北京化工大学弹性体 风神轮胎实习报告Word下载.docx
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橡胶纳米填料的应用研究发展迅速。
已研究用于橡胶的纳米化工填料主要有纳米粘土、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙，炭黑一白炭黑双相纳米填料，纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米四氧化三铁，纳米丙烯酸金属盐、碳纳米管和纳米级纤维。
橡胶纳米填料目前主要用于补强和改善橡胶的力学性能．但它也能给复合材料带来一些新功能，如加速聚合物生物降解。
提高热可逆材料的机械稳定性，阻燃，增进聚合物间相容性和导电、抗菌、防辐射等。
3，氧化石墨烯橡胶纳米复合材料
a,石墨烯的制备：
单层石墨烯，二到三层的石墨烯，几层石墨烯。
b,GO等份数替代白炭黑填充SBR性能研究
c,氧化石墨烯与白炭黑并用填充丁苯橡胶，机理
d,氧化石墨烯与炭黑并用在工程轮胎胎面胶的应用
以上就是我从讲座上了解到的内容，感谢温世鹏老师给我们带来精彩的讲座，谢谢！
1.3天然橡胶及其工业应用
9．16，今天给我们进行第三个专题讲座的是王润国老师。
王老师年轻有为，讲课方式风趣幽默，深入浅出，我们非常喜欢他。
王老师主要从两方面给我们讲解了天然橡胶及其工业应用。
一天然橡胶发展简史及现状
1，南美洲印第安人早在公元前1600年前就知道使用天然胶乳制造器具——橡胶球。
1493-1496年，哥伦布第二次到达美洲，看到海地人玩的用橡胶树浆液制成的球从地上弹跳起来，将其当“奇珍异宝”带回了欧洲，使欧洲人第一次认识了橡胶这种物质。
人们后来发现这种作弹性球能够擦掉铅笔的痕迹，因此给它起了一个很普通的名字“擦子（Rubber）”。
2，1735～1743年，法国科学家康达敏从秘鲁带回有关橡胶树的详细资料，出版了《南美洲内地旅行记略》，书中详述了橡胶树的产地、采集乳胶的方法和橡胶的利用情况，使欧洲人进一步思考橡胶的利用问题。
1826年，英国人汉考克发明了双辊开炼机，用此设备可以将各种助剂混入橡胶中。
1839年，美国化学家固特异尔偶然中发明了橡胶的硫化，解决了橡胶遇热变软发粘的缺点，制造出了世界第一双橡胶防水鞋。
这两项发明使橡胶的应用得到了突破性的进展，奠定了橡胶加工业的基础。
1888年，苏格兰兽医邓禄普发明了世界第一条充气轮胎，他的儿子使用装备这种轮胎的自行车赢得了自行车赛的冠军。
随着橡胶工业的发展，野生橡胶产量不能满足需求。
1876年，英国人魏克汉从巴西引种橡胶树，开始了橡胶人工种植的时代。
3，20世纪合成橡胶的发展：
1826年，MichaelFaraday用化学法分析了天然橡胶的组成，确定了其组成实验式C5H8；
1860年，GrevilleWilliams裂解天然橡胶分离了单体——异戊二烯；
1910年，Bayer公司以二甲基丁二烯为单体生产了甲基橡胶；
1932年，前苏联实现了合成丁钠橡胶的工业化。
20世纪30年代：
丁苯、丁腈、氯丁橡胶工业化。
20世纪50年代：
Zeiglar-Natta发明定向聚合；
乙丙、顺丁、异戊橡胶开始工业化。
20世纪60年代，航空航天和军工科技的发展推动了特种橡胶工业的前进。
20世纪60年代末～70年代初，第三代橡胶——热塑性弹性体出现。
热塑性弹性体在常温下表现出硫化橡胶的综合特性，在高温下具有可塑性，可采用塑料的加工工艺。
20世纪80年代～90年代初，集成橡胶（SIBR）——1984年德国合成。
1990年Goodyear橡胶轮胎公司将SIBR用于制造轮胎。
4，现代社会和工业的运转完全要以来橡胶制品：
没有橡胶轮胎汽车就不能在公路上飞驰；
工业生产中使用橡胶输送带高效传输物料；
发动机产生的动力也需要橡胶传动带传递。
在人类日常生活中的方方面面都需要橡胶制品。
橡胶材料及其制件的好坏对一些高技术装备的可靠性和安全性有重大的影响：
如：
挑战者
协和式飞机
在美国土星火箭和我国歼-11B战机的机械故障中，有接近40%是因橡胶部件损坏造成的。
综上所述，橡胶被认为是现代社会继石油、铁矿和有色金属之后的第四大战略资源。
二弹性体材料的未来发展趋势
1，通过生物和基因工程扩展天然橡胶的种植面积。
银色橡胶菊生长在墨西哥北部及美国西南部一带，可在荒漠干旱地区种植。
2，通过分子设计合成具有理想性能的新型橡胶材料
3，寻找新的反应单体，获得性能更好的弹性体材料
4，一体化弹性体材料。
5，弹性体材料的功能化
6，橡胶工业可持续发展面临的挑战：
资源，节能，回收。
以上就是我从讲座上了解到的内容，感谢王润国老师给我们带来精彩的讲座，谢谢！
2轮胎生产工艺报告
2.1公司概况
2.1.2公司介绍
风神轮胎股份有限公司创建于1965年，是中国化工集团公司（央企）旗下最大轮胎制造、出口基地，是国家520家重点国有企业。
2011年公司销售收入100亿元，品牌价值59.17亿元。
世界轮胎75强排名第23位，跻身中国制造业500强第358位，中国化工500强第24位，中国轮胎制造业100强第6位，中国轮胎行业唯一出口免验资格。
公司主要生产“河南”牌、“风神”牌7大系列600多个规格品种的工程机械轮胎、全钢载重子午线轮胎、工程子午胎、斜交载重汽车轮胎、特种轮胎，产品畅销海内外140多个国家和地区。
2.1.3公司主要产品
全钢载重子午胎，全钢子午工程胎，斜交工程胎3大类，主要适用于中，重型货车，客车，轻型卡车。
主要客户为东风汽车，厦工，龙工，柳工等运输，工程车辆的主力配套产品，营销网遍布全国各个省市，并出口到美洲，欧洲，非洲货车，客车，轻型卡车。
主要客户为东风汽车，厦工，龙工，柳工等运输，工程车辆的主力配套产品，营销网遍布全国各个省市，并出口到美洲，欧洲，非洲。
2.1.3.1全钢子午载重胎
型号有：
HN08，ASR35等，适用于导向轮和驱动轮，适合在矿山等极坏和非铺装路面上使用；
具有优异的驱动性和制动性；
特殊的胎面胶配方，具有优异的耐刺扎性能。
2.1.3.2全钢子午工程胎
AE77，A2259等，适用于导向轮和驱动轮，适合在矿山等极坏和非铺装路面上使用；
具有优异的驱动性和制动性；
特殊的胎面胶配方，具有优异的耐刺扎性能。
2.1.3.3半钢轿车子午胎
AL01，AS02，适用于自卸车的驱动轮上，适合在建筑工地之类路面和短途运输；
泥花纹（M+S）设计，具有优异的牵引性能；
加强胎圈设计，承载能力更强。
2.1.3.4斜交工程胎
代表产品有LH系列，适用于自卸车的驱动轮上，适合在建筑工地之类路面和短途运输；
雪泥花纹（M+S）设计，具有优异的牵引性能；
2.2炼胶
2.2.1炼胶工艺流程
终炼胶
图1.炼胶工艺流程
2.2.2炼胶原材料简介（五大体系）
2.1.1生胶体系：
天然橡胶（SMR20#STR20#SIR20#）、合成橡胶（顺丁橡胶丁苯橡胶异戊橡胶溴化丁基橡胶）
2.1.2补强和填充体系：
炭黑，白炭黑，陶土
2.1.3硫化体系:
硫化剂，促进剂，活性剂和防焦剂
2.1.4防护和老化体系：
防护蜡
2.1.5软化和增塑体系：
子午胎用的是增塑剂A和ZD-4和解塑剂B
2.1.6加料顺序：
（1）塑炼胶、母炼胶、再生胶
（2）氧化锌、硬质酸
（3）促进剂、防老剂
（4）补强填充剂
（5）软化剂
（6）硫黄
2.2.3塑炼
目的：
适当的降低橡胶（生胶）的黏度和弹性，有利于加工，提高粘着性，增加胶料均匀性。
本质：
塑炼的本质是橡胶大分子链断裂分子量降低的过程。
机理：
一是机械作用使分子链断裂；
二是氧的作用使分子链氧化断链，橡胶在塑炼过程中，低温时以机械断裂为主，高温时以氧化断裂为主。
工艺条件控制：
●转子转速：
一定范围内，塑炼胶的可塑炼度随转子的转速的增加而增大。
●温度：
塑炼效果随温度升高而增大，但温度过高会导致橡胶分子过度降解，使得物理机械性能下降。
●时间：
生胶的可塑度随在密炼机中塑炼时间的增加而不断增大。
●装胶容量：
必须有正确的装胶容量，容量过小，生胶会在密炼室内打转，不能获得有效塑料，过大，会使设备超负荷运转，损伤机器。
●压力：
塑炼效果在一定范围内随压力增加而增大。
●化学塑炼剂：
密炼机高温堆化学增塑剂有促进作用。
2.2.4混炼
为了提高橡胶使用性能、改进工艺性能和降低成本，要在橡胶中添加各种配合剂。
炭黑被生胶和软化剂浸润和分散；
表面活性剂、偶联剂等与填料发生物化作用，促进其在基体中的分散和界面结合、稳定分散状态；
软化剂、增塑剂等溶胀橡胶，降低橡胶分子缠结和相互作用；
机械剪切力导致橡胶大分子断裂、分子量降低，可塑度提高。
a）装料容量：
60-70%（关键）
b）加料顺序：
生胶→硬脂酸、活化剂→炭黑→软化剂→硫化和促进剂
炭黑+软化剂（1：
1~1.2）先混入，然后再将剩余炭黑加入
c）上顶栓压力4MPa（关键）
d）转子转速40r/min
e）混炼温度（排胶温度120-130℃，最高160℃）
f）混炼时间10min（关键）
g）母炼胶停放时间不少于4h
2.2.5炼胶车间布局:
图2.炼胶工艺流程示意图
2.2.5.1三楼车间：
加小料设备：
停用料仓、各种小料存放仓（TMQ、KOPESLM、6PPD、B型微晶蜡B型微晶蜡、硬脂酸等）、回收仓。
物料存放间
加小料区
原料区
乘料区
图3.三楼车间布置图
2.2.5.2二楼车间：
此车间主要有密炼设备，橡胶通过在此通过塑炼，母炼和终炼工艺。
通过三楼盛料系统，由
风神密炼车间MES系统管控系统精切控制取料量，进入二层小料取料区按配方量取配合剂，运往密炼区与生胶进行混炼。
胶料通过一楼的空气冷却系统把胶料运往胶料接料区。
终炼区
小料取料区
胶料接料区
密炼区混炼
图4.二楼车间布置图
2.2.5.3一楼车间（分段炼胶）
胶料通过二层密炼区进入一楼挤出机，挤出后进入到开练机进行返炼，经过冷却装置冷却后返回二层胶料接片区堆放。
存料区
一段塑料
二段塑炼
图5.一楼车间布置图
2.2.6炼胶设备
图6.炼胶设备
图7.设备图
2.3成型车间
2.3.1成型车间工艺流程图：
图8.成型车间工艺流程图
工艺流程：
胎面压出→胎面接头→帘布裁断→三辊压延→钢圈压出→钢圈包布→帘布贴合→胎坯成型
成型工艺原理：
从工艺操作来说，成型工艺的一般原理是按轮胎设计的施工以及成型工艺操作规程的要求，通过成型机的正确运作，将外胎各种半成品部件，如帘布桶、钢圈、缓冲层、胎面、子口布等，贴合、压实制成外胎胚的工艺过程，成型按操作方法可分为层贴法、套筒法和混合法。
生产线组成：
八台LCZ-3一次性成型机和五台VMI四股成型机组成。
LCZ-3一次性成型机是两股成型机，由主机、辅机和电气系统组成。
主机由胎侧，内衬层，钢丝包布，胎体帘布，垫胶支架和成型鼓组成，辅机由带束层、胎面供料装置和金属贴合组成，成型鼓和副鼓分别贴合部件，然后副鼓组合件通过传递环将胎面组合件传递到成型鼓上复合，充气，压合，反包并形成胎坯。
VMI四鼓成型机由主机，辅机，两机成鼓，液压装置，两传递环和电气系统组成。
主机由胎侧，内衬层，钢丝包布，胎体帘布，供料装置和主机胎体鼓组成，侧机由带束层，胎冠供料装置和金属贴合鼓组成，胎体和副鼓用于贴合部件，通过胎体传递环和带束层传递环传递到机械上复合，充气，压合并形成胎坯。
2.3.2胎面压出
胎面压出又称挤出，是橡胶工业的主要工艺之一。
它是至利用压出机，使胶料在螺杆或活塞推动下，连续不断的向前运动，然后借助于口型压出各种具有一定形状的半成品，以完成造型或者其他作业的工艺过程。
图9.胎面压出图
2.3.3帘布压延
压延是胶料通过压延机辊筒的间隙，使胶料在压力的作用下延展成具有一定厚度、宽度、断面形状的胶片，或者在纺织材料、金属表面进行挂胶的工艺过程。
压延是一项精细的工艺过程，它直接影响着产品的质量和原材材料的消耗，在橡胶制品加工中占有很重要的地位。
图10.帘布压延图
工艺设备：
风神轮胎厂全钢子午胎厂用压延机为德国艾可力鲁道夫公司生产的四辊钢丝压延机，带有温控和自动测厚装置，速比能轻易设定。
工艺参数：
理论上提高温度会增加胶料与钢丝的渗透性，辊温应控制在80-95℃之间。
温度不宜过高，否则易造成过多的气泡和帘布喷霜。
工艺注意事项：
钢丝帘布常见质量问题为劈缝、钢丝重叠、表面不平、露线等。
产生原因主要有以下几个：
胶料温度不均、粘度不均；
胶片厚度不符合规定；
压延速度不稳定；
胶片和辊筒间有气泡等。
2.3.4裁断工序
钢丝裁断工序就是将钢帘布裁成具有一定角度和宽度的部件，如胎体帘布、带束层和钢丝包布。
钢丝帘布裁断工艺是子午生产的特有工艺。
钢丝帘布裁断的精度，接头的质量对子午胎的质量与性能有着举足轻重的影响。
裁断工序由两台90°
钢丝胎体帘布裁断机和三台15-45°
裁断机组成。
帘卷布导开→撕聚乙烯垫布→两边各切掉1-2根钢丝→帘布两边加热→定长裁断→90°
转向→拼接→铁胶片或包边→卷取
工艺要点：
A.裁切过程中一定要随时检查裁刀裁切情况和卷取的情况，发现帘布或胶片裁切的不整齐或卷取的不合格，要立即停机整改；
B.裁好的帘布或胶片要架空竖放。
2.3.5胎圈工序
胎圈工艺，是将胎圈钢丝通过卷成一定断面形状的半成品，胎圈要保持汽车行驶的稳定性，要保证汽车功率的传递和无内胎的气密性，因此，胎圈制造要严格控制其截面几何形状在最小的公差范围内。
载重子午线轮胎的胎圈制造多是将单根钢丝经过压挂胶，在钢丝卷成盘上缠绕成具有一定断面形状的钢丝在外面螺旋缠绕上单层纤维包不，然后贴上三角胶芯。
钢丝开包→上法兰盘→压出挂胶→牵引储线→卷成→包布→半硫化→浸胶→贴胶芯。
使用设备：
钢丝圈制造所用的设备，有上法兰盘装置，钢丝圈挤出。
卷成联动线，包布纵裁机，包布重缠机，钢丝圈包布机，三角胶芯贴合机等。
1.钢丝圈制造的质量关键是钢丝挂胶。
在生产中，除要保证压出机头有恒定的温度外，还要调整好挤出螺杆的速度和钢丝牵引速度的匹配，避免出现挂胶钢丝的漏铜现象；
2.胎圈钢丝大卷到生产区后，必须停放24小时以上，才允许打开原包装，钢丝开包后严防灰尘和油污沾染钢丝，影响钢丝和胶料的粘合。
在钢丝圈过程中要严格控制温度和湿度；
2.3.6最终成型
外胎成型就是将准备好的内衬层、胎体帘布、钢丝圈、子口布、胎肩垫胶、胎冠、胎侧、带束层等各种半成品部件在成型机上按一定标准要求通过一定工艺措施组合成胎坯。
辅助鼓：
1#、2#、3#带束层—0º
带束层—胎面—夹持环；
主鼓：
胎侧—内衬层—钢丝包布—胎体帘布—胎圈—垫胶—膨胀—夹持环—胎侧反包—卸胎。
一次法成型机是用一台机器完成成型全过程。
由各种部件供料装置、机箱、灯光标尺、传递环、钢丝圈夹持环、后压辊、带束层贴合机、主机成型鼓等结构组成。
1.成型厂房的温度要严格控制在22±
2℃，相对湿度在45±
5%，要严格控制粉尘飞扬，防止阳光中紫外线照射，否则会影响部件之间的粘合性能；
2.带束层/胎面贴合鼓、传递环、主机成型鼓三者之间的中心线一致；
半成品从供料架上导出到成型鼓上组合时的对中度；
部件在机头上两边对称度要控制在技术规定的公差范围内；
3.要严格控制各种半成品的存放时间和环境，帘布等半成品存放时间过长，表面会产生喷霜，影响粘合，胶料部件放置时间较长，还会出现收缩不一致等现象；
4.各种半成品部件必须符合规定要求，不允许有焦烧、疙瘩、划痕、杂物、气泡、不
粘、落地等现象存在。
凡是用塑料垫布的部件必须撕净，不许有残片留在半成品上；
2.4内胎车间
内胎工艺：
内胎是充气轮胎的重要组成部件，通常在70~120c的温度或更高的条件下工作，应具有足够的气密性与强度。
充气时内胎各部位承受着不同的变形，外径部位承受伸张变形，折合部位承受压缩变形，断面方向也承受伸张变形。
内胎装配于外胎内，若充气时得不到充分的伸张就会打折，在内壁较薄或者所用胶料永久变形过大时，打折现象更加明显，若伸张过大又会降低使用寿命。
在确定内胎内径时应注意的是，内胎的直径至少比胎趾直径大2mm，以免往轮辋上装配时，内胎夹入胎圈与轮辋间。
下图为内胎设计断面图。
图11.内胎设计断面图
内胎工艺流程：
胶料热炼→过滤→压出成品胎筒→检查→上气门嘴→接头→定型→硫化→内胎成品
内胎注意事项：
砂眼，气泡，杂质，接头压力薄或裂口，打折，气门嘴缺陷等。
故在生产过程中要严格控制每道工序，严格把关每一部件的质量。
2.5斜交轮胎
斜交轮胎骨架结构：
图12.斜交轮胎骨架结构
斜交轮胎又称普通结构轮胎。
指胎体帘布层和缓冲层相邻层帘线交叉，且与胎面中心线呈小于90℃角排列的充气轮胎。
这种轮胎纵向刚性好，适于在普通路面中速行驶。
斜交轮胎是一种老式结构的轮胎。
外胎是由胎面、帘布层（胎体）、缓冲层及胎圈组成，帘布层是外胎的骨架，用以保持外胎的形状和尺寸，通常由成双数的多层挂胶布（帘布）用橡胶贴合而成，帘布的帘线与胎面中心线约呈35度角，从一侧胎边穿过胎面到另一侧胎边。
2.6子午轮胎
子午线轮胎结构从胎体帘线排列方向来说，与普通斜交轮胎结构相比有着本质上的区别。
一般斜交胎胎体帘线各层间排列彼此交叉，并与胎冠中心线形成一定的角度（约40°
～50°
），而子午线轮胎的胎体各帘布层间帘线相互平行呈径向排列，与胎冠中心线成90°
夹角，胎体通常只需一、二层或层数较少的帘布组成，子午线轮胎的胎冠部分也与斜交轮胎不同，它需用二层以上的多层结构带束层来束缚轮胎的周向变形，决定轮胎形状并承受着主要应力，如载重子午胎带束层承受60-75%的应力，[1]而斜交胎主要是胎体承受80-90%的应力。
带束层的材料一般采用刚性大，伸长小，强度高的钢丝或织物帘线作为受应力的主要工作层，帘线排列角度接近周向（约为15°
～20°
）。
子午线轮胎优点：
（1）转向性能好，提高操纵稳定性[2]。
这是子午线轮胎最主要是胎体产生侧向移动，这都是由于子午胎的带束层帘线呈周向排列，提高了轮胎的周向刚度，使在同样的侧向力作用下产生较小的偏离角和较高的回正力距，从而提高了车辆的操纵稳定性。
（2）滚动阻力小，降低肥耗，节省燃料，这也是由于子午胎结构特点胎体层数少，带束层刚性高而变形小，使轮胎内部摩擦大大减小。
（3）耐磨性能好，由于子午胎带束层的刚度大，使胎面的平稳性能得到明显改善，大大减少了轮胎表面和地面接触时的相对运动。
另外，子午胎冠部不产生横向纵向收缩，大大减少了花纺块移动和地面之间的摩擦，与斜交胎相比约减少一半的磨损率。
（4）耐疲劳性能好，由于子午胎内摩擦小，行驶中生热低，提高了耐疲劳性能，延长了轮胎的使用寿命，并可进行多次翻新。
（5）高速性能好，由于子午胎结构带束层刚性大，因此出现驻波的临界速度明显高于斜交胎，另外对子午胎具有较高的回正力矩和侧向力，保证了高速行驶下的安全性。
（6）乘坐舒适性好，子午胎胎体帘线为径向排列，呈现出良好的胎侧柔软性，能充分吸收从地面上传递来的振动，发挥充气轮胎的最佳缓冲性。
子午胎的侧向刚度和垂直刚度可以相对独立地进行调节。
使胎侧与胎冠各自发挥应有的作用，因此非常容易提高行驶稳定性和乘坐舒适性。
（7）提高在干、湿路面上的牵引力和抓着力，由于采用子午线轮胎结构，对接地面的单位压力分布均匀，从而充分地利用接地面积，提高了胎面纵向和横向的附着力。
子午轮胎载重构件：
子午线轮胎从所采用的帘线来分类，可分为钢丝子午线轮胎和纤维子午线轮胎两种。
一般载重胎采用钢丝胎体子午线为多，详细构造分别介绍如下：
（1）载重子午线轮胎构造载重子午线轮胎多数采用单层钢丝帘布构成胎体，亦可为多层纤维帘布组成胎体。
如人造丝、尼龙、芳纶等。
带束层一般由三至四层钢丝帘布组成，胎体与带束层之间有中间胶和肩垫胶相隔，胎圈部份由钢丝胶、上下三角胶芯钢丝包布加强层
和子口护胶等部件构成。
图为载重子午胎轮胎断面。
图13.载重子午线轮胎构造
1胎面胶；
2胎面基部胶；
3带束层；
4胎肩垫胶；
5胎体帘布层；
6胎侧胶；
7填充胶；
8上三角胶芯；
9下三角胶芯；
10子口加强层；
11钢丝圈；
12子口护胶；
13胎里内衬胶。
（2）轿车子午线轮胎构造轿车子午线轮胎一般由一至二层纤维帘布组成胎体，而胎冠部份的带束层由二层钢丝帘布层，有时加一至二层尼龙帘布层叫冠带，加有尼龙帘布顶层的带束层结构可提高轿车胎的高速度性能。
胎圈部份由钢丝圈、复合硬胶芯和子口护胶等构成。
图为轿车子午胎轮胎断面图。
子午线轮胎分类：
1.全钢子午线轮胎：
胎体，带束层全为钢丝，且帘线只用一层；
2.半钢丝子午线轮胎：
胎体为纤维，带束层为钢丝，帘线层比斜交胎少；
3.全纤维子午线轮胎：
胎体，带束层全为纤维。
图14.子午线轮胎
2尼龙帘布带束层；
3钢丝帘线带束层；
4胎体帘布层；
5胎侧胶；
6三角胶芯；
7钢丝圈；
8子口护胶；
9胎里内衬胶
斜交胎与子午胎的结构比较：
1.结构特征比较：
表1.结构特征比较
2.应力与变形特点：
图15.应力与变形特点
A.在充气状态下
a.斜交轮胎胎体各层帘线交叉排列成菱形，缓冲层的角度与胎体层帘线角度相似。
胎体为主要受力部件，承担内压应力的80～90%，决定轮胎的形状。
子午线轮胎胎体帘线相互平行，帘线角度为90º
，带束
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