改善標簽法高填充白炭黑對胎面外觀質(zhì)量

2013年工程師A級技術(shù)論文論文題目:改善標簽法高填充白炭黑配方膠料壓出外觀論文宋思賀部門：質(zhì)量管理部崗位：過程管理目錄\o"本文檔"摘要.....................................................................2關(guān)鍵詞...................................................................21前言...................................................................31.1發(fā)展歷程和對我國現(xiàn)輪胎行業(yè)的影響..................................31.2解決標簽法胎面粗糙問題在我司的必要性..............................31.3高填充白炭黑配方的特性............................................31.4GE320嚙合型密煉機功能............................................41.5標簽法胎面壓出工藝、質(zhì)量現(xiàn)狀......................................42論文部分...............................................................52.1實驗?zāi)康?.........................................................52.2實驗部分..........................................................52.2.1主要材料的確定..............................................62.2.2密煉機確定..................................................62.2.3機臺檢測....................................................62.3實驗方案..........................................................62.3.1方案構(gòu)想....................................................62.3.2方案試驗步驟................................................62.4生產(chǎn)過程..........................................................72.4.1主要參數(shù)....................................................72.4.2混煉過程工藝曲線............................................82.4.3生產(chǎn)過程結(jié)果討論............................................92.5膠料性能..........................................................92.5.1快檢實驗數(shù)據(jù)................................................92.5.2物理實驗數(shù)據(jù)................................................92.5.3實驗結(jié)果討論................................................102.6半成品性能........................................................102.6.1壓出工藝數(shù)據(jù)................................................102.6.2胎面外觀放大對比............................................102.6.3壓出數(shù)據(jù)結(jié)果討論............................................112.6.4胎面停放收縮對比............................................122.6.5胎面收縮結(jié)果分析............................................122.7成品質(zhì)量..........................................................132.7.1外觀、TUO、均勻性數(shù)據(jù).......................................132.7.2成品結(jié)果分析................................................132.8實驗結(jié)果及篩選分析................................................13結(jié)論.....................................................................14致謝.....................................................................14參考文獻.................................................................15改善標簽法高填充白炭黑胎面配方壓出外宋思賀質(zhì)量管理部摘要：本文通過了解混煉工藝對白炭黑填充膠料性能的影響，相應(yīng)地采用最新技術(shù)發(fā)展水平的嚙合式密煉機混煉性能，調(diào)整高填充白炭黑乘用胎面配方填充系數(shù)、混煉轉(zhuǎn)速、液體硅烷投加順序等措施，從而達到改善膠料壓出部件外觀性能為目的。經(jīng)驗證結(jié)果表明，將高填充白炭黑乘用胎面配方混煉膠的填充系數(shù)調(diào)整至0.60，液體硅烷在白炭黑投加之后15秒投加，混煉膠料質(zhì)量穩(wěn)定，壓出胎面光滑，能夠滿足標簽法輪胎制造要求?！P(guān)鍵詞：白炭黑，乘用胎，填充系數(shù)，硅烷，輪胎、改善前言1.1發(fā)展歷程和對我國現(xiàn)輪胎行業(yè)的影響由于二氧化碳排放增長加劇全球變暖，世界各國紛紛采取行動以降低汽車能耗。其中歐盟二氧化碳排放中，轎車占到12%左右。輪胎滾動阻力大小對汽車能耗水平和二氧化碳排放具有重要影響。因此，歐盟推出了歐洲輪胎標簽法，制定了一套有關(guān)滾動阻力、濕路附著力和噪音的技術(shù)標準，標簽法輪胎與傳統(tǒng)輪胎不同，能夠有效降低滾動阻力，從而使得能耗下降5%-9%。進而推動綠色（標簽法）輪胎的推廣［1］。2012年11月1日開始，歐盟輪胎標簽法規(guī)將正式實施，它對輪胎性能指標進行分級細化，對輪胎生產(chǎn)工藝提出了更高的要求。最終推動中國形成輪胎“標簽法”與國際接軌，我國輪胎今后若想在歐洲繼續(xù)站穩(wěn)腳跟，提升產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)刻不容緩［2］。1.2解決標簽法輪胎胎面粗糙問題在我司的必要性由于標簽法輪胎胎面具有典型的白炭黑胎面配方,因此白炭黑膠料存在諸多挑戰(zhàn)性的問題,這是由于:混煉高扭矩，高升熱，粘度高；必需增加混煉工序；難分散；容易結(jié)團、聚集；混煉膠停放后易變硬等［3］。因標簽法輪胎受原配方材料特殊性，自我司開發(fā)生產(chǎn)以來存在壓出胎面外觀質(zhì)量不穩(wěn)定,主要表現(xiàn)胎面斷面分析不良,尺寸波動,長度收縮率大,外觀粗糙等因素，隨著輪胎標簽法實施，普遍使用白炭黑替代黑炭黑以提高產(chǎn)品性能。1.3高填充白炭黑配方的特性高填充白炭黑與炭黑一樣，是橡膠膠料最重要的補強填料之一。在橡膠膠料中用白炭黑作為填料，可賦予加工者使用炭黑無法獲得的動態(tài)材料性能。目前己經(jīng)廣泛應(yīng)用于輪胎行業(yè)中，它不僅能降低滾動阻力，還有助于改善抗?jié)窕阅埽淙秉c明顯，加工工藝復雜多變，白炭黑粒子其特征是具有很強的填料-填料相互作用，容易因強烈的內(nèi)部結(jié)合力而形成附聚體。與填料-填料相互作用相比，聚合物-填料間的相互作用要小，補強效應(yīng)低。表面能高,容易結(jié)團,難在膠料中分散,而且在混煉后又很快重新結(jié)團，結(jié)團后分散比較困難，同時混煉過程中其它配合劑也容易附在白炭黑表面。在實際生產(chǎn)中，只有通過往膠料中添加硅烷偶聯(lián)劑，才能實現(xiàn)材料動態(tài)性能的改善。采用動態(tài)反應(yīng)性混煉(140~160℃，3一4min，3段甚至4段混煉)可以得到改善，即白炭黑和硅烷\o"偶聯(lián)劑"偶聯(lián)劑混煉時在高溫下保持一段時間，使二者充分反應(yīng)，從而提高白炭黑的分散性。因此標簽法輪胎胎面在生產(chǎn)過程的混煉工藝要求更加高［4］。1.4GE320嚙合型密煉機功能要想使得不同的填充劑和化學品的分布和分散程度達到最優(yōu)化就需要改善混合物性能。目前輪胎行業(yè)已經(jīng)紛紛采用新型的嚙合式轉(zhuǎn)子密煉機來提高白炭黑的混煉性能。嚙合式轉(zhuǎn)子密煉機的優(yōu)勢主要在于其具有較好的冷卻效率，能對膠料進行更好的溫度控制，其特殊的轉(zhuǎn)子設(shè)計不僅具有在轉(zhuǎn)子與密煉室壁面之間的混煉作用，還提高了膠料的流動性、而且還具有在轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間的混煉作用；從結(jié)構(gòu)方面看，密煉機的尺寸雖大，但由于提高了其轉(zhuǎn)子混煉效果，所以賦予了更高的剪切性，且混合和冷卻效果優(yōu)異。另外由于嚙合型密煉機兩個轉(zhuǎn)子之間的空間小，所以其填充系數(shù)比相切型密煉機的系數(shù)約小5％左右［5］。1.5標簽法胎面壓出工藝、質(zhì)量現(xiàn)狀由于標簽法胎面配方膠料的特殊性，造成壓出工藝受到一定影響，目前我司標簽法膠料壓出胎面所存在的問題：胎面斷面尺寸不穩(wěn)定和長度收縮大；寬度變化不穩(wěn)定；胎面外觀粗糙，易焦燒，變形等。針對此問題特開展試驗工作。本文主要研究通過使用不同材料、調(diào)整混煉工藝和填充系數(shù)以及排膠溫度等方法，探討含高分散白炭黑膠料混煉工藝的適應(yīng)性，從而使得有效改善標簽法膠料壓出胎面外觀質(zhì)量。論文部分2.1實驗?zāi)康谋緦嶒炛饕芯客ㄟ^改變配方材料和混煉工藝參數(shù)查找其對改善胎面外觀粗糙和尺寸波動的作用。實驗中對不同方案所得結(jié)果進行比較分析和探討，為今后的工作積累一定理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗，有效提高標簽法輪胎成品質(zhì)量，為本公司標簽法輪胎順利進入歐盟市場打下堅實基礎(chǔ)。2.2實驗部分2.2.1主要材料的確定實驗基本原料如表1所示表1：試驗主要原材料材料序號材料名稱廠家批次1、SSBR2（丁苯橡膠）獨山子13042、造粒白炭黑（RP13386B3）確成硅化13033、黑炭黑（A105）江西黑貓13064、天然橡膠（S20R）泰國廣墾13075、SI69L(液體硅烷偶聯(lián)劑)江西宏柏13056、SI69N(固體硅烷偶聯(lián)劑)江西宏柏13A027、其他市售材料省略省略2.2.2密煉機確定母、再煉采用益陽橡塑機械集團制造的GE320大容量嚙合型密煉機，終煉采用GK270。2.2.3機臺檢測通過檢驗設(shè)備精度，機臺（油料秤、炭黑秤、膠秤）驗秤、物理衡算、排膠溫度以及各項生產(chǎn)工藝參數(shù)無異常，設(shè)備性能符合工藝要求。2.3實驗方案2.3.1實驗方案構(gòu)想表2：四個實驗方案要點項目母煉機臺終煉機臺填充系數(shù)偶聯(lián)劑轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速段數(shù)份數(shù)方案一PA287HPE2GE320GK2700.60固體SI69N60-301-4-5-76份方案二PA287HPE3GE320GK2700.60液體SI69L60-201-4-5-7方案三PA287HPE4GE320GK2700.60液體SI69L60-201-4-5-7方案四PA287HPE5GE320GK2700.65液體SI69L60-201-4-5-76份2.3.2方案試驗步驟本次試驗主要分為四個方案在母、再煉膠機臺統(tǒng)一使用GE320生產(chǎn)，終煉統(tǒng)一在GK2708#機生產(chǎn)。各個方案各生產(chǎn)6份膠料。主要通過采用不同品種硅烷、材料的投加順序不同、不同溫度，不同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、不同變速和不同膠料填充系數(shù)等混煉工藝，進一步驗證不同原材料在不同混煉工藝參數(shù)的狀態(tài)下驗證和掌握膠料檢測性能和半成品、成品的各種特性變化情況，具體各方案變異點如下（配方材料以及混煉工藝未列出的各個方案相同）：方案一：填充系數(shù)按0.60，使用固體硅烷偶聯(lián)劑SI69N，投料方式為白炭黑和固體硅烷同時在第一步加入，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速采用變速60-30，采用1-4-5-7四段生產(chǎn)，膠料標識PA287HPE2。方案二：填充系數(shù)按0.60，使用液體硅烷偶聯(lián)劑SI69L，投料方式為第一步加完白炭黑后15s在加入液體硅烷，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速采用變速60-20，采用1-4-5-7四段生產(chǎn)，膠料標識PA287HPE3。方案三：填充系數(shù)按0.60，使用液體硅烷偶聯(lián)劑SI69L，投料方式為第一步加完白炭黑后15s在加入液體硅烷，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速采用變速60-20，同時在第4、5段將排膠溫度降低5℃，采用1-4-5-7四段生產(chǎn)，膠料標識PA287HPE4。方案四：在方案三的基礎(chǔ)上將密煉機填充系數(shù)由0.60更改為0.65生產(chǎn)。2.4生產(chǎn)過程2.4.1主要生產(chǎn)參數(shù)情況表2-2各方案混煉過程主要工藝數(shù)據(jù)表項目方案第一段母煉第二段再煉第三段再煉終煉膠平均時間（S）PA287HPE2288191149185PA287HPE3281189133182PA287HPE4344171199182PA287HPE5330154146178平均溫度(℃)PA287HPE2149.2151.1150.2105PA287HPE3146.2151.8150.5105PA287HPE4149.4145.1135.2105PA287HPE5146.5150.2150.3105平均能量（awh）PA287HPE231.125.1724.6753.67PA287HPE328.624.8323.6752.64PA287HPE431.322.6722.8352.67PA287HPE526.124.4222.0051.40圖2-1母煉至終煉混煉曲線圖圖2-2母煉至終煉混煉曲線圖2-3母煉至終煉混煉曲線圖2-4母煉至終煉混煉曲線2.4.3生產(chǎn)過程結(jié)果討論：四個方案出片外觀質(zhì)量、排膠溫度抽查均無異常、從每份里面抽取三個樣做均勻性試驗均符合要求、生產(chǎn)效率角度出發(fā)，方案四所使用的時間最短808秒，最長的方案三共用時896秒,相差84秒，其原因是對膠料的排膠降低后為達到混煉均勻目的適當將混煉時間延長，排膠溫度除方案三在四、五段將其降低5℃外、其余方案和能量基本相差無幾。2.5膠料性能硫化膠物理性能按公司現(xiàn)有快檢、物理相關(guān)儀器和公司內(nèi)定指標進行檢測，每種膠料取2個試樣．測試結(jié)果取平均值。2.5.1表2-2：各方案快檢性能試驗結(jié)果項目PA287HPE2PA287HPE3PA287HPE4PA287HPE5MH-ML27.427.728.126.9t500:39:000:01:040:01:390:01:41t900:02:060:02:070:02:060:02:07門尼粘度30.832.533.931.5硬度65656665比重1.1571.1621.1621.158炭黑分散6.36.46.16.52.5.2物理實驗數(shù)據(jù)表2-3：各方案物理性能試驗結(jié)果項目PA287HPE2PA287HPE3PA287HPE4PA287HPE5300%定伸應(yīng)力MPa12.111.912.511.4拉伸強度MPa17.618.317.718.4拉斷伸長率%417.5462.5417.0463.5永久變形%27.330.427.231.6撕裂強度kN/m36.036.736.237.2磨耗量cm3/1.61km0.2580.2610.2660.192溫升值℃22.523.723.422.0球性回彈at25℃252526242.5.3實驗結(jié)果各個方案通過快檢檢測和物理試驗檢測結(jié)果評定胎面膠的硫變、快速物性、拉伸強度、伸長率、抗撕裂性和邵爾硬度等物理性能全部合格。在整個數(shù)據(jù)結(jié)果對比分析反映出四個方案其中方案二、四的拉伸強度、拉斷伸長率、永久變形、撕裂強度、磨耗量等試驗性能比較優(yōu)勝，其中方案四數(shù)據(jù)性能表現(xiàn)最佳。2.6半成品性能2.6.1壓出跟蹤驗證四個不同膠種的壓出生產(chǎn)數(shù)據(jù)具體如下：表2-4：各方案壓出性能試驗結(jié)果項目PA287HPE2PA287HPE3PA287HPE4PA287HPE5胎面代碼Y913CY913CY913CY913C線速m/min17.116.816.517.1排膠溫度（℃）109108110108胎面外觀粗糙略粗糙粗糙正常斷面分析合格合格合格合格2.6.2胎面外觀放大對比PA287HPE3PA287HPE2PA287HPE3PA287HPE2PA287HPE4PA287HPE4PA287HPE5PA287HPE52.6.3從四個壓出同口型胎面生產(chǎn)線速、口型尺寸、斷面分析和胎面外觀分析膠料的膨脹率、流動性能，方案一外觀最粗糙，方案三比較粗糙，方案一、四的線速比方案二、三快0.6m/min，而一與四方案中方案四的排膠溫度比較低1℃，得知方案四在基本同等線速的情況下壓出胎面其排膠溫度相對其他三個方案溫度比較低。同時通過對胎面外觀放大200倍觀看可以明顯發(fā)現(xiàn)，方案一外觀最差、方案二，三外觀相對比較好、方案四外觀光滑度最好。2.6.4胎面停放收縮對比表2-5：各方案胎面停放長度收縮試驗結(jié)果項目PA287HPE2PA287HPE3PA287HPE4PA287HPE5胎面代碼Y913CY913CY913CY913C標準長度mm1906190619061906收取長度mm19101909.619111909停放2t長度mm1905.41906.41907.61908.2停放4t長度mm1904.61905.81906.41907.7停放6t長度mm1904.219051905.41906.9停放8t長度mm19041904.81905.21906.1表2-6：停放至成型使用時長度收縮試驗結(jié)果項目PA287HPE2PA287HPE3PA287HPE4PA287HPE5胎面代碼Y913CY913CY913CY913C標準長度mm1906190619061906停放時間t16161616百葉車上測長mm1906.61906.41904.41906.2胎面架上測長mm190419051903.81905.8收縮率mm-2-1-2.8-1.22.6.5胎面收縮結(jié)果分析四個方案胎面壓出后通過在不同停放時間段測量胎面長度變化驗證經(jīng)壓出后的半成品，在停放過程中發(fā)生厚度增加，長度和寬度變小反映胎面膠料的壓出過程中膠料發(fā)生不可逆的塑性變形和可逆的彈性變形現(xiàn)象也叫收縮，同時也反映出配方、材料、工藝的合理性、加工性。從表10可以看出：在相同停放時間的前提下不同位置上測量，方案4變短達到2.8mm,而方案二和三的胎面長度變短為1-1.2mm，收縮最穩(wěn)定。2.7成品質(zhì)量2.7.1外觀、TUO、均勻性數(shù)據(jù)表2-7：成品外觀、TUO,均勻性數(shù)據(jù)分析項目使用膠料輪胎規(guī)格外觀TUO均勻性合綜合合格率方案一PA287HPE2195/55R15S-102310099.498.499.27方案二PA287HPE3195/55R15S-102310010099.099.67方案三PA287HPE4195/55R15S-102310099.598.799.40方案四PA287HPE5195/55R15S-102310010099.699.872.7.2成品結(jié)果分析從表11使用四個膠種生產(chǎn)的同一個規(guī)格成品輪胎的外觀、TUO、均勻性合格率數(shù)據(jù)分析，外觀均100%合格，TUO方案一最差，方案二和四均100%、均勻性方案一最差、方案四最好，達到99.6水平。2.8.各方案實驗結(jié)果及篩選分析從各個方案的實驗數(shù)據(jù)來看，使用不同品種硅烷、材料的投加順序不同、在不同段數(shù)采用不同的排膠溫度，不同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、不同的變速混煉以及不同膠料填充系數(shù)等混煉工藝，均會反映出膠料性能的差異，結(jié)合現(xiàn)場觀察，其對比的差異點分析如下：1.先從膠料混煉的生產(chǎn)效率角度考慮，方案四所使用的時間最短808秒，最長的方案三共用時886秒,相差74秒，而排膠溫度、能量基本一致。生產(chǎn)的膠料性能和半成品、成品質(zhì)量未達到要求是不可取的，同時可以看出方案四即PA287HPE5的生產(chǎn)效率相對比較高。2.