RFL 浸胶和橡胶的粘合机理.docx

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RFL浸胶和橡胶的粘合机理

RFL浸胶和橡胶的粘合机理

ADHESIONOFRFL-TREATEDCORDSTORUBBER

NEWINSIGHTSINTOINTERFACIALPHENOMENA

RFL浸胶帘线与橡胶的粘合

对粘合界面的最新认识

Chapter1Introduction:

cord-rubbercomposites

Abriefintroductionisgivenabouttheimportanceofcord-rubbercomposites.Theexampleofacar-tyreshowsthatthecordscarryalltheloadsthatatyreissubjectedto;thisisillustratedbyacomparisonbetweenbiasandradialtyres.Theadhesionbetweencordsandrubberisveryimportantwithregardtosafetyaswellasdurabilityoftyres.Inthischapter,theobjectiveoftheprojectisdefinedandadescriptionofthesetupofthethesisisoutlined.

第一章简介帘线-橡胶的复合体

本节简单介绍了帘线-橡胶复合体的重要性：

比如，汽车轮胎，帘线承载轮胎的所有负荷，帘线与橡胶之间的粘合力对轮胎的使用寿命、安全性能非常重要，本章将简述项目的目标和本论文的结构。

1.1INTRODUCTION引言

Cord-rubbercompositescanbefoundineverydaylife.Examplesofapplicationsarecar-andbicycletyres,high-pressurehosesandconveyorbelts.Someessentialunder-the-hoodapplicationsaremadeofcord-rubbercompositesaswell:

timingbelts,V-beltsandradiatorhosesareexamples.Byfarthelargestofalltheseexamplesisthecartyre.Theapplicationofcordsintyresisessentialbecausethecordspreventlargedeformationsoftherubbermaterialwhenexcessiveforcesareapplied.Theseforcesarecausedbytheairpressureofthetyre,andbyaccelerating,breakingandcorneringofthecar.Thenetworkofcordsthatprovidesthetyrewithitsstrengthanditsshapeiscalledthecarcass.Therearetwotypesofcarcassconstructionsinuse,therebydividingvirtuallyalltyresintwocategories:

radialandbiastyres,Figure

帘线和橡胶的复合体在日常生活中到处可见，比如汽车和自行车轮胎、高压胶管和橡胶输送带，包括汽车发动机室用的重要同步带、V带和散热水管等等。

目前应用最大的就是汽车轮胎。

在轮胎转向、加速、刹车时，轮胎会出现受力过大的情况，轮胎中的帘线可以避免轮胎中橡胶因受力增大出现大幅度变形。

帘线的网状结构，给轮胎提供了强度以及外形。

根据轮胎的骨架结构，轮胎分为两大类：

斜交轮胎和织物轮胎。

见图

Biastyreconstruction斜交轮胎

Theoldesttyreconstructioniscalledbiasorcrossply:

Figure.Abiastyrehasacasingwhichismadeofstackedreinforcinglayersofcords,calledplies,crossingovereachotheratanangleof30¡ãto40¡ãtothecentrelineofthetyre.Thesestackedpliesreinforceboththetreadandthesidewallandmustthereforeresisttheforcescausedbycornering,acceleratingandbreaking,butalsomaintaintheshapeofthetyre.Becauseoftherequiredflexibilityofthetyresidewall,theall-sidedreinforcementcausesthetreadtodeformaswellwhendrivingoverobstacles.Thiscausesrapidwear,lowertractionandhigherfuelconsumptioncomparedtomorerecentradialtyres.

老式的轮胎结构称做斜交轮胎，如图1.1A所示斜交轮胎类似于用帘子布做成的一个罩盖，每层帘子布相互之间交叉排放，与轮胎的中心线形成一个30-40度的夹角。

层叠起来的帘子布不仅要增强轮胎的胎体，同时要增强轮胎的胎侧，在能够抵抗转向、制动、加速的力量的同时，以保持轮胎的形状不变，由于轮胎的胎侧需要柔软性，因此轮胎通过障碍时，胎侧就会造成胎体的变形，从而造成轮胎的快速磨损，牵引力下降，能耗上升。

而子午线轮胎就不会出现这种情况。

Radialtyreconstruction子午线轮胎

ThefirstcommercialtyrewithradialbeltconstructionwasproducedbyMichelinin1948:

the¡®MichelinX¡¯.AschematicreproductionofaradialtyrecarcassisshowninFigure1.1B.Textilecordsareplacedat90¡ãtothedirectionoftravelfrombeadtobead,designedtoholdtheairpressureandcarrytheloadofthecar.Thesecordsareflexibleandlargedeflectionsareallowedtoabsorbobstaclesontheroadforcomfort.However,positioningthereinforcingcordsinthisdirection,thereisinsufficientstabilisationofthecircumferenceofthetyre,andthecontrolandsteeringpropertieswouldbecompletelyunacceptable.Therefore,additionalpliesofhighmoduluscords,usuallysteel,areplacedatanangleof16¡ãto25¡ãunderneaththetread.Thesepliesaredesignedtocarrytheloadcausedbyaccelerating,breakingandcornering.Theradialtyreseparatesthefunctionsofthetreadandthesidewall,wherethebiastyrecompromisesthetwo.

子午线轮胎是米其林在1948年最先应用在商业轮胎上的。

图1.1B所示是子午线轮胎的结构图，纺织材料的帘线和轮胎运动方向成90度夹角，用于承受气压和汽车的重量。

这些帘线有更好的柔软性，更大的变形能力，吸收道路上障碍，乘坐舒适。

但这样方向布置的帘线，轮胎圆周方向的稳定性就差，其操控性能是无法接受。

所以，因此通常采用钢丝一类的高模量帘线，和带束成16-25度的夹角，这些帘线承受转向、制动、加速所产生的负荷，子午线轮胎将带束层和胎体层功能的帘线分开，而斜交轮胎则是合并在一起的用一种帘线。

Safetyissuesregardingtyres

Aproperreinforcementofatyreisessential,notonlyforcomfortandhandling,butthetyreisalsoanimportantpartofthecarregardingsafety.Evenunderextremeconditions,lowtyrepressure,hotweatherorduringanemergencybreak,thetyresmustremainintactsinceitrepresentstheconnectionbetweenthecarandtheroad.Actually,withmodernporousasphalt（Dutch:

¡°ZOAB¡±）roadcoverage,therealcontactsurfacebetweentyreandroadisofthesizeofalargepostalstamp.2Thisclearlyillustratesthesensitivityofthistechnologyforsafety.

轮胎必须得到正确的增强，不仅是为了舒适性和可操纵性，同时轮胎也是汽车的一个重要的安全部件，由于轮胎将汽车和道路之间连接部件，即使遇到很恶劣的环境，气压不足，高温天气，紧急刹车，轮胎必须保持完好，实际上，在如今的槽面柏油路面上，轮胎和道路之间接触就像一个大邮戳的图章，这说明这一技术对安全的敏感性。

In2001,certaintypesofFirestonetyresinstalledonFordExplorerSUV¡¯s,separatedcausingthevehiclestotumble.IntheUSA,thiscaused174deaths,morethan700injuriesandaround6000complaintsoftyreblow-outsathighwayspeeds.3Mostoftheaccidentshappenedinthewarmsouthernstates.4ForbothFordandFirestonethefinancialdamagewasenormous,becauseofthelawsuitsinvolved5andtheneedtorecallnearly20milliontyresandmorethan100.000cars6,7:

seethenewspaperarticleinFigure1.2.FirestoneblamedFordforadvisingatoolowtyrepressureandFordblamedFirestoneforusingdried-outrubber,resultingininsufficientadhesionbetweenthetyretreadandtherestofthetyre.

2001年，菲尔斯通安装在福特开拓者SUV上的轮胎爆裂，造成汽车出现翻滚，在美国，造成174人死亡，700多人受伤，6000多起投诉在高速公路上轮胎爆裂。

绝大多数事故发生在温暖的南方省份，由于诉讼包括需要召回2000万条轮胎和10万辆汽车，造成福特和菲尔斯通的绝大的财务损失，详见图1.2所示的报纸新闻，菲尔斯通抱怨福特建议的轮胎胎压太低，而福特抱怨菲尔斯通干硬的橡胶，导致轮胎帘线和轮胎其他部分的粘合力不够。

TheFord/Firestoneincidentillustratestheimportanceoftyresregardingvehiclesafetyandtherebytheimportanceofgoodadhesionbetweenallthetyreparts.Becausethereinforcingcordscarryalltheloadswherethetyresaresubjectedto,sufficientadhesionbetweenrubberandcordsisthereforeindispensabletotransfertheloadsfromrubbertocordeffectively;notonlyforthenewtyre,butthroughoutitswholelife,whichmaylastmorethan10yearsunderoftenadverseconditions.

福特和菲尔斯通的事故，说明了轮胎的重要性，以及轮胎各个部件粘合的重要性。

由于帘线承受轮胎的所有负荷，因此橡胶和帘线之间的有效粘合是有效地将负荷从橡胶传递给帘线过程中必不可少的。

这不仅仅针对新轮胎而言，需确保轮胎高达10多年在恶劣环境下的使用寿命。

Figure1.2ArticleintheNewYorkTimesfromMay21st2001

1.2AIMOFTHERESEARCHINTHISTHESIS本论文的研究目的

Textilecordsusedinrubberapplicationsarecommonlytreatedwithaso-calledResorcinolFormaldehydeLatex（RFL）dip.Despitetherelevanceofgoodadhesionbetweencordsandrubber,andalthoughthissystemdatesbackasfaras19388andisstillcommonlyusedforrubberreinforcementtilltoday,themechanismbywhichtheadhesionisobtainedhasremainedunclear.ThelevelofknowledgeofadhesionbetweenRFL-treatedcordsandrubbertodayisempiricalratherthanscientific.Withnewandstrongerfibrematerialsintroducedinrecentyears,inparticulararamidfibres,itwasconsideredappropriatetorevisitthefibre-rubberadhesiontechnologytoobtainmorefundamentalknowledgeofthephysicalandchemicalprocessesinvolvedintheadhesionbetweenRFL-treatedcordsandrubber.

橡胶制品中的帘子线通常是进行间苯二酚/甲醛/胶乳，称做RFL浸胶处理的。

这一浸胶方式，可以追溯到1938年，而且至今依然用于橡胶骨架材料的处理上。

其粘合机理，至今依然不是十分清晰。

有关RFL处理后的帘线与橡胶的粘合的知识，依然是经验推断多于科学分析。

如今新型高强度材料的开发，特别是芳纶纤维，需要我们来回顾以往的有关纤维和橡胶粘合的知识，获得包括RFL浸胶处理的帘线与橡胶之间粘合在内的有关物理、化学处理过程的基础知识。

1.3STRUCTUREOFTHISTHESIS本论文的结构

Aliteraturesurveyoncord-rubbercompositesispresentedinChapter2.ThefocusisonresearchpublishedonthestandardRFLtreatmentandthedoublediptreatmentusedforaramidandpolyestercordstoenhancetheadhesionwithrubbercompounds.

第二章将简述有关已经发表的的帘线橡胶复合体的论文，重点是已经发表的关于标准的RFL处理，以及用于提高与橡胶粘合力的，芳纶和聚酯帘线双浴浸胶的相关研究。

InChapter3,astudyisdescribedregardingtheinfluenceofrubbercurativesintherubbercompoundonvulcanisatesproperties,aswellasontheadhesiontoRFL-treatedaramidcords.TheamountsoftherubbercurativesarevariedusinganexperimentalsetupobtainedbyDesignofExperiments.

第三章，研究描述橡胶硫化组分对硫化特性以及与RFL处理的芳纶帘线粘合力影响，橡胶硫化组分的用量的变化，将根据试验设计确定。

AScanningElectronMicroscopecoupledtoanEnergyDispersiveX-rayspectrometer（SEM-EDX）isusedtoanalysetheinterfacesbetweenrubbercompoundandRFL-dip,asreportedinChapter4.ThetechniqueSEM-EDXisalocalelementalanalysisand,becausetheamountofrubbercurativesisvariedintherubber,thedistributionoftheatomssulphurandzincthroughthisinterfaceisofparticularinterest.

在第四章，报告了用扫描电子显微镜和能量衍射X射线分光光度机对RFL浸胶层和橡胶界面的分析。

扫描电镜技术仅仅是局部的基本分析，由于橡胶组分在橡胶中的分散不均匀，硫和锌原子在界面上的分布也有特别的兴趣。

SeveralattemptstochangetheatomicsulphurdistributionintheRFL-rubberinterfaceandtomeasuretheeffectontheadhesionaredescribedinChapter5.

第五章，描述了对改变硫原子在RFL-橡胶界面的分布的尝试，来测定粘合力的效果。

TheinfluenceofthetypeoflatexusedintheRFLformulation,ontheadhesiontoseveralrubbercompounds,isthesubjectofChapter6.Theinfluenceofvinylpyridineasco-monomerinthelatexisstudied.

第六章的主题是RFL配方中的不同种类胶乳对几种橡胶的粘合力影响，研究了吡啶作为胶乳中的共单体的影响

Chapter7dealswithamodelcompoundvulcanisationstudywithsqualeneasamodel.ThephysicalinteractionbetweenmodelcompoundsandgroundRFLpowderatdifferentstagesofvulcanisationisdetermined.

第七章研究了

Theexactmigratingspecies,aswellasthemomenttheformationofthesespeciestakesplaceduringvulcanisationofrealrubbersystemsaredescribedinChapter8becausethesespeciesturnouttobethecrucialplayersinadhesiondevelopment.

在实际橡胶的硫化中发生实际迁移的物质以及这些物质形成过程在第八章进行了描述，因为这些物质在形成粘合过程中起到十分关键的作用

InChapter9thisthesisiscompletedbysummarisingandevaluatingtheresults.

第九章，是本论文的总结和结果的评估

REFERENCES参考文献

1.T.French,"TyreTechnology".1988,NewYork:

AdamHilger.

2.PrivatecommunicationContinentalTyres,Hannover,Germany.

3.J.Hadley,Safetyremainsanissuewithtyres,in"SeattlePost-Intelligencer".2001,Ju