《輪胎胎面膠組成的設(shè)計(jì)與制造探究》11000字（論文）

前言輪胎胎面膠組成的設(shè)計(jì)與制造研究摘要隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提升，但隨之而來(lái)的是環(huán)境的污染日益嚴(yán)重，尤其是各種不斷排放的廢棄，導(dǎo)致氣溫的不斷升高，極大的惡化了全球環(huán)境，環(huán)境的問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重的威脅到人類的生存與發(fā)展。本文主要介紹胎面膠的主要組成成分，通過(guò)對(duì)胎面膠成分中的天然橡膠（NR）、丁苯橡膠（SBR）、炭黑、白炭黑、氧化鋅等的的分析，以及對(duì)現(xiàn)在新型材料對(duì)傳統(tǒng)材料的對(duì)比分析，來(lái)設(shè)計(jì)新的低碳輪胎胎面膠配方，以達(dá)到節(jié)能減排的目的，同時(shí)符合降低輪胎滾動(dòng)阻力、提高安全性能、減少油耗等性能要求。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)規(guī)模的計(jì)算、半成品和原材料消耗的計(jì)算、生產(chǎn)設(shè)備臺(tái)數(shù)的計(jì)算、動(dòng)力介質(zhì)消耗量的計(jì)算等選定生產(chǎn)方法，設(shè)計(jì)低碳輪胎胎面膠的制造工藝流程。關(guān)鍵詞：胎面膠，配方設(shè)計(jì)，工藝流程，低碳，物料衡算目錄22907畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 而汽車作為最為廣泛的交通工具，是主要的能耗與廢棄產(chǎn)生源之一，各個(gè)國(guó)家的排放法規(guī)都在不斷降低汽車各類有害物質(zhì)的排放標(biāo)準(zhǔn)，但汽車的保有量在不斷的增長(zhǎng)，依舊加劇了對(duì)環(huán)境的污染，世界各國(guó)的輪胎生產(chǎn)廠家，都將環(huán)保、節(jié)能、低碳作為輪胎的設(shè)計(jì)研發(fā)主要方向，胎面膠作為輪胎的主要構(gòu)成之一，低碳輪胎胎面膠的設(shè)計(jì)與制造，能降低能耗與廢氣的產(chǎn)生，減小對(duì)環(huán)境的污染。橡膠輪胎胎面膠作為輪胎最外層與路面接觸，有著使輪胎具備牽引力，減緩駕駛時(shí)對(duì)整體的沖擊等等作用，是至關(guān)重要的部分。輪胎胎面膠通常選用天然橡膠、丁苯橡膠、順式異戊橡膠和順丁橡膠等作為主要組成部分制造，同時(shí)白炭黑、炭黑、硬脂酸、氧化鋅、偶聯(lián)劑、硫化劑和促進(jìn)劑等作為添加劑添加。本課題主要為輪胎胎面膠組成的設(shè)計(jì)與制造，通過(guò)對(duì)胎面膠配方的設(shè)計(jì)，以達(dá)到降低滾動(dòng)阻力，提高其耐磨性能，降低油耗，減少?gòu)U氣排放，提高駕駛的安全性能的作用，通過(guò)現(xiàn)在新型材料與傳統(tǒng)材料的對(duì)比，全面淘汰非環(huán)保原料和助劑，采用無(wú)污染的橡膠及加工助劑的配方。采用新型的加工方式，降低低碳輪胎胎面膠制造能耗，減少膠料停放、周轉(zhuǎn)占地，大幅度減少煉膠時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，明顯提高煉膠質(zhì)量，淘汰傳統(tǒng)煉膠技術(shù)。解決降低低碳輪胎滾動(dòng)阻力問(wèn)題，降低有害物質(zhì)的排放，提高耐磨性、牽引性、高回彈、散熱性等性能問(wèn)題。REF_Ref168484390\r\h錯(cuò)誤！未找到引用源。REF_Ref168484424\h錯(cuò)誤！未找到引用源。PAGE6PAGE3第1章低碳輪胎胎面膠介紹1.1國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀1.1.1國(guó)外現(xiàn)狀隨著“米其林”在上世紀(jì)提出了“綠色輪胎”的概念，輪胎設(shè)計(jì)與制造對(duì)環(huán)境影響的問(wèn)題也不斷出現(xiàn)在人們的視野上，其中所提出的“綠色輪胎”概念為，采用新型的材料與新設(shè)計(jì)方案，降低輪胎的滾動(dòng)阻力，從而降低能耗、降低廢氣排放量等，以實(shí)現(xiàn)環(huán)保能力。而汽車作為最為廣泛的交通工具，是主要的能耗與廢棄產(chǎn)生源之一，各個(gè)國(guó)家的排放法規(guī)都在不斷降低汽車各類有害物質(zhì)的排放標(biāo)準(zhǔn)，但汽車的保有量依舊在不斷增長(zhǎng)，現(xiàn)在傳統(tǒng)汽車向依舊加劇了對(duì)環(huán)境的污染，世界各國(guó)的輪胎生產(chǎn)廠家，都將環(huán)保、節(jié)能、低碳作為輪胎的設(shè)計(jì)研發(fā)主要方向，胎面膠作為輪胎的主要構(gòu)成之一，低碳輪胎胎面膠的設(shè)計(jì)與制造，能降低能耗與廢氣的產(chǎn)生，減小對(duì)環(huán)境的污染。2009年在哥本哈根召開(kāi)了世界氣候變化峰會(huì)，會(huì)上提出了關(guān)于發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、降低溫室氣體排放的行動(dòng)。2010年11月，在坎昆召開(kāi)的世界氣候變化峰會(huì)上落實(shí)了各國(guó)應(yīng)承擔(dān)的義務(wù)。我們國(guó)家是溫室氣體的排放大國(guó)，占世界能耗量的15%，承擔(dān)著發(fā)展中國(guó)家必須承擔(dān)的節(jié)能減排義務(wù)。隨著歐盟在2012年11月開(kāi)始正式實(shí)施輪胎標(biāo)簽法，法規(guī)中對(duì)于輪胎滾動(dòng)阻力影響、輪胎對(duì)濕滑路面抓地力、外部噪音等有著明確的要求，歐盟輪胎標(biāo)簽法的實(shí)施對(duì)推進(jìn)低能、低噪音性能輪胎有著重要的作用，而在2013年初，中國(guó)輪胎年產(chǎn)量占世界的三分之一，在運(yùn)往歐洲的輪胎中，其中一半達(dá)不到歐盟標(biāo)簽法的要求標(biāo)準(zhǔn)，隨著輪胎標(biāo)簽法的實(shí)施，也導(dǎo)致國(guó)內(nèi)輸往歐洲輪胎性能要求的不斷上升。2015年綠色輪胎已經(jīng)達(dá)到了總輪胎量的30%，同時(shí)工藝已經(jīng)達(dá)到了低溫連續(xù)混煉，連續(xù)生產(chǎn)，硫化控制和通訊一體化技術(shù)，使得占地所需面積降低50%~90%，節(jié)省基建所需的投資。120多年的發(fā)展，經(jīng)過(guò)斜交胎和子午線輪胎的兩次技術(shù)革命，汽車輪胎不斷向著綠色、安全和智能方向發(fā)展，不斷的提高汽車輪胎的性能。2018年全球輪胎的需求量達(dá)到了18億條，2019年市場(chǎng)的需求量增長(zhǎng)到了18.22億條，輪胎的主導(dǎo)地位為普利司通、米其林和固特異三家企業(yè)。1.1.2國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀隨著歐盟輪胎標(biāo)簽法的頒布，中國(guó)橡膠工業(yè)協(xié)會(huì)也在2014年發(fā)布了《綠色輪胎技術(shù)規(guī)范》，對(duì)輪胎的污染排放、性能要求、安全性提出了要求，同年又發(fā)布了《綠色輪胎環(huán)保原料指南》，對(duì)于原料的使用也提出了建議和規(guī)范要求。目前世界上的輪胎不斷向著智能化、免充氣、長(zhǎng)壽化、環(huán)保化不斷發(fā)展，2015年時(shí)，全國(guó)生產(chǎn)的輪胎條數(shù)為9.25億條，占世界總產(chǎn)量的32.3%。隨著經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，形成完整的生產(chǎn)鏈之后，從300萬(wàn)~600萬(wàn)條的生產(chǎn)規(guī)模增長(zhǎng)到了1000萬(wàn)~1500萬(wàn)條?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)的汽車輪胎也不斷向著綠色、安全和智能方向發(fā)展。隨著加工工藝的發(fā)展，2015年薩馳華辰機(jī)械開(kāi)發(fā)出一次法成型機(jī)，生產(chǎn)效率相較傳統(tǒng)的提高了30%，北京敬業(yè)機(jī)械公司開(kāi)發(fā)全自動(dòng)，利用這一技術(shù)建成1200萬(wàn)條的生產(chǎn)線。傳統(tǒng)的混煉工藝都是多段高溫混煉，要經(jīng)過(guò)多次的升降溫，大量的能量損耗在升降溫的過(guò)程中，有著能耗大、耗時(shí)長(zhǎng)、效率低等缺點(diǎn)，開(kāi)始由傳統(tǒng)的多段高溫混煉向著低溫一次混煉工藝轉(zhuǎn)換，低溫一次混煉法可以實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)碎料、稱量、煉膠一體，除去傳統(tǒng)的重復(fù)升降溫，同時(shí)可減少膠料的停放，膠料等原材料所需的周轉(zhuǎn)面積，大幅度的縮短煉膠的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，明顯的提升煉膠質(zhì)量。1.2胎面膠輪胎由胎面、胎肩、胎側(cè)、胎圈、胎面溝紋、防擦線、標(biāo)志線、胎踵、胎圈底面等所組成。輪胎胎面膠是輪胎最外層與路面接觸而表面印有花紋的一層膠料，使的輪胎具有牽引力、抗沖擊等性能，防止簾線層的割破和刺穿，要有著高度的耐磨性能、耐疲勞性能、良好的耐老化性能，較高的拉伸強(qiáng)度、彈性和強(qiáng)韌性，以及行駛時(shí)低的生熱性。胎面膠有著高性能輪胎胎面膠、乳聚丁苯橡膠輪胎胎面膠、低碳輪胎胎面膠等，低碳輪胎胎面膠具有綠色輪胎的特點(diǎn)是同時(shí)具有低滾動(dòng)阻力、高抗?jié)窕约案吣湍バ浴Ｌッ婺z設(shè)計(jì)旨在通過(guò)對(duì)原材料的選擇配比，達(dá)到安全、節(jié)能、環(huán)保的目的。低碳輪胎胎面膠可降低輪胎的滾動(dòng)阻力，提高耐磨性能，提高輪胎的使用壽命，降低汽車行駛過(guò)程中所消耗的燃油，以減少二氧化碳及其它有害物質(zhì)的排放，提高汽車的性價(jià)比。1.2.1胎面膠的組成傳統(tǒng)輪胎胎面膠的生膠種類的選擇通常為天然橡膠（NR）、丁苯橡膠（SBR）、聚丁二烯橡膠（BR）、聚異戊二烯橡膠（IR）、丁基橡膠（IIR）等，以及白炭黑、炭黑、硬脂酸、氧化鋅、偶聯(lián)劑、硫化劑和促進(jìn)劑等。天然橡膠（NR）作為最常用的生膠種類之一，有著優(yōu)越的耐磨性、耐切割性能、耐老化性能、耐臭氧性、耐發(fā)熱性、耐低溫性、制造工藝性等，不僅如此，對(duì)與其相反的性能也同樣非常優(yōu)越，有著非常優(yōu)越的綜合性能，性能最為優(yōu)越，不過(guò)價(jià)格較為昂貴。而另一種具有代表性的丁苯橡膠（SBR），是通過(guò)加入炭黑和石油作為增強(qiáng)劑和輔助劑而制得的有著良好分散性的均質(zhì)橡膠，其價(jià)格較為低廉，有著優(yōu)良的耐磨性和防濕路面打滑性能、滯后損失小、動(dòng)態(tài)性能和耐屈撓性能良好，但是與天然橡膠相比較的話，更為容易發(fā)熱，撕裂強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度差，加工性能不足。聚異戊二烯橡膠（IR）的性能大致上與天然橡膠的性能相似，強(qiáng)度略差，價(jià)格不菲，但電氣性能以及加工性能優(yōu)良，而且制品外觀精美。丁基橡膠（IIR）具備優(yōu)良的抗熱、抗臭氧和抗藥品能力，空氣不透過(guò)性好，但機(jī)械強(qiáng)度和彈性較低，還有制造時(shí)粘接性能差等缺點(diǎn)，適合作用于內(nèi)胎和無(wú)內(nèi)胎化輪胎的內(nèi)襯墊。除去作為主要生膠的天然橡膠（NR）、丁苯橡膠（SBR）、聚丁二烯橡膠（BR）、聚異戊二烯橡膠（IR）、丁基橡膠（IIR）等，還需要添加白炭黑、炭黑、硬脂酸、氧化鋅、偶聯(lián)劑、硫化劑和促進(jìn)劑等。橡膠的配合劑主要為硫化劑和補(bǔ)強(qiáng)劑，生橡膠的碳原子并不是直線排列，有著一定的立體角回旋熱運(yùn)動(dòng)，整個(gè)長(zhǎng)度的橡膠分子鏈產(chǎn)生不規(guī)則形狀的微布朗運(yùn)動(dòng)，若加上一定應(yīng)力，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，分子間會(huì)產(chǎn)生相互位移，產(chǎn)生塑性變形，所以需要在生橡膠中加入少量硫磺，并經(jīng)過(guò)很好混煉，使硫磺均勻分散后，加熱一段時(shí)間后，分子鏈依靠硫磺與其它分子鏈連接，使得分子間不在獨(dú)立，使得生膠的可塑性減小，彈性增加，物理機(jī)械性能提高。橡膠通常加入大量的碳黑作為補(bǔ)強(qiáng)劑，碳粒子表面與橡膠結(jié)合的非常好，使得其耐磨性能好，而且價(jià)格低廉。其中，碳黑碳的數(shù)量、種類、碳粒直徑的分布、分散的難易程度、碳粒子的形狀、表面的凹凸性以及吸附性，對(duì)橡膠的性能都有著重要的影響。傳統(tǒng)載重汽車的輪胎胎面膠，主要由70%的天然橡膠和30%的丁苯橡膠構(gòu)成，或者由50%的聚丁二烯橡膠與50%的天然橡膠構(gòu)成。第2章低碳輪胎胎面膠配方設(shè)計(jì)2.1.低碳輪胎胎面膠性能要求輪胎胎面膠作為輪胎直接與地面接觸的部分，與地面接觸不斷地磨損，所以必須要具備高度的耐磨性能，以及降低因與地面摩擦生熱能力，要有著良好的耐老化能力，較高的拉伸強(qiáng)度、彈性和強(qiáng)韌性，同時(shí)需要有適當(dāng)?shù)挠捕群偷偷挠谰米冃危竽颓鼡稀?.2低碳輪胎胎面膠設(shè)計(jì)目的和手段低碳輪胎胎面膠的設(shè)計(jì)主要是為降低有害物質(zhì)的排放，減少汽車對(duì)環(huán)境的污染，在輪胎CO2的排放占比中，橡膠與原料約占4%、輪胎生產(chǎn)約占2%、輪胎的使用約占87%、輪胎的報(bào)廢處理約占6%、其余約占1%。在汽車的行駛過(guò)程中，能量會(huì)被各種阻力所消耗，滾動(dòng)助力是影響汽車燃油效率的重要影響因素。滾動(dòng)阻力發(fā)生的主要原因是由于在輪胎變形時(shí)的遲滯損失，約占滾動(dòng)阻力的90%~95%，所以橡膠遲滯能量損失用來(lái)表征滾動(dòng)助力產(chǎn)生的能量損失，損耗因子（tanδ）是用來(lái)描述橡膠遲滯的物理量，損耗因子與滾動(dòng)助力系數(shù)成正比。期望通過(guò)降低胎面膠與地面的滾動(dòng)阻力來(lái)減少其中的能量損失，同時(shí)采用新型材料，淘汰以及全面淘汰非環(huán)保原料和助劑，采用無(wú)污染的橡膠及加工助劑的配方，達(dá)到高耐磨性、高扯斷強(qiáng)度、彈性、撕裂強(qiáng)度、耐磨性、耐老化性能，同時(shí)耐屈撓、發(fā)熱小的能力。2.3低碳輪胎胎面膠原料的選取2.3.1天然橡膠、丁苯橡膠、聚丁二烯橡膠、聚異戊二烯橡膠、丁基橡膠的選擇輪胎胎面橡膠材料對(duì)于輪胎胎面膠的滾動(dòng)阻力、耐磨性能等有著很重要的影響相較傳統(tǒng)的天然橡膠，新的改性天然橡膠有還氧化天然橡膠（ENR）和接枝天然橡膠，NR膠乳加入乳化劑，通過(guò)恒溫、攪拌、甲酸酸化，加入定量的H2O2，得到還氧化ENR乳膠，再乙醇破乳、洗滌、干燥后得到ENR干膠，還氧化天然橡膠有著更好的氣密性、粘合性、耐濕滑性和耐油性，可以與白碳黑緊密結(jié)合，可降低滾動(dòng)助力和提高濕滑路面的抓著力，也有著很好的耐磨性。天然橡膠還氧化改性：天然橡膠乳膠加入乳化劑后恒溫?cái)嚢瑁俳?jīng)過(guò)甲酸酸化，后加入定量的H2O2，得到環(huán)氧化ENR乳膠，最后經(jīng)過(guò)乙醇破乳和洗滌、干燥后得到ENR天然橡膠干膠。溶聚丁苯橡膠（SSBR）是輪胎胎面膠的理想膠種之一，明顯的降低了滾動(dòng)阻力，解決了損耗因子的減小而導(dǎo)致在濕路上制動(dòng)性能降低的問(wèn)題，顯著的提高了抗?jié)窕阅芎湍湍バ阅?，并改善了加工性能，與ESBR相比，滾動(dòng)阻力減少了30%，抗?jié)窕阅芴岣?%，耐磨性能提高了10%，可節(jié)能3.6%~6.2%。第三代SSBR僅為一個(gè)廣義概念，本質(zhì)是運(yùn)用集成橡膠理念，將橡膠材料相互矛盾的性能集于一個(gè)分子鏈結(jié)構(gòu)中，集合各個(gè)橡膠的特點(diǎn)。2.3.2炭黑種類的對(duì)比與選取除了輪胎胎面膠的主要組成部分生膠之外，炭黑作為橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑，同樣是橡膠性能的主要影響因素，炭黑的粒徑、結(jié)構(gòu)度、表面活性、品種、用量、分散度主要影響橡膠的耐磨性能。選取四種炭黑N234、N134、N375、N115進(jìn)行相互對(duì)比。表2-1不同炭黑的比表面積和結(jié)構(gòu)度N115N134N234N375吸碘值，g/kg16014212090著色強(qiáng)度，%123131123116氮吸附表面積（NSA）,mm2/計(jì)厚度表面積（STSA），mm2/g12413711291DBP吸收值，10-5m3/kg113127125114壓縮樣DBP吸收值，10-5m3/kg9710310296通過(guò)采用橡膠材料基本配方：天然橡膠100，炭黑50，硬脂酸2.1，氧化鋅3.5，防護(hù)蠟1，硫磺、促進(jìn)劑2，防膠劑0.15。表2-2不同炭黑填充的橡膠胎面膠物理機(jī)械性能N234N115N134N375M300%(MPa)14.5810.6712.1112.93拉伸強(qiáng)度（MPa）26.3426.1226.5626.73扯斷伸長(zhǎng)率（%）480568528512TB*EB12643.214836.1614023.6813685.76硬度64626362撕裂（KN/m）10613210676老化后M300%(MPa)18.4514.6516.616.51拉伸強(qiáng)度（MPa）26.4426.2626.4125.25扯斷伸長(zhǎng)率（%）432504452448TB*EB11422.0813235.0411937.3211312硬度69676967撕裂（KN/m）671077262炭黑N134，由于其比表面積大，結(jié)構(gòu)度高，使得有效容積比增大，可使得橡膠內(nèi)的有效容積比減小，使得硫化膠的交聯(lián)密度增大，交聯(lián)密度越大其機(jī)械性能、定身和拉伸性能較高，可使得橡膠的耐磨性增加，可其壓縮生熱特性在其他碳黑中最高，導(dǎo)致壽命降低。炭黑N234、N375、N134都具有著優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)性能，復(fù)合橡膠定伸性能較高，而碳黑N115具備優(yōu)異的伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度，有著良好的耐磨性。2.3.3白炭黑的選取白炭黑（納米二氧化硅）同樣是作為輪胎胎面膠重要的組成部分，由于孤立的單元羥基，距離較近而相互影響的連生羥基和一對(duì)羥基連接在同一硅原子上的雙生羥基，這些表面大量羥基的存在，使得白炭黑表面能很高，白炭黑的表面活性基團(tuán)與改性劑之間相互作用，使得膠料的抗?jié)窕栽黾樱覞L動(dòng)阻力下降，同時(shí)改善了其耐磨性能。同時(shí)可以通過(guò)對(duì)白炭黑的表面改性，使得白炭黑的表面活性羥基和改性劑之間相互作用，加入膠料中后，使得膠料的抗滑性能提升，使得汽車在濕路面行駛過(guò)程中的安全性能得到提升，降低與路面接觸的滾動(dòng)阻力，達(dá)到設(shè)計(jì)降低滾動(dòng)阻力的目的，改善其耐磨性能，提高輪胎的使用壽命。表2-3不同結(jié)構(gòu)白炭黑補(bǔ)強(qiáng)SSBR/BR并用膠的物理機(jī)械性能編號(hào)1165MPWL180VN3T383DNS2拉伸強(qiáng)度/Mpa22.120.620.620.020.0斷裂伸長(zhǎng)率/%351407392365440300%定伸應(yīng)力/Mpa19.415.215.516.412.7斷裂永久形變/%1614141430直角撕裂強(qiáng)度/KN/m39.943.945.447.753.9邵A硬度7171717382動(dòng)態(tài)切割質(zhì)量損失率/%7.967.577.988.1612.92白炭黑同樣有著各種不同的種類，例如可分散性納米SiO2（DNS系列）、可反應(yīng)性納米SiO2（RNS—D系列）等等，二氧化硅添加分?jǐn)?shù)為60phr時(shí)，不同種類的二氧化硅對(duì)SSBR/NR的力學(xué)性能影響不同，其中偶聯(lián)劑Si69具備有較好的加工性能、物理性能、抗?jié)窕阅芎徒档蜐L動(dòng)阻力的能力。表2-4不同結(jié)構(gòu)白炭黑補(bǔ)強(qiáng)SSB/BR并用膠的DMA測(cè)試編號(hào)1165MPWL180VN3T383DNS20℃tanδ0.4050.3730.3880.3810.29860℃tanδ0.1510.1210.1260.1410.1212.3.4氧化鋅的代替?zhèn)鹘y(tǒng)輪胎胎面膠中添加的氧化鋅被劃分為對(duì)環(huán)境有害物質(zhì)后，全球的橡膠行業(yè)都在尋求氧化鋅的替代品，一些知名品牌的輪胎已經(jīng)推出微鋅或無(wú)鋅的膠料配方，相較傳統(tǒng)的氧化鋅，有種以甘油及氧化鋅為基礎(chǔ)原料，輔以催化劑、硬脂酸作為鋅含量調(diào)節(jié)劑及防團(tuán)結(jié)劑，在特定溶劑中制備成有機(jī)鋅復(fù)合物。用有機(jī)鋅替代氧化鋅，適當(dāng)降低有機(jī)鋅的鋅含量同樣可以起到氧化鋅相當(dāng)?shù)幕罨Ч瑫r(shí)能降低膠料的密度，使分子鏈纏結(jié)點(diǎn)減少，但會(huì)導(dǎo)致橡膠基分子鏈間容易發(fā)生相對(duì)滑移，使得定伸應(yīng)力減小，導(dǎo)致拉斷伸長(zhǎng)率增大。若是采用鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4的綠色有機(jī)鋅來(lái)代替氧化鋅，可使硫化膠密度降低，60℃下?lián)p耗因子（tanδ）降低，膠料的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度增強(qiáng)，使得膠料的門(mén)尼粘度減小，讓膠料更加容易混煉，加工安全性能較好生熱稍降低，與傳統(tǒng)輪胎相比的話，綜合性能提高。2.4低碳輪胎胎面膠的配方世界上的輪胎向著子午線化、扁平化、以及無(wú)內(nèi)胎化發(fā)展，將傳統(tǒng)配方中的天然橡膠原料替換為還氧化天然橡膠（ENR），還氧化天然橡膠（ENR）有著使低碳輪胎胎面膠有著著更好的氣密性、粘合性、耐濕滑性和耐油性，使得可與白炭黑（SiO2）緊密結(jié)合，降低滾動(dòng)助力和提高濕滑路面的抓著力，提高汽車行駛的安全性。將傳統(tǒng)配方中的丁苯橡膠（SBR）替換為溶聚丁苯橡膠（SSBR），能夠明顯的降低滾動(dòng)阻力，顯著的提高耐磨性能和抗滑性能，改善加工性能。由于炭黑N234有著優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)性能，增強(qiáng)橡膠的定伸性能，在配方中采用炭黑N234。同時(shí)加入適量的白炭黑，白炭黑有著孤立的單元羥基，使得膠料抗滑性能增強(qiáng)，同時(shí)可以進(jìn)一步使得滾動(dòng)阻力降低，增強(qiáng)其耐磨性能。原本傳統(tǒng)的材料無(wú)法滿足現(xiàn)在的需求，采用新的材料和原本材料的改性，淘汰原本的氧化鋅非環(huán)保助劑，采用更為環(huán)保的有機(jī)鋅，有機(jī)鋅在降低鋅含量的同時(shí)可以起到氧化鋅同樣劑量時(shí)的活化效果，可使得損耗因子（tanδ）降低，增加膠料的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度，降低膠料的門(mén)尼粘度，使得膠料更加容易混煉，提高綜合性能。低碳輪胎胎面膠配方：還氧化天然橡膠80，溶聚丁苯橡膠20，硬脂酸2，有機(jī)鋅3.5，炭黑N23443，白炭黑7，防老劑2.35，防護(hù)蠟0.85，硫磺2.8，促進(jìn)劑2.8，防焦劑0.25。第3章REF_Ref168484495\h錯(cuò)誤！未找到引用源。PAGE4第3章工藝計(jì)算3.1物料衡算3.1.1計(jì)算基準(zhǔn)設(shè)計(jì)年產(chǎn)量橡膠制品合格率產(chǎn)品檢驗(yàn)率全年生產(chǎn)天數(shù)9000噸99.6%1/6000250天本計(jì)劃設(shè)計(jì)年生產(chǎn)煉制9000噸低碳輪胎胎面膠。全年天數(shù)-春節(jié)假天數(shù)（3天）-清明節(jié)天數(shù)（1天）-五一假日天數(shù)（1天）-端午假日天數(shù)（1天）-中秋節(jié)假天數(shù)（1天）-國(guó)慶節(jié)假天數(shù)（3天）-元旦節(jié)假天數(shù)（1天）-全年雙休日天數(shù)=365-3-1-1-1-1-3-1-104=250天擠出機(jī)工作時(shí)間為每天24小時(shí)，密煉機(jī)工作時(shí)間為每天22.5小時(shí)，則擠出機(jī)年工作時(shí)間為24×250=6000h，密煉機(jī)年工作時(shí)間為22.5×250=5625h。設(shè)備無(wú)法工作時(shí)間核算：設(shè)備大修：擠出機(jī)：20天/年=480h/年密煉機(jī)：20天/年=450h/年設(shè)備特殊情況停車：擠出機(jī)：10天/年=240h/年密煉機(jī)：10天/年=225h/年設(shè)備啟動(dòng)、更換濾網(wǎng)、清洗機(jī)頭所需時(shí)間為1次/7天，0.5h/次，則總共所需時(shí)間為：（250-20-10）×1/7×0.5=110h/年=5天由上述數(shù)據(jù)可計(jì)算出設(shè)備實(shí)際開(kāi)車時(shí)間為：250-20-10-5=215天；擠出機(jī)：215×24=5160h；密煉機(jī)：215×22.5=4837.5h設(shè)備的利用系數(shù):：擠出機(jī)=0.83；密煉機(jī)=0.96；硫化機(jī)=0.94。3.1.2生產(chǎn)規(guī)模計(jì)算設(shè)計(jì)生產(chǎn)年產(chǎn)量：9000噸設(shè)計(jì)日生產(chǎn)量：g=Q/d(1-k-f)=Q/d（K-f）=9000/215(1-1/6000-0.004)=42.0356噸其中g(shù)為設(shè)計(jì)日產(chǎn)量符號(hào)，單位為噸/日；Q為計(jì)劃年產(chǎn)量，單位為噸/年；d為全年生產(chǎn)天數(shù)；k為不合格率，%；f為產(chǎn)品的檢驗(yàn)率；K為合格率，%；G為設(shè)計(jì)的年產(chǎn)量，單位為噸/年。3.1.3半成品和原材料消耗定額的計(jì)算半成品的消耗定額計(jì)算是根據(jù)半成品理論用量和半成品的工藝損耗率所來(lái)計(jì)算的，半成品的的工藝損耗率是根據(jù)半成品種類、加工方法、加工設(shè)備所來(lái)確定的，設(shè)定膠料工藝損耗率為0.002。低碳輪胎胎面膠理論計(jì)算：低碳輪胎的胎面是采用同一個(gè)配方，為同一種膠料，采用一方一塊的胎面結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下。A=G/（1-K）B=AgC=Bd其中A為原材料的消耗定額，單位為kg/條;G為原材料的理論用量，單位為kg/條;K為工藝損耗率；B為原材料的日用量，單位為kg；g為設(shè)計(jì)日產(chǎn)量，單位為kg/d;C為原材料年消耗量，單位為kg；d為全年生產(chǎn)天數(shù)，d。G=SLρk-g其中S為胎面膠的截面積，單位為dm3;ρ為膠料密度，單位為kg/dm3；L為胎面膠成型后的長(zhǎng)度，單位為dm；k為整體胎面膠的質(zhì)量系數(shù)，取1.0。g為胎面膠成型時(shí)所割去的胎面膠質(zhì)量，單位為kg。若是生產(chǎn)7.50-20規(guī)格的輪胎胎面膠的話，7.50-20規(guī)格輪胎胎面膠的半成品斷面尺寸和圖形如圖3-1所示。 圖3-1輪胎胎面半成品斷面圖7.50-20規(guī)格的輪胎胎面膠，其成型的長(zhǎng)度為2235mm，膠料的密度為1.12kg/dm3，整體胎面膠的質(zhì)量系數(shù)取1.0，成型時(shí)所要割去的胎面膠質(zhì)量為0.08kg，在生產(chǎn)中，生產(chǎn)的工藝損耗率為0.003。胎面膠的截面積S=（4.8×0.03）+[（2.1+1.43）×（0.24-0.03）]/2=0.51465dm3一條輪胎胎面膠理論用量G=SLρk-g=0.51465×22.35×1.12×1.0-0.08=12.8027kg/條原材料的消耗定額A=G/（1-K）=12.8027/（1-0.003）=12.8412kg/條低碳輪胎胎面膠的配方為還氧化天然橡膠80，溶聚丁苯橡膠20，硬脂酸2，有機(jī)鋅3.5，炭黑N23443，白炭黑7，防老劑2.35，防護(hù)蠟0.85，硫磺2.8，促進(jìn)劑2.8，防焦劑0.25。其中原料配方的總用量s=164.55份還氧化天然橡膠的用量：m=80/164.55=0.486（48.6%）一條輪胎中的胎面膠理論還氧化天然橡膠的理論用量：G=12.8027×48.6%=6.2221kg/條還氧化天然橡膠工藝損耗率為0.003，還氧化天然橡膠在輪胎胎面膠中的消耗定額計(jì)算：A=G/（1-k）=6.2221/（1-0.003）=6.2408kg/條溶聚丁苯橡膠的用量：m=20/164.55=0.1215（12.15%）一條輪胎中的胎面膠理論溶聚丁苯橡膠在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×12.15%=1.5555kg/條溶聚丁苯橡膠的工藝損耗率為0.003，溶聚丁苯橡膠在輪胎胎面膠中的消耗定額計(jì)算：A=G/（1-k）=1.5555/（1-0.003）=1.5602kg/條炭黑N234的用量：m=43/164.55=0.2613（26.13%）一條輪胎中的胎面膠理論炭黑N234在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×26.13%=3.3453kg/條炭黑N234的工藝損耗率為0.005，炭黑N234在輪胎胎面膠中的消耗定額計(jì)算：A=G/（1-k）=3.3453/（1-0.005）=3.3622kg/條白炭黑的用量：m=7/164.55=0.0425（4.25%）一條輪胎中的胎面膠理論白炭黑在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×4.25%=0.5441kg/條白炭黑的的工藝損耗率為0.005，白炭黑在輪胎胎面膠中的消耗定額計(jì)算：A=G/（1-k）=0.5441/（1-0.005）=0.5468kg/條硬脂酸的用量：m=2/164.55=0.0122（1.22%）一條輪胎中的胎面膠理論硬脂酸在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×1.22%=0.1561kg/條硬脂酸的的工藝損耗率為0.006，硬脂酸在輪胎胎面膠中的消耗定額計(jì)算：A=G/（1-k）=0.1561/（1-0.006）=0.1571kg/條有機(jī)鋅的用量：m=3.5/164.55=0.0213（2.13%）一條輪胎中的胎面膠理論有機(jī)鋅在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×2.13%=0.2727kg/條有機(jī)鋅的的工藝損耗率為0.005，有機(jī)鋅在輪胎胎面膠中的消耗定額計(jì)算：A=G/（1-k）=0.2727/（1-0.005）=0.2741kg/條防老劑的用量：m=2.35/164.55=0.0143(1.43%)一條輪胎中的胎面膠理論防老劑在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×1.43%=0.1831kg防老劑的的工藝損耗率為0.005，防老劑在輪胎胎面膠中的消耗定額計(jì)算：A=G/（1-k）=0.1831/（1-0.005）=0.1840kg/條防護(hù)蠟的用量:m=0.85/164.55=0.0052（0.52%）一條輪胎中的胎面膠理論防護(hù)蠟在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×0.52%=0.0666kg/條防護(hù)蠟的的工藝損耗率為0.004，防護(hù)蠟在輪胎胎面膠中的消耗定額計(jì)算：A=G/（1-k）=0.0666/（1-0.004）=0.0668kg/條硫磺的用量：m=2.8/164.55=0.0170(1.70%)一條輪胎中的胎面膠理論硫磺在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×1.70%=0.2176kg/條硫磺的的工藝損耗率為0.005，硫磺在輪胎胎面膠中的消耗定額計(jì)算：A=G/（1-k）=0.2176/（1-0.005）=0.2187kg/條促進(jìn)劑的用量：m=2.8/164.55=0.0170(1.70%)一條輪胎中的胎面膠理論促進(jìn)劑在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×1.70%=0.2176kg/條促進(jìn)劑的的工藝損耗率為0.006，促進(jìn)劑在輪胎胎面膠中的消耗定額計(jì)算：A=G/（1-k）=0.2176/（1-0.006）=0.2189kg/條防焦劑的用量：m=0.25/164.55=0.0015（0.15%）一條輪胎中的胎面膠理論防焦劑在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×0.15%=0.0192kg防焦劑的的工藝損耗率為0.005，防焦劑在輪胎胎面膠中的消耗定額計(jì)算：A=G/（1-k）=0.0192/（1-0.005）=0.0193kg表3-1生膠及配合劑含有率、有效用量、消耗定額計(jì)算結(jié)果原料名稱ENRSSBRN234白炭黑硬脂酸有機(jī)鋅配方用量802043723.5各原料含有率0.4860.12150.26130.04250.01220.0213各原料含有率（%）48.6%12.15%26.13%4.25%1.22%2.13%各原料有效用量6.22211.55553.34530.54410.15610.2727各原料工藝損耗率0.0030.0030.0050.0050.0060.005各原料消耗定額6.24081.56023.36220.54680.15710.2741原料名稱防老劑防護(hù)蠟硫磺促進(jìn)劑防焦劑合計(jì)配方用量2.350.852.82.80.25164.55各原料含有率0.01430.00520.01700.01700.00151各原料含有率（%）1.43%0.52%1.70%1.70%0.15%100各原料有效用量0.18310.06660.21760.21760.019212.8027各原料工藝損耗率0.0050.0040.0050.0060.005各原料消耗定額0.18400.06680.21870.21890.019312.8489第3章標(biāo)題PAGE8PAGE5第4章設(shè)備的選取與選擇4.1低碳輪胎胎面膠生產(chǎn)工藝的選擇傳統(tǒng)的煉膠技術(shù)為通常為多段混煉，若是采用更為先進(jìn)的低溫一次混煉工藝的話，相較于傳統(tǒng)的多段混煉，傳統(tǒng)的多段混煉工藝需要進(jìn)行多段升降溫，在升降的過(guò)程中浪費(fèi)大量的能量，在物料的升降溫過(guò)程中，同時(shí)需要物料的周轉(zhuǎn)停放，占據(jù)大量的空間位置，有著能耗大、耗時(shí)長(zhǎng)、效率低等缺點(diǎn)。低溫一次煉膠法可以減去煉膠在升降溫過(guò)程的能量消耗，除去傳統(tǒng)的重復(fù)升降溫，實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)碎料、稱量一體化，減少膠料所需的周轉(zhuǎn)停放，大幅度的縮短煉膠所需的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)明顯的提高煉膠質(zhì)量。4.2開(kāi)放式煉膠機(jī)4.2.1開(kāi)放式煉膠機(jī)型號(hào)的選擇開(kāi)放式煉膠機(jī)主要進(jìn)行膠料的補(bǔ)充混煉，對(duì)生膠進(jìn)行塑煉和混煉，選擇塑煉機(jī)類型的開(kāi)放式煉膠機(jī)，采用XK-550型號(hào)的開(kāi)煉機(jī)。表4-1開(kāi)煉機(jī)規(guī)格和主要技術(shù)特征型號(hào)XK-550前輥650mm后輥650mm工作部分長(zhǎng)度2100mm前輥速度32m/min后輥速度34.6m/min最大輥距15mm速比1:1.08電機(jī)功率110KW煉膠容量135~165kg/次前輥光滑面后輥光滑面外形尺寸6360mm×2580mm×2300mm4.2.2開(kāi)放式煉膠機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算計(jì)算公式如下：Q=60Vρ/tV=（0.0065~0.0085）DL式中，Q為開(kāi)放式煉膠機(jī)的生產(chǎn)能力，單位為kg/h；V為一次的裝料量，單位為L(zhǎng)；ρ為所加入膠料的密度，單位為kg/L；t為煉膠周期，單位為min；D為輥筒工作部分的直徑，單位為cm；L為輥筒工作部分的長(zhǎng)度，單位為cm;V=（0.0065~0.0085）DL=(0.0065~0.0085)210cm×55.0cm所得到一次裝料量的范圍為75.075L~98.175L。將V=75.075L~98.175L，ρ=1.12kg/L，t=20min代入Q=60Vρ/t得開(kāi)放式煉膠機(jī)生產(chǎn)能力為252.252kg/h~329.868kg/h，用XK-550型開(kāi)煉機(jī)，可讓其每小時(shí)混煉300kg。4.2.3開(kāi)放式煉膠機(jī)生產(chǎn)設(shè)備臺(tái)數(shù)的計(jì)算設(shè)備理論臺(tái)數(shù)計(jì)算式如下：A=B/QCE=A/T(1-α)式中A為理論上每小時(shí)所需要開(kāi)放式煉膠機(jī)所需要的臺(tái)數(shù)；Q為設(shè)備的生產(chǎn)能力，單位為kg/h；C為設(shè)備的利用系數(shù)，為0.96;E為理論上每小時(shí)所需要開(kāi)放式煉膠機(jī)所需要的臺(tái)數(shù)；T為每日生產(chǎn)的小時(shí)數(shù)，為24小時(shí)；α為設(shè)備的檢修系數(shù)，為0.033。設(shè)計(jì)年生產(chǎn)9000噸低碳輪胎胎面膠的話，理論上一臺(tái)開(kāi)放式煉膠機(jī)完成一日工作量所需的小時(shí)數(shù)：A=B/QC=42035.6kg/（300kg/h×0.96）=145.9569h理論上開(kāi)放式練膠機(jī)所需的臺(tái)數(shù)為：E=A/T(1-α)=146.9569/24×（1-0.033）=6.2890臺(tái)。理論上用于混煉生產(chǎn)的XK-550型開(kāi)煉機(jī)的理論臺(tái)數(shù)為6.2890臺(tái)，則設(shè)計(jì)的臺(tái)數(shù)取7臺(tái)。XK-550型開(kāi)煉機(jī)的設(shè)備利用率為：K=E/F=6.2890/7=0.8984,即89.84%，工作制度為三班制度。4.3密閉式式煉膠機(jī)4.3.1密閉式煉膠機(jī)型號(hào)的選擇采用XM-50規(guī)格的密閉式煉膠機(jī)。表4-2國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)子相切型密煉機(jī)的主要技術(shù)特征機(jī)械型號(hào)XM-50密煉室總?cè)莘e/L50密煉室工作容積/L30轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速/（r/min）40轉(zhuǎn)子速比1:1.19上頂栓單位壓力/MP0.219壓縮空氣壓力/MPa0.6~0.8空氣消耗量/（m3/h）冷卻水壓力/MPa0.3~0.4冷卻水消耗量/（m3/h）9轉(zhuǎn)子軸承滾動(dòng)軸承卸料裝置形式擺動(dòng)式主電機(jī)：型號(hào)Y315S-6功率/KW75電壓/V380轉(zhuǎn)速/（r/min）980外形尺寸/m4.2×1.92×3.15總質(zhì)量/t11備注夾套冷卻4.3.2密閉式煉膠機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算密閉式密煉機(jī)的生產(chǎn)計(jì)算方法如計(jì)算開(kāi)放式煉膠機(jī)生產(chǎn)能力計(jì)算方法類同。將V=30L，ρ=1.12kg/L，t=6min代入Q=60Vρ/t得，密閉式煉膠機(jī)生產(chǎn)能力：Q=60Vρ/t=60×30×1.12/6=336kg/h4.3.3密閉式煉膠機(jī)生產(chǎn)設(shè)備臺(tái)數(shù)的計(jì)算密閉式密煉機(jī)的生產(chǎn)設(shè)備理論臺(tái)數(shù)的計(jì)算如計(jì)算開(kāi)放式煉膠機(jī)的理論臺(tái)數(shù)的計(jì)算方法類似。密煉機(jī)的設(shè)備利