Az abroncsgyártás alapjai BME-VBK Petrolkémia vendégelőadás 2016 Korpás Péter, Katona Kristóf MP) Technology Team Material Unit 2016. 11. 22.
Az abroncsgyártás alapjai 1. Az abroncs felépítése 2. Miből áll egy gumikeverék? 3. Elasztomerek 1. Természetes kaucsuk (NR) 2. Butadién kaucsuk (BR) 3. Sztirol-butadién kaucsuk (SBR) 4. Poliizoprén-izobutilén kaucsuk (IIR) 4. Töltőanyagok 1. Korom 2. Szilika 5. További adalékanyagok 6. Vulkanizálás 7. A gumi fizikai tulajdonságainak mérése 1. Moving Die Rheometer (MDR) 2. Stress-Strain (S-S) 8. Az abroncsgyártás folyamata 1. Gumikeverés (mixing) 2. Extrudálás 3. Kalanderezés 4. Cutting, Building, Curing 9. Az anyagmérnök feladatköre
1. A gumiabroncs felépítése Futófelület (Tread)
Acél öv (Steel belt)
Erősítő öv (Reinforcement belt)
Szövetváz (Carcass) Oldalfal (Sidewall)
Légzáró réteg (Inner liner) Peremtöltő (Bead filler)
Peremkarika (Bead wire)
Kerékpánt párna (Rim cushion)
2. Miből áll egy gumikeverék?
Töltőanyag Feldolgozást segítő Aktivátor
Öregedésgátló
Gyorsító Vulkanizálószer
3. Elasztomerek 3.1. Természetes kaucsuk (NR) • Jó nyerstapadás • Jó kopásállóság • Szívósság • Könnyen oxidálható
A természetes kaucsuk 99%-a cisz-poliizoprén!
3. Elasztomerek 3.2. Butadién kaucsuk (BR) • Jó kopásállóság • Kiemelkedő rugalmasság • Rossz nyerstapadás • Kis nyersszilárdság
3.3. Sztirol-butadién kaucsuk (SBR)
[( • • • •
CH 2
CH
CH
CH 2 ) n
Sztirol – butadién arány Jó feldolgozhatóság ( de melegszik) Rossz nyerstapadás Nagyon jó kopásállóság
( CH 2
CH
) m]
C 6H 5
3. Elasztomerek 3.4. Poliizoprén-izobutilén kaucsuk (Butil - IIR)
• Alacsony szakítószilárdság • Nagyon alacsony permeabilitás • Jó vegyszerállóság • Összeférhetetlen más kaucsukfélékkel!
4. Töltőanyagok Töltőanyagok: kaucsukban nem oldódnak, külön szilárd fázist alkotnak. Szerepük: •Feldolgozhatóság javítása •Műszaki tulajdonságok javítása a kész keverékben •Árszabályozás Korom O
O C
OH
O
O
Szilika H H O O
O H O
OH
O
O O
Si
O
Si
O
Si
O
Si
H O O
Si
Si
O Si
Si O
• Olcsó • Polimerrel fizikai kapcsolat • Az összes félkésztermékben használják
O
• Drága • Polimerrel kémiai kapcsolat • Modern futófelületekben használják ( jobb nedves tapadás és kopásállóság)
O
OH
4. Töltőanyagok 4.1. Korom
• Szemcseméret
• Struktúra • Fajlagos felület • Felületi aktivitás
4. Töltőanyagok 4.1. Korom
Jelölés példa:
Normal cure speed
N660
Szemcsátmérő 49-60 nm
Struktúra
4. Töltőanyagok 4.2. Szilika
• • • •
Fajlagos felület Nedvességtartalom Struktúra pH
4. Töltőanyagok 4.2. Szilika
5. További adalékanyagok
• Feldolgozást segítő anyagok ( ásványi olajok, gyanták)
• Aktivátorok (fémoxidok, zsírsavak)
MBT
• Gyorsítók (aminok, merkapto-benzotiazolok, szulfén-amidok) • Retarderek ( benzoesav származékok, szalicilsav származékok, CTP) • Öregedésgátlók (aminok, fenol származékok, viaszok) CTP
• Vulkanizálószerek ( kén, fémoxidok )
6. Vulkanizálás A vulkanizálást meghatározó tényezők: 1. Hőmérséklet 2. Nyomás 3. Idő Kénnel történő vulkanizálás:
ZnO-dal történő vulkanizálás: (IIR esetében)
7. A gumi fizikai tulajdonságainak mérése
7.1. Moving Die Rheometer (MDR) Upper Die
Oscilating Die
Rotor
Sample
Seal plate
Egy oszcilláló és egy álló szerszámlap között vulkanizáljuk a mintát. Állandó deformáció mellett mérjük a nyomatékot állandó hőmérsékleten. (160 vagy 180 °C)
7.1. Moving Die Rheometer (MDR) Rheometer
Torque
Tmax
Tmin ts2
t50
Cure time
Tmin: Minimális nyomaték, összefügg a viszkozitással.
ts2: Az az idő, ami a minimális+2 egység nyomaték eléréséhez szükséges. Beégés sebességére utal.
Tmax: Maximális nyomaték a vulkanizálás alatt. t50: Vulkanizálószer mennyiségére és eloszlására utal. A maximális nyomaték 50%-ának eléréséhez szükséges idő. Vulkanizálás sebességére utal.
7.2. Stress-strain (S-S)
A piskóta alakú vulkanizált próbatestet egy álló és egy mozgó pofa közé fogjuk. A mozgó pofa állandó sebességgel mozog amíg a minta el nem szakad. Méri a nyújtáshoz szükséges erőt és a deformációt.
Stress [Kg/㎠] Tensile strength
T.S
Break
300% Modulus
M300
M100 M50 50%
100%
300%
Elongation at break (%)
Strain [%]
8. Az abroncsgyártás folyamata
8. Az abroncsgyártás folyamata
Mixing
Materials
Mixing raw rubbers and various ingredients
Raw rubber, Ingredients Cord, Wire …
Bead
Extrusion
Producing tread and sidewall
Topping a uncured rubber on bead wire
Inspectionn
Topping a uncured rubber on textile & steel cord
Cutting a calendered cord with a given size
Building
Curing
Inspecting defects and U/F of tire
Cutting
Calendering
Producing a final products (tire)
Producing a green tire by assembling extruates, bead,, cutted cords…
8.1. Az abroncsgyártás folyamata – gumikeverés (mixing) Mixing BANBURY KEVERŐ
8.2. Az abroncsgyártás folyamata – extrudálás Extrudált félkésztermékek: futófelület (tread), oldalfal (sidewall), peremtöltő (bead filler)
Kompressziós zóna Nyomás felépítése
Átmeneti zóna Ömlesztés
Cap tread Under tread
Tread wing
Garat
Etetés Szilárd anyag szállítás
8.3. Az abroncsgyártás folyamata - Kalanderezés • Alakadó művelet, mely során speciálisan előkészített szövet- vagy fémszálakat vonunk be vékony gumiréteggel. 1. Textil: karkasz – az abroncs vázát adja 2. Acél: övek - erősítés
Sheeting Sheeting
Topping
Profile
Cord
8.4. Az abroncsgyártás folyamata – Cutting, Building, Curing
• Cutting: a legyártott karkaszt és acélöveket méretre vágják
• Building: a félkész termékekből összeszerelik a nyers abroncsokat
• Curing: a nyers abroncsokat vulkanizálják (adott idő, nyomás, hőmérséklet)
9. Anyagmérnök feladatköre
9. Anyagmérnök feladatköre
• Gyártási folyamatok felügyelete • Keverés fejlesztés • Alapanyagok bevezetése a termelésbe
• Gyártási folyamat optimalizálás
Köszönjük a figyelmet! Korpás Péter:
[email protected]
Katona Kristóf:
[email protected]
