 

 

 

 

 

1.3  Обоснование  проектируемого метода

  производства

 

В связи с возросшими требованиями к однородности покрышек качество обрезиненного на линиях ЛОМК-800К металлокорда перестало удовлетворять изготовителей шин. Основными недостатками линий являются невозможность повышения их производительности, неравномерность распределения нитей по ширине полотна, неодинаковая толщина резинового слоя в разных точках, наличие узлов стыковки нитей. Современная линия фирмы «Комерио Эрколе» оснащена автоматическими системами управления, что позволяет изготавливать более прецизионный обрезиненный металлокорд. Кроме того, в новой линии предусмотрено использование более совершенных каландров и введен ряд изменений: более надежный способ установки шпуль в шпулярнике, электромагнитные плиты перед каландром для улавливания концов в случае обрыва нитей, прессы для стыковки концов полотна, устройства для центрирования, прокола пузырей в резиновых обкладках и формирования стабильной кромки.

Резиновая смесь, питающая валки каландра, в отличие от ранее использованных линий, подается с параллельной установки, состоящей из экструдера холодного питания, вальцов с перемешивающим устройством и нескольких питающих конвейеров, оборудованных детекторами металла. Это позволяет

обеспечить равномерное питание каландра с постоянной температурой разогретой резиновой смеси.

                                 Для резки металлокорда применяют диагонально-резательные машины ДРММ-0-60 или ДРММ-60-80, автоматизированные поточные линии   ЛИРСИ-0-60 и ЛИРСИ0-60-80. Раскрой производится между дисковым вращающимся  и плоским неподвижным ножом при плотном прижатии полотна к плоскому ножу. Точность раскроя составляет 1-3 мм. В связи с тем, что отбор и стыковка полос осуществляется вручную, производительность машин сравнительно невелика 4-8 резов в минуту. При разрезании металлокорда может происходить раскручивание нитей, в результате чего их концы могут выступать по кромкам состыкованного полотна. Для защиты металлокордных полос от коррозии и обеспечения безопасности работы  проводят изоляцию кромок. 

В настоящее  время используется более совершенное  оборудование - линия SLO-13 N фирмы «Конштрукта». Линия предназначена для раскроя металлокордного обрезиненного полотна на слои брекера с автоматической стыковкой их в непрерывную ленту и закаткой в кассеты. По сравнению с ДРМ линия имеет ряд преимуществ:

− обеспечение  точности ширины раскроя полос (до ± 0,5 мм) и стыковку раскроенных полос  «встык», что позволяет снизить  отходы обрезиненного металлокорда (на 30 - 40%);

− повышение  производительности труда в 2-2,5 раза и снижение трудозатрат;

− обеспечение  центровки закатки слоев брекера  в кассеты, что позволяет достичь  высокую степень прецизионости  при сборке покрышек.

Таким образом, в данном дипломном проекте наиболее рационально использование для обрезинивания металлокорда − итальянской линии фирмы «Комерио Эрколе» и для раскроя металлокорда линии SLO-13N фирмы «Конштрукта».

 

 

 

 

 

 

      1.4  Описание технологического процесса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                       На сборку

                                                                             

 

Рисунок 1 – Схема технологического процесса изготовления металлокордного  брекера 

 

 

 

Процесс обрезинивания металлокорда  происходит на линии фирмы «Комерио Эрколе»

Процесс обрезинивания металлокорда осуществляется по следующей технологической схеме: склад ЦПС - транспортировка коробок со шпулями металлокорда в помещение шпулярника - растарка коробок с металлокордом -заправка шпулярника шпулями с металлокордом - стыковка концов нитей металлокорда—укладка нитей металлокорда согласно шагу - разогрев резиновой смеси - подача резиновой смеси к каландру - обрезинивание металлокорда - охлаждение обрезиненного металлокорда - закатка обрезиненного металлокорда в рулоны - транспортировка рулонов с обрезиненным металлокордом на стеллажи для хранения.

Металлокорд в упаковке со склада ЦПС доставляется автотранспортом на участок обрезинивания. Упаковки с металлокордом расставляются в специально отведенном месте в помещении шпулярника (по маркам) и выдерживаются определенное время при климатических условиях в соответствии с технологическим процессом. По истечению установленного срока вылежки, вручную производится растаривание коробок и установка при помощи грузоподъемного устройства шпуль с металлокордом на опоры стоек шпулярника. Шпулярник состоит из двух стоек двойного типа с общим количеством шпуль 440+440 (при работе первой стойки вторая стойка может перезаряжаться, и наоборот).

Шпулярник предназначен для установки на нем шпуль с металлокордом на опоры с пневматическим торможением и в сочетании с направляющими устройствами - для создания безуточного металлокордного полотна с заданным шагом и равномерным натяжением нитей металлокорда при обрезинивании. Каждая шпуля автоматически тормозится для обеспечения одинакового и постоянного натяжения всех нитей металлокорда на всех шпулях.

 

Узел входной плиты предназначен для обеспечения правильной подачи нитей металлокорда к каландру. Представляет собой раму, внутри которой расположена плита с пятью рядами керамических «глазков», через которые продеваются нити металлокорда.

Шпули с металлокордом при помощи грузоподъемного устройства устанавливают на опоры стоек, начиная с нижних рядов. Устанавливается шпуля с металлокордом на опоры таким образом, чтобы при ее размотке нить металлокорда сходила по образующей вверх. По окончании заправки стойки шпулярника, нити металлокорда с каждой установленной шпули вручную протягивают через технологическую оснастку на узел входной плиты и продевают по одной нити в каждый «глазок» узла, не допуская перекрещивания нитей. По выходу из узла входной плиты нити металлокорда образуют металлокордное полотно, поступающее затем через пластинчатую гребенку на стыковочный пресс.

Стыковка концов нитей металлокорда израсходованной катушечной стойки с началом нитей металлокорда новой катушечной стойки осуществляется на стыковочном прессе с электрообогревом с помощью невулканизованных резиновых ленточек и тканевых бязевых ленточек. Сущность процесса заключается в спрессовании резины с металлокордом между плитами стыковочного пресса. Каждая плита пресса включается поворотом двух переключателей, расположенных на главном пульте управления стыковочным прессом. Температура каждой плиты устанавливается и контролируется отдельным регулятором со встроенной термопарой. Автоматическое открытие пресса управляется регулируемым таймером, который вызывает открытие пресса по окончании заданного времени. После стыковочного пресса нити металлокорда поступают на систему валков наложения.