ورود به سامانه
شناسه کاربری :  
  کلمه عبور :  
شنبه 31 مرداد سال 1394 تعداد بازدید : 520
مقاله تاثیر ترتیب مراحل اختلاط در خواص نهایی آمیزه ترد تایر

مقاله جناب آقای مهندس خسروانی مشاور محترم هیئت مدیره شرکت در ارتباط با تاثیر ترتیب مراحل اختلاط در خواص نهایی آمیزه ترد تایر در نشریه علمی صنعت لاستیک ایران به چاپ رسیده که  بخشهایی از آن را مطالعه خواهید کرد.


چكيده

با تغيير ترتیب مراحل اختلاط تركيبات پليمري در مخلوط كن هاي داخلي به سادگي مي توان بهبود اساسي در خواص مكانيكي آنها ايجاد نمود. در اين مقاله نتايج تست هاي انجام شده روي آمیزه ترد تايرهاي باري كه اين تغييرات در آنها اعمال شده ، گزارش گرديده است. بهبود حاصله بدون تغيير در هزينه ي اختلاط آنها ميباشد.

واژه هاي كليدي

آمیزه ترد ، برهم کنش ، مقاومت ترکزایی خمشی

محور مقاله

آمیزه کاری


مقدمه

كامپاند ترد يك تاير باري نقش كليدي در كارآيي و قيمت آن بازي مي كند.در كارخانجات تايرسازي عمدتا تلاش فراواني براي توليد تاير با كيفيت با نازلترين قيمت انجام مي گيرد. لذا در اين تحقيق سعي كرده ايم با تغيير ترتیب مراحل اختلاط به خواص بهتري دست پيدا كنيم در عين حاليكه تغييري در قيمت تمام شده تاير ايجاد نگردد. هنگام تغيير در مراحل اختلاط ، به دليل تغييرات در برهم كنش پليمر/پركننده ، پليمر/پليمر و الگوي شبكه اي درون مولكولي و بين مولكولي، تغيير در خواص فيزيكي نهایی آن رخ مي دهد.

بخش تجربي

در اين تحقيق از كائوچوهاي  NR/BR و  NR/SBR با نسبت هاي 15/ 85 و 30/70 براي هر كدام از آلياژها و با به كار گرفتن يك فرمول كه عموما براي تركيب ترد سايز بارياستفاده ميگردد ، تركيبات مختلفي با شرايط متفاوت اختلاط ساخته شده است. تركيبات به صورت دو مجموعه مجزا و بررسي شده است:

مجموعه اول(A ): شامل تركيباتي است كه مراحل اختلاط آنها معمولي است.يعني كائوچوها در ابتداي اختلاط وارد ميكسر شده و سپس با ديگر عوامل آميزه (غير از عوامل پخت) اختلاط ميگردند.

مجموعه دوم(B ):شامل تركيباتي است كه ابتدا NR وارد ميكسر ميشود و با ديگر عوامل آميزه (غير از عوامل پخت) مخلوط شده و نهايتا BR يا SBR اضافه ميگردد.

درهر دو مجموعه مرحله فاينال يا اضافه كردن گوگرد و شتاب دهنده روي غلتك انجام شده و پس از پخت(با زمان بهينه) خواص فيزيكي مكانيكي آنها اندازه گيري شده است.

 

نتايج حاكي از آنست در حاليكه مقاومت سايشي و سختي هيچگونه تغييري نكرده ولي بهبود مشخصي در خواصي نظير مقاومت كششي (قبل و بعد از زمانمندي) ، مقاومت پارگي و مقاومت تركزايي خمشي مشاهده ميگردد. اين حقيقت در مورد همه آمیزه هاي گروه B صادق است.فرمول بكار گرفته شده، شرايط مختلف اختلاط و نسبت هاي مختلف پليمري در جداول 1و2و3 آورده شده است. تست هاي مقاومت كششي قبل و بعد از زمانمندي، سختي، مقاومت پارگي، ميزان سايش و مقاومت تركزايي خمشي طبق روشهاي تست BS-903 و ASTMD انجام شده است. نتايج حاصله نيز در جدول 3 آمده است. همانطور كه از نتايج برمي آيد آمیزه هاي گروه B   خواص برتري نسبت به گروه A   دارند.

100phr

پلیمر

Phr 15/0

پپتایزر

3phr

اکسید روی

2phr

اسیداستئاریک

60phr

کربن N-330

8phr

روغن

75/2phr

انتی اوزون

33/0phr

پارافین واکس

67/0phr

میکروکریستالین واکس

8/0phr

شتابدهنده

4/2phr

گوگرد

2/0phr

تاخیراندازنده

 

                                                          جدول 1- فرمولاسيون بكار گرفته شده                        

تغيير مراحل اختلاط در زمان ايمني آمیزه بي تاثير بوده در حاليكه زمان پخت بهینه در اكثر كامپاندهاي تست شده گروهBکمترشده است. قدرت كششي ، سختي و سايش نسبت به تغيير در روش اختلاط حساس نبوده و تغييري نشان نميدهند. در حاليكه بهبود مشخصي در مقاومت پارگي، خواص زمانمندي و مقاومت تركزايي خمشي در حالتي كه پليمر دوم در مرحله انتهايي اختلاط اضافه ميگردد مشاهده ميشود.

در رابطه با آليا‍ژ  NR/BR همانطور كه انتظار ميرفت با افزايش مقدار  BR از phr 15 به phr 30 خواص مكانيكي بهبود مي يابند. ولي اين بهبود در كامپاندهاي سري B   بيشتر از سري A   ميباشد.

روند مشابهي در رابطه با كامپاندهاي NR/SBRمشاهده ميگردد. هم در مورد آلياژ 15/85  و هم  30/70  .خواص فيزيكي-مكانيكي برتر آمیزه هايي كه پليمر دوم (هم BR   وهم SBR ) در مرحله انتهايي اختلاط اضافه ميگردند، را ميتوان با دلايل زير توجيه كرد:

الف: در روش معمولي اختلاط (سري A   )

-بدليل ميل تركيبي زیادBR ، مقدار بيشتري از كربن بلك به فاز BR وارد شده و اين مسئله نهايتا منجر به افت خواص مكانيكي ميشود.

- ماتريس NR /فيلر بصورت استوانه هاي مارپيچ كه بطور موازي در كنار يكديگر قرار گرفته اند باقي ميماند.(هم در آمیزه رول شده خام و هم در آمیزه پخت شده)

-وقتي پليمر دوم (BR   يا SBR   ) در ابتدای اختلاط با NR مخلوط ميگردد، زنجيرهاي دو پليمر،بدون داشتن برهم كنش مشخص، فازهاي پليمريشان در مخلوط ، به هم گره ميخورند.


  ب: در روش اختلاط جديد (سري B   )

-پليمر دوم احتمالا بصورت يك غلاف نازك مارپيچ دور مجموعه استوانه های مارپيچ بدست آمده از ماتريس NR /كربن را مي پوشاند. همچنین غلافهاي BR   و SBRهمزمان با استوانه های مارپيچ حاويNRولکانیزهميگردند.

اين غلافها که دارای مدول کم و الاستيسيته زیاد هستند،بصورت يك لایهمیانی بين مجموعه استوانه های مارپيچ NR كه داراي مدول بیشتری هستند عمل ميكنند. بديهيست خاصيت بالشتكي اين غلافها باعث ازدياد طولي بالاتر و مقاومت تركزايي خمشي بهتر ميشود. بعلاوه BR  و SBR بدليل ساختمان ذاتي خود، مقاومت حرارتي بالاتري نسبت به NR دارند. لذا غلافها كه در واقع لايه بيروني براي استوانه های حاويNR  هستند، آنها را از تخريب اكسيداسيوني سریع محفوظ ميكنند. اين قضيه خواص زمانمندی حرارتي بالاي اين دسته از آمیزه ها را توجيه ميكند. ( همانطور كه در جدول 3 مشاهده ميگردد).

گروه A : اختلاط معمولی

مراحل اختلاط بترتیب

عوامل آمیزه

زمان (دقیقه)

درجه حرارت (سانتیگراد)

1

کائوچوی طبیعی+پپتایزر

5/0

100

2

BR یا SBR

5/0

110

3

کربن N-330 + اکسیدروی

5/3

135

4

روغن + استئاریک اسید + آنتی اکسیدان + واکسها

5/1

120

                         کل زمان اعمال رام : 6 دقیقه     

                         درجه حرارت تخلیه : 125 درجه

گروه B : اختلاط جدید

مراحل اختلاط بترتیب

عوامل آمیزه

زمان (دقیقه)

درجه حرارت (سانتیگراد)

1

کائوچوی طبیعی+پپتایزر

5/0

100

2

کربن N-330 + اکسیدروی

5/3

125

3

روغن + استئاریک اسید + آنتی اکسیدان + واکسها

5/1

110

4

BR یا SBR

5/0

120

                         کل زمان اعمال رام : 6 دقیقه     

                         درجه حرارت تخلیه : 122 درجه

جدول2-ترتیب مراحل اختلاط در بنبوری آزمایشگاهی

نوع پلیمرهای بکار رفته

NR/BR

NR/SBR

نسبت پلیمرها

15/85

15/85

30/70

30/70

15/85

15/85

30/70

30/70

گروه آمیزه

A

B

A

B

A

B

A

B

خواص رئومتری ( در 150 درجه سانتیگراد)

Fmin (lb in)

8/6

4/7

5/7

7/7

6

6

5/7

3/7

Fmax (lb in)

5/36

40

41

5/41

45

5/44

46

5/44

Scorch time (min)

25/18

5/18

17

5/17

5/17

5/17

17

18

T90 (min)

5/13

12

10

10

5/9

8

9

5/8

خواص فیزیکی

Tensile st. (kg/cm2)

235

245

230

235

255

250

230

235

300% Mod. (kg/cm2)

140

145

140

148

170

175

130

145

Elong.@break (%)

440

450

410

430

420

430

350

380

Hardness (Shore A)

59

60

57

59

60

61

60

60

Abrasion loss ( cc )

032/0

028/0

027/0

026/0

042/0

042/0

038/0

033/0

مقاومت پارگی

Tear resis. ( kg/mm )

4/9

0/11

9/10

8/11

4/11

3/12

5/10

0/11

خواص زمانمندی حرارتی (در 100 درجه سانتیگراد)

Tensile st. (kg/cm2)    بعداز48ساعت

95

107

115

159

130

150

110

150

درصد کاهش

6/59

3/56

50

3/32

49

40

2/52

2/36

Tensile st. (kg/cm2)    بعداز96ساعت

68

71

73

115

90

110

60

90

درصد کاهش

71

71

3/68

51

7/64

56

9/73

7/61

Elong.@break (%)    بعداز48ساعت

160

190

167

224

168

180

130

190

درصد کاهش

6/63

7/57

2/59

9/47

60

1/58

8/62

50

Elong.@break (%)    بعداز96ساعت

119

139

117

168

113

140

90

130

درصد کاهش

9/72

1/69

5/71

9/60

1/73

4/67

3/74

8/65

مقاومت ترکزایی خمشی دی ماتیا

تعداد کیلوسیکل تا شروع ترک

225

330

380

730

110

200

95

120

جدول -3

فرضیه تشکیل غلاف BRو SBR  بدور حلقه های NR پر شده با کربن برای توجیه بهبود مقاومت پارگی  نیز مناسب است. (جدول 3).

نتیجه گیری

خواص آمیزه ترد تایرهای باری بدون هیچ افزایش قیمت و صرفا با تغییر در ترتیب مراحل اختلاط بهبود می یابد. نتایج تستهای رئومتری و فیزیکی مکانیکی نشان میدهند که مخلوط های  NR/BRو NR/SBR با روش جدید یعنی وارد کردن پلیمر دوم در مرحله انتهایی اختلاط در مقایسه با روش قدیمی (روش معمول) ، بهبود مشخصی در خواص از جمله مقاومت خستگی خمشی، نیروی پارگی و زمانمندی ایجاد میکند. همچنین نتایج حاصل از آزمون جاده برای آمیزه های بکار رفته تطابق با نتایج آزمونهای آزمایشگاهی دارد بطوریکه مقاومت سایشی برای هر دو گروه تقریبا مساوی ولی ترکزائی شیاری در گروه B   بمراتب کمتر از گروه A بوده است.

منابع:

1. W.m.Hess,"Characterisation of Dispersions",Columbian Chemicals report

2. N.Tokira, C-H. Shieh,W.j.Patterson,"Carbon Black-Elastomer Interaction Modelling"

3. W.Hofman , "Handbook of Rubber"