Aplicaciones materiales de neumáticos ecológicos
(1)NR
NR es caucho apolar. Aunque tiene excelentes propiedades integrales, su resistencia al aceite, a los disolventes orgánicos, a la oxidación térmica, al envejecimiento por ozono y a los rayos ultravioleta son pobres, lo que limita su aplicación en algunas ocasiones especiales. El ámbito de aplicación del caucho natural se puede ampliar enormemente mediante modificaciones.
a) Caucho natural epoxidado (ENR)
El caucho natural epoxidado (ENR) es un caucho natural especial modificado químicamente a partir del caucho natural (NR). En comparación con NR, ENR tiene propiedades viscoelásticas y termodinámicas completamente diferentes, como excelente estanqueidad al aire, adherencia, resistencia al deslizamiento en húmedo y buena resistencia al aceite. ENR se puede combinar firmemente con cargas polares (como sílice) y el vulcanizado ENR aún puede mantener el alto módulo y la resistencia a la tracción de NR sin cargas. ENR 50 tiene buena resistencia al aceite y propiedades de amortiguación. Cuando se utiliza en compuestos de banda de rodadura de neumáticos, la fuerte interacción entre ENR y sílice es un factor importante para mejorar el rendimiento general de la resistencia a la rodadura y el agarre en mojado sin agentes de acoplamiento. Se logra una resistencia óptima al desgaste cuando ENR25 se mezcla con cargas de sílice/negro de humo.
b) Caucho natural injertado
El más estudiado actualmente es el NR injertado con metacrilato de metilo (MMA). El NR injertado con MMA tiene alto alargamiento, alta dureza, buena resistencia al impacto, resistencia al agrietamiento por flexión, rendimiento de fatiga dinámica, adherencia y buenas propiedades de relleno. Industrialmente, se utiliza principalmente para fabricar productos elásticos con buenas propiedades de impacto, como el revestimiento interior de neumáticos sin cámara. Si se usa junto con caucho de estireno-butadieno, se puede usar como compuesto de caucho en el ápice del talón. Su resistencia del caucho bruto y su adherencia con el cursor mejorarán significativamente, la rigidez del cursor aumentará y la forma del cursor se mantendrá. estable.
El nuevo desarrollo del isopreno es la síntesis de caucho 3,4-poliisopreno (alta temperatura de transición vítrea). Este tipo de caucho se puede utilizar junto con caucho natural, caucho de estireno-butadieno y caucho de polibutadieno para mejorar el rendimiento del agarre. Se han desarrollado con éxito polímeros de isopreno y butadieno, y también se han estudiado con éxito trímeros de isopreno con estireno y butadieno. Los compuestos de la banda de rodadura fabricados con estos cauchos tienen un buen equilibrio general entre resistencia a la rodadura y agarre en carretera mojada.
La patente china ZL95110352.0 introduce una nueva tecnología para la síntesis directa de polvo de trans-1,4-poliisopreno (TPI) mediante polimerización por precipitación en masa catalizada por titanio con soporte de isopreno. Se informa que se utilizan entre 20 y 25 partes en peso de TPI para reemplazar los automóviles de pasajeros y los neumáticos radiales ligeros de semiacero hechos de caucho de estireno-butadieno. Se ha logrado un buen rendimiento de conducción general y una reducción del consumo de combustible en aproximadamente un 2,5% en el 100. -Prueba de consumo de combustible por kilómetros.
(2) IR
El nuevo desarrollo de IR es el caucho de poliisopreno 3,4 (alta temperatura de transición vítrea), que se puede utilizar junto con NR, SBR y BR. El caucho mejora el rendimiento de agarre del neumático. Se han desarrollado con éxito polímeros de isopreno y butadieno y trímeros de isopreno, estireno y butadieno para permitir que los neumáticos tengan buena resistencia a la rodadura y resistencia a la humedad cuando se utilizan como caucho con un equilibrio integral de agarre. La patente de invención china (ZL 95110352) introduce un nuevo proceso de síntesis de polvo de trans-1,4-poliisopreno (T PI) que utiliza de 20 a 25 partes de TPI para reemplazar el caucho de estireno-butadieno en la banda de rodadura de automóviles y camionetas. Los neumáticos radiales tienen un buen rendimiento general y reducen el consumo de combustible en aproximadamente un 2,5 %.
(3) SSBR
El caucho de estireno-butadieno polimerizado en solución (SSBR) se utiliza ampliamente en las bandas de rodadura de neumáticos ecológicos. Se pueden producir variedades especiales con diferentes macroestructuras, microestructuras y modificaciones de los extremos de las cadenas según las necesidades. Durante el proceso de producción del polímero, la adición de ciertos productos químicos puede cambiar los extremos de las cadenas del polímero y mejorar significativamente la interacción entre el polímero y el negro de carbón. entre rellenos, reduciendo así la resistencia a la rodadura del neumático.
El SSBR de tercera generación maximiza el rendimiento general del caucho a través de la combinación optimizada de diseño molecular y estructura de cadena.
Hay tres productos principales: uno es el polímero de estireno-isopreno-butadieno * * * obtenido mediante la introducción de segmentos de isopreno en la cadena macromolecular, a saber, caucho integrado (SIBR), que tiene buenas propiedades a baja temperatura que combinan alto rendimiento, baja resistencia a la rodadura y. Alto agarre, es el caucho sintético dieno más completo hasta la fecha. En segundo lugar, el SSBR masivo con distribución de estructura de secuencia de gradiente puede equilibrar bien la resistencia al deslizamiento en húmedo y la resistencia a la rodadura; en tercer lugar, el SSBR modificado con silano mejora la afinidad entre el caucho y los agentes de refuerzo blancos como la sílice, que se pueden omitir o eliminar al combinar. agentes de acoplamiento costosos como el titanato. Este producto ecológico puede cumplir con requisitos de protección ambiental cada vez más estrictos y está en línea con la dirección de desarrollo de los neumáticos modernos.
(4)BR
Los neumáticos de automóvil deben equilibrar al máximo el triángulo mágico de resistencia a la rodadura, resistencia al desgaste y resistencia al deslizamiento en mojado. El BR cis alto no sólo puede resolver el problema de la resistencia al desgaste de la banda de rodadura, sino que también ejerce sus ventajas en otras partes del neumático. BR y SSBR se usan juntos como caucho para la banda de rodadura, lo que puede brindarle al neumático el mejor equilibrio integral entre agarre y desgaste, reducir la resistencia a la rodadura y ahorrar un 5% de combustible. El caucho de la banda de rodadura BR/SSBR utiliza negro de carbón blanco y un agente de acoplamiento de silano. Cuando la cantidad de BR aumenta a 40 partes, se puede mantener la resistencia al desgaste, mientras que SSBR y sílice pueden reducir la resistencia a la rodadura y mejorar la tracción del neumático sobre nieve y carreteras resbaladizas. La parte más utilizada de BR es el flanco de los neumáticos radiales. La mezcla NR/BR de antioxidante 6PPD (proporción de mezcla 50:50) tiene la mejor resistencia al crecimiento de grietas, buena resistencia a la perforación y una larga vida útil. BR puede mejorar la resistencia al desgaste y la elasticidad y reducir la generación de calor. La combinación de caucho de butadieno con alto contenido de vinilo (HVBR) y caucho natural puede mejorar la resistencia al envejecimiento y la resistencia a la vulcanización.
(5)IIR
El principal área de aplicación de IIR son los neumáticos, representando más del 80% de su consumo total. Con el desarrollo de neumáticos sin cámara, la demanda de HIIR aumenta año tras año. En la actualidad, la demanda de HIIR representa aproximadamente el 60% de la demanda total de IIR. IIR tiene una excelente estanqueidad al aire y resistencia química.
(6) Gomaespuma
Para resolver el problema del polvo causado por los neumáticos con clavos de diamantes, los neumáticos con clavos de diamantes fueron reemplazados por neumáticos antideslizantes. Una característica importante de los neumáticos sin clavos es la alta fricción a aproximadamente 0 grados Celsius. En hielo húmedo, es necesario mejorar mucho el efecto de drenaje y no es suficiente confiar únicamente en el efecto de drenaje de las ranuras y entalladuras. Se ha desarrollado un nuevo tipo de caucho que puede mejorar el drenaje, el efecto de malla y la fricción de adhesión. El más representativo es la goma espuma. La goma espuma se refiere a goma con muchas pequeñas burbujas independientes.
(7) Elastómero de poliuretano
En comparación con el caucho, el elastómero de poliuretano tiene mejor resistencia al desgaste, mayor resistencia al desgarro y un rango de dureza más amplio. El elastómero de poliuretano fundido es actualmente el elastómero más resistente al desgaste. Tiene alta resistencia al desgaste, colorabilidad, alta resistencia al corte, excelente resistencia al aceite y resistencia química. No agrega negro de carbón ni aceite aromático. Es completamente biodegradable. Es un material ideal para las bandas de rodadura de neumáticos. Los neumáticos PAX run-flat de Michelin están equipados con un nuevo anillo de soporte auxiliar de poliuretano liviano, que es aproximadamente 4 kg más pequeño que el anillo de soporte de goma original. La tecnología clave para utilizar poliuretano como material de recauchutado de neumáticos es mejorar la estabilidad térmica del elastómero de poliuretano mediante nanotecnología, de modo que su temperatura máxima de servicio pueda alcanzar los 120 grados Celsius. En segundo lugar, se desarrollaron adhesivos y agentes de tratamiento de superficies de caucho eficaces, fáciles de usar y de bajo costo para unir firmemente las bandas de rodadura de poliuretano al caucho común. El kilometraje real de los neumáticos recauchutados con banda de rodadura de poliuretano es de 1 a 2 veces mayor que el de los neumáticos normales. Al mismo tiempo, puede eliminar la contaminación ambiental causada por una gran cantidad de negro de carbón y aceite aromático. el rendimiento de los neumáticos recauchutados. (1) Rayón
Debido a que el rayón tiene una buena estabilidad dimensional, se puede utilizar como material estructural de la carcasa de neumáticos radiales para lograr un excelente rendimiento de manejo. Por lo tanto, se utiliza a menudo en neumáticos de alto rendimiento y neumáticos pinchados. Neumáticos de garantía. Sin embargo, el problema de que el rayón consume recursos forestales naturales y provoca una grave contaminación en el proceso de producción ha atraído cada vez más atención.
(2) Nylon
El cordón de nailon se utiliza principalmente para neumáticos diagonales. Los últimos productos nuevos son principalmente fibra de polihexametileno adipamida y fibra de amida de alta resistencia HYTEN de DuPont. La fibra de polihexametilendiamina (nylon 46) tiene las características de alto punto de fusión, pequeña contracción térmica y alto módulo. A diferencia del nailon 6 y el nailon 66, no es fácil derretir el cable debido al calor, lo que reduce la durabilidad del neumático.
El uso de Hyten como material del esqueleto de la carcasa de los neumáticos radiales puede hacer que los neumáticos tengan buena durabilidad y baja generación de calor, y reducir el peso de los neumáticos. Los neumáticos para aviones producidos en prueba por Goodyear Company utilizan cordones HYTEN de gran diámetro como capa amortiguadora y capa de carcasa, que pueden alcanzar aproximadamente 65, 438+07% y 45% respectivamente, lo que puede reducir el fenómeno de onda estacionaria, la deformación por corte de la capa y producción caliente.
(3) Poliéster
El poliéster es una de las fibras en constante desarrollo en la industria del caucho. En los años 80 se desarrolló con éxito el poliéster dimensionalmente estable (DSP). El uso de tela de cordón de poliéster dimensionalmente estable para fabricar neumáticos radiales puede evitar el proceso de inflado después de la vulcanización y resolver el problema de la apariencia de las abolladuras en las paredes laterales causadas por la contracción por calor. El costo de la materia prima del poliéster para neumáticos de camiones ligeros es un 35% menor que el del rayón. Debido a que el poliéster es más fuerte que el rayón, a menudo es posible reducir la cantidad de capas de la carcasa cuando se usa poliéster.
(4) Alambre de acero
La característica más importante del alambre de acero es su alta resistencia. En los últimos años, las principales novedades de materiales de esqueleto de alambre de acero para neumáticos son las siguientes.
a) Cordón de acero de alta resistencia
En los últimos años, el cordón de acero de alta resistencia se ha utilizado ampliamente en neumáticos y su resistencia es entre un 20% y un 40% mayor que la del acero ordinario. cable. Actualmente, todavía se están desarrollando alambres de acero de resistencia ultraalta con resistencias de hasta 4,0 GPa.
b) Alambres de acero ultrafinos y ultrarresistentes
Goodyear ha desarrollado especialmente alambres de acero ultrafinos y ultraresistentes para neumáticos run-flat (se pueden disponer 7.000 en 25 mm) alambre). El desarrollo exitoso de este cordón de acero ultrafino fue pionero en la aplicación del cordón de acero en carcasas de neumáticos de automóviles.
(5) Fibra de aramida
La fibra de aramida tiene una alta estabilidad térmica, degradación oxidativa entre 400 y 430 grados Celsius, un punto de fusión de hasta 500 grados Celsius y un módulo alto.
(6) Cordón compuesto
Hasta el momento, no existe ningún cordón disponible comercialmente que pueda cumplir plenamente con las diversas propiedades que requieren los neumáticos. Para aprovechar al máximo las ventajas de varios cables y superar sus deficiencias, se ha propuesto el método de utilizar cables compuestos. La patente existente propone utilizar filamento de nailon como capa superficial y filamento de poliéster como capa central para fabricar cordón compuesto de nailon/poliéster, que combina la elasticidad y resistencia del cordón de poliéster con la buena adherencia del cordón de nailon. En comparación con los cordones de aramida, los cordones compuestos hechos de 1 a 2 hilos de aramida y 1 hilo de nailon o poliéster tienen las siguientes características: mayor resistencia a la fatiga y alargamiento en la rotura, módulo más bajo, contracción controlable y relación resistencia/costo mejor o equivalente. En comparación con el cordón compuesto de aramida/nylon, el cordón compuesto de aramida/poliéster tiene propiedades de tracción ligeramente inferiores, un módulo mucho mayor, una pequeña deformación permanente y una mala adhesión. En la actualidad, algunos neumáticos de maquinaria de ingeniería a gran escala han adoptado cordones compuestos. En los últimos años, se han desarrollado con éxito nuevos rellenos como negro de humo de alta estructura, negro de humo nanoestructurado, sílice y rellenos de doble fase de negro de humo-sílice. Con la premisa de mantener baja la resistencia a la rodadura del caucho de la banda de rodadura del neumático, mejora la resistencia al desgaste del neumático, mejora el rendimiento general del neumático y promueve el desarrollo de neumáticos ecológicos.
(1) Negro de humo
a) Negro de humo de alto rendimiento y baja pérdida por histéresis
El negro de humo de alto rendimiento se caracteriza por un tamaño de partícula y una estructura pequeños Adecuado, distribución estrecha del tamaño de partículas del agregado, alta actividad superficial, mientras que el negro de humo de baja pérdida por histéresis se caracteriza por una alta estructura, una amplia distribución del tamaño de las partículas del agregado y una alta actividad superficial.
b) Negro de humo nanoestructurado
El negro de humo nanoestructurado se produce mediante un método de horno mejorado. El negro de humo nanoestructurado tiene mayor rugosidad superficial y actividad que el negro de humo tradicional. La mayor actividad superficial está relacionada principalmente con partículas cristalinas más pequeñas con enlaces cruzados altamente desordenados. Esta partícula cristalina tiene una gran cantidad de aristas, lo que se convierte en un campo activo con alta energía superficial y tiene una fuerte interacción con el polímero.
(2) Sílice
La sílice es un polvo amorfo o polvo flóculo altamente disperso con alto aislamiento eléctrico, porosidad y absorción de agua. ¿Su tamaño de partícula original es inferior a 3? m, por lo que la superficie específica es grande. La banda de rodadura utiliza un sistema especial de polímero y sílice/silano para lograr una alta tracción y un rendimiento de frenado en mojado y reducir la resistencia a la rodadura. En el mercado europeo de neumáticos originales para automóviles, el número de neumáticos con sistemas de llenado de sílice/silano en sus bandas de rodadura ha alcanzado más del 80%. La enorme mejora en el rendimiento de los neumáticos de invierno modernos se debe principalmente al uso de sistemas de sílice/silano en el compuesto de la banda de rodadura. En los neumáticos de camiones se utiliza sílice especial altamente dispersada combinada con negro de humo de partículas finas de alta estructura para reducir la resistencia a la rodadura y al mismo tiempo mantener la resistencia al desgaste.
(3) Relleno bifásico de negro de humo y sílice
El relleno bifásico de sílice y negro de humo mejora la interacción entre el elastómero y el relleno, pero reduce la interacción entre rellenos. Puede reducir en gran medida la resistencia a la rodadura de los neumáticos y mejorar la tracción sin reducir la resistencia al desgaste del negro de humo tradicional [20].
(4) Un nuevo relleno a base de almidón (BoT red)
BoT red es un nuevo relleno a base de almidón. Primero, los derivados del almidón de maíz se extraen del maíz, se convierten en microgotas y luego se procesan en rellenos de biopolímeros. BoT red es una partícula esférica, lo que facilita minimizar la energía mecánica y reducir la resistencia a la rodadura. En comparación con la generación anterior, los neumáticos verdes GT3 de Goodyear fabricados con BoT rojo tienen una mejora del 5% en la resistencia al hidroplaneo, una reducción de peso de 100 g y una reducción del 10% en la resistencia a la rodadura.
(5) Fibras cortas
El impacto de las fibras cortas aplicadas a las bandas de rodadura de los neumáticos sobre la resistencia a la rodadura de los neumáticos incluye principalmente los dos aspectos siguientes: a) Mejorar la rigidez del neumático para que el el neumático puede Durante el proceso, la cantidad de hundimiento bajo la misma carga se reduce significativamente, es decir, se reduce la deformación del neumático, reduciendo así la resistencia a la rodadura b) El uso de fibras cortas en el caucho de la banda de rodadura no solo puede mejorar; la rigidez de la banda de rodadura, pero también reduce en consecuencia el coeficiente de fricción de la banda de rodadura y la resistencia a la rodadura.