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輪胎為什么都是黑色的?橡膠硫化工藝對輪胎有什么影響?

   2023-05-25 10480
核心提示:最開始的輪胎都是白色或者淡黃色的。為啥是白色的?不是現(xiàn)在的黑色。原因很簡單,因為天然橡膠本來就是乳白色/淡黃色的,而早期
最開始的輪胎都是白色或者淡黃色的。


為啥是白色的?不是現(xiàn)在的黑色。


原因很簡單,因為天然橡膠本來就是乳白色/淡黃色的,而早期直接用橡膠做輪胎,自然剛開始的輪胎也是白色的。但這種白色輪胎的強(qiáng)度低,且耐磨度極差,開不了多久就得更換。


這種感覺就是早期的運動鞋的鞋底子,如果經(jīng)常跑步,磨損特別快。哪怕不跑,風(fēng)吹日曬下,時間長了就容易老化,皸裂。


剛開始的橡膠輪胎都屬于是富人專用,因為是易耗品,一般都只能跑6000-8000公里,出去溜達(dá)多點的,一個月不到就得換四條胎,是真真實實的不是富人開不起車,換不起輪胎。而現(xiàn)在的汽車輪胎,好一點的基本都可以跑6-8萬公里,6-8年才需要更換。


其實,現(xiàn)在汽車類的橡膠制品,送過來的橡膠原料還是白色的。


不過后期增加了多個工序,提高耐磨,提高耐腐蝕度,提高強(qiáng)度等。


比如加入炭黑,硫化等工序,橡膠由白變黑的過程中可以有效提高生橡膠的各項物理/化學(xué)參數(shù)。


今天就主要給大家介紹一下輪胎的硫化工藝。


橡膠的硫化原理


橡膠的硫化就是通過橡膠分子間的化學(xué)交聯(lián)作用將基本上呈塑性的生膠轉(zhuǎn)化成彈性的和尺寸穩(wěn)定的產(chǎn)品,硫化后的橡膠的物性穩(wěn)定,使用溫度范圍擴(kuò)大。“硫化過程(Curing)”一詞在整個橡膠工業(yè)中普遍使用,在橡膠化學(xué)中占有重要地位。橡膠分子鏈間的硫化(交聯(lián))反應(yīng)能力取決于其結(jié)構(gòu)。


不飽和的二烯類橡膠(如天然橡膠、丁苯橡膠和丁腈橡膠等)分子鏈中含有不飽和雙鍵,可與硫黃、酚醛樹脂、有機(jī)過氧化物等通過取代或加成反應(yīng)形成分子間的交聯(lián)。


飽和橡膠一般用具有一定能量的自由基(如有機(jī)過氧化物)和高能輻射等進(jìn)行交聯(lián)。含有特別官能團(tuán)的橡膠(如氯磺化聚乙烯等),則通過各種官能團(tuán)與既定物質(zhì)的特定反應(yīng)形成交聯(lián),如橡膠中的亞磺酰胺基通過與金屬氧化物、胺類反應(yīng)而進(jìn)行交聯(lián)。


硫化過程的四個階段


膠料在硫化時,其性能隨硫化時間變化而變化的曲線,稱為硫化曲線。從硫化時間影響膠料定伸強(qiáng)度的過程來看,可以將整個硫化時間分為四個階段:硫化起步階段、欠硫階段、正硫階段和過硫階段。


1)、硫化起步階段(又稱焦燒期或硫化誘導(dǎo)期)


硫化起步的意思是指硫化時間膠料開始變硬而后不能進(jìn)行熱塑性流動那一點的時間。硫起步階段即此點以前的硫化時間。在這一階段內(nèi),交聯(lián)尚未開始,膠料在模型內(nèi)有良好的流動性。膠料硫化起步的快慢,直接影響膠料的焦燒和操作安全性。這一階段的長短取決于所用配合劑,特別是促進(jìn)劑的種類。用有超速促進(jìn)劑的膠料,其焦燒比較短,此時膠料較易發(fā)生焦燒,操作安全性差。在使用遲效性促進(jìn)劑(如亞磺酰胺)或與少許秋蘭姆促進(jìn)劑并用時,均可取得較長的焦燒期和良好的操作安全性。但是,不同的硫化方法和制品,對焦燒時間的長短亦有不同要求。在硫化模壓制品時,總是希望有較長的焦燒期,使膠料有充分時間在模型內(nèi)進(jìn)行流動,而不致使制品出現(xiàn)花紋不清晰或缺膠等到缺陷。在非模型硫化中,則應(yīng)要求硫化起步應(yīng)盡可能早一些,因為膠料起步快而迅速變硬,有利于防止制品因受熱變軟而發(fā)生變形。不過在大多數(shù)情況下仍希望有較長的焦燒時間以保證操作的安全性。


2)、欠硫階段(又稱預(yù)硫階段)


硫化起步與正硫化之間的階段稱為欠硫階段。在此階段,由于交聯(lián)度低,橡膠制品應(yīng)具備的性能大多還不明顯。尤其是此階段初期,膠料的交聯(lián)度很低,其性能變化甚微,制品沒有實用意義。但是到了此階段的后期,制品輕微欠硫時,盡管制品的抗張強(qiáng)度、彈性、伸長率等尚未達(dá)到預(yù)想的水平,但其抗撕裂性耐磨性和抗動態(tài)裂口性等則優(yōu)于正硫化膠料。因此,如果著重要求后幾種性能時,制品可以輕微欠硫。


3)、正硫階段


大多數(shù)情況下,制品在硫化時都必須使之達(dá)到適當(dāng)?shù)慕宦?lián)度,達(dá)到適當(dāng)?shù)奈衣?lián)度的階段叫做正硫化階段,即正硫階段。在此階段,硫化膠的各項物理機(jī)械性能并非在同一時都達(dá)到最高值,而是分別達(dá)到或接近最佳值,其綜合性能最好。此階段所取的溫度和時間稱為正硫化溫度和正硫化時間。


正硫化時間須視制品所要求的性能和制品斷面的厚薄而定。例如,著重要求抗撕裂性好的制品,應(yīng)考慮抗撕強(qiáng)度最高或接近最高值的硫化時間定為正硫化時間;要求耐磨性高的制品,則可考慮磨耗量小的硫化時間定為正硫化時間。對于厚制品,在選擇正硫時間時,尚需將“后硫化”考慮進(jìn)去。所謂“后硫化”,即是當(dāng)制品硫取出以后,由于橡膠導(dǎo)熱性差,傳熱時間長,制品因散熱而降溫也就較慢,所以它還可以繼續(xù)進(jìn)行硫化,特將它稱為“后硫化”?!昂罅蚧睂?dǎo)致的抗張強(qiáng)度和硬度進(jìn)一步增加,彈性和其它機(jī)械性能降低,制品的使用壽命因之受到損害。所以,制品越厚就越應(yīng)將“后硫化”考慮進(jìn)去。在一般情況下,可以根據(jù)抗張強(qiáng)度最高值略前的時間或以強(qiáng)伸積(抗張強(qiáng)度與伸長率的乘積)最高值的硫化時間定為正硫化時間。


4)、過硫階段


正硫階段之后,繼續(xù)硫化便進(jìn)入過硫階段。這一階段的前期屬于硫化平坦期的一部分。在平坦期中,硫化膠的各項物理機(jī)械性能基本上保持穩(wěn)定。當(dāng)過平坦期之后,天然橡膠和丁基橡膠由于斷鏈多于交聯(lián)出現(xiàn)硫化返原現(xiàn)象而變軟;合成橡膠則因交聯(lián)繼續(xù)占優(yōu)勢和環(huán)化結(jié)構(gòu)的增多而變硬,且伸長率也隨之降低,橡膠性能受到損害。


硫化平坦期的長短,不僅表明膠料熱穩(wěn)定性的高低,而且對硫化工藝的安全操作以及厚制品的硫化質(zhì)量的好壞均有直接影響。


對于硫黃硫化而言,硫化平坦期的長短,在很大程度上取決于所用促進(jìn)劑的種類和用量。用有超速促進(jìn)劑(如TMTD)的膠料,在硫化開始以后,由于它迅速失去活性,交聯(lián)鍵的斷裂得不到補(bǔ)充,引起硫化平坦期縮短。如果交聯(lián)鍵的熱穩(wěn)定性差,則易產(chǎn)生硫化返原現(xiàn)象。當(dāng)交聯(lián)鍵的鍵能較高時,即使使用超速促進(jìn)劑也能獲得較長的硫化平坦期,使用低硫高促體系,便能達(dá)到這一目的。增高硫化溫度,裂解比交聯(lián)的速度增加得更快,硫化返原傾向越強(qiáng),硫化平坦期也越短。所以采用高溫硫化時,必須選取能使硫化平坦期較長的促進(jìn)劑。使用超速促進(jìn)劑時,要求硫化溫度低,否則硫化平坦期將縮短到甚至不能防護(hù)可能發(fā)生的過硫。


經(jīng)過了一系列工序后,輪胎橡膠由白轉(zhuǎn)黑,耐磨性,拉伸強(qiáng)度,抗撕裂強(qiáng)度都大大提高。


所以現(xiàn)在的輪胎基本都是黑色的,但如果要說有沒有彩色或者白色的輪胎呢,也有,那就是后期在加有顏色的添加劑了。不過也很少用在汽車輪胎上,更多用在了自行車輪胎上。


因為自行車的承重小,耐磨也不需要像汽車輪胎那么強(qiáng),要保障大幾萬公里的磨損,所以彩色輪胎在自行車上面還是比較常見的。


文章來源: 平淡人生a9 ,隨性自由的溪水jC,橡膠技術(shù)網(wǎng)
 
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