Paraaramid jest stosowany w oponach o wysokiej wydajności ze względu na jego doskonałe właściwości mechaniczne, takie jak wysoka wytrzymałość, wysoki moduł sprężystości, odporność na zmęczenie i niskie pełzanie.
Od czasu, gdy pierwsza opona pneumatyczna Michelin została oficjalnie wyprodukowana w 1895 r., wraz z szybkim rozwojem przemysłu samochodowego, przemysł oponiarski nieustannie udoskonalał technologię i wprowadzał nowe produkty. Obecnie na całym świecie utworzono dojrzały i kompletny łańcuch produkcji opon. W przypadku opon materiały szkieletowe są kluczowymi materiałami zapewniającymi wytrzymałość opony, nośność i utrzymanie stabilności wymiarowej opony. Wraz ze wzrostem popularności opon radialnych, stopniowo rozwijają się wysokowydajne opony radialne i ekologiczne opony przyjazne dla środowiska, co stawia wyższe wymagania dotyczące wydajności materiałów szkieletowych. Para-aramid jest stopniowo stosowany w oponach o wysokiej wydajności ze względu na swoje doskonałe właściwości materiałowe.
Klasyfikacja i właściwości użytkowe materiałów szkieletowych opon
Materiały szkieletowe są główną warstwą przenoszącą naprężenia w produktach gumowych, które odgrywają decydującą rolę w wydajności, żywotności i wartości użytkowej produktów gumowych. Idealne materiały szkieletowe muszą mieć właściwości mechaniczne, takie jak wysoka wytrzymałość, wysoki moduł, odporność na zmęczenie, niskie pełzanie oraz właściwości fizyczne i chemiczne, takie jak niska gęstość, odporność na wysokie i niskie temperatury, odporność na korozję i trudnopalność. Istnieją cztery główne kategorie materiałów szkieletowych z włókien opon, z których każda ma swoje zalety i wady.
(1) Kord wiskozowy ma doskonałe właściwości retencji modułu w wysokiej temperaturze i niskie właściwości skurczu, a jego stabilność wymiarowa jest znacznie lepsza niż kordów nylonowych i poliestrowych. Może być stosowany w karkasach opon radialnych, aby umożliwić oponom uzyskanie doskonałych właściwości jezdnych, ale kord wiskozowy ma niską wytrzymałość na mokro i poważne zanieczyszczenie produkcji.
(2) Sznur poliestrowy ma zalety wysokiego modułu, wysokiej wytrzymałości, niskiego wydłużenia, niskiego skurczu cieplnego, dobrej stabilności wymiarowej i mniej więcej takiej samej wytrzymałości na sucho i mokro. Jego odporność na zmęczenie i odporność na uderzenia są lepsze niż sznurka wiskozowego, ale jego wzrost temperatury spowoduje aminolizę w wysokich temperaturach.
(3) Zalety nylonowego sznurka to wysoka wytrzymałość, niska gęstość względna, niska strata histerezy, niski współczynnik absorpcji wilgoci, wysoka wytrzymałość na mokro, dobra elastyczność, 10 razy wyższa odporność na zginanie niż w przypadku sznurka wiskozowego i lepsza odporność na zmęczenie niż w przypadku innych sznurków włóknistych. Głównymi wadami są duży skurcz cieplny, słaba stabilność termiczna i stabilność wymiarowa.
(4) Kord aramidowy stopniowo rozszerzał się w ostatnich latach ze względu na jego wysoką odporność na temperaturę, wysoką wytrzymałość, wysoki moduł i niewielkie odkształcenia. Badania wykazały, że kord aramidowy może nie tylko zmniejszyć masę opony i opór toczenia, ale także pomóc poprawić odporność opony na przebicie i przecięcie.
Porównanie wydajności powszechnie stosowanych materiałów na szkielety opon przedstawiono w tabeli 1.
| Rzeczy |
Para-aramid |
Drut stalowy |
Sztuczny jedwab |
Nylonowy 66 |
Poliester |
| Gęstość/（Mg∙m^-3） |
1,44 |
7,85 |
1,53 |
1.14 |
1.38 |
| Temperatura rozkładu (azot)/°C |
>500 |
1600 |
200 |
255 |
260 |
| Wytrzymałość na rozciąganie/MPa |
2830 |
2550 |
780 |
960 |
1150 |
| Wytrzymałość właściwa/(mN∙tex^-1) |
1970 |
330 |
510 |
840 |
830 |
| Moduł początkowy/GPa |
80 |
160 |
18 |
6 |
14 |
| Moduł właściwy/(N∙tex^-1) |
55 |
20 |
12 |
5 |
10 |
| Współczynnik rozszerzalności cieplnej ×10⁶/K^-1 |
-2.2 |
3.7 |
- |
- |
- |
| Wydłużenie przy zerwaniu/% |
3.6 |
1.9 |
13,0 |
20,0 |
13,5 |
| Wskaźnik utrzymania wytrzymałości po 200 °C×48 h/% |
90 |
100 |
20 |
45 |
55 |
| Skurcz cieplny na sucho (160 °C ×4min)/% |
<0,1 |
0 |
1.0 |
3.8 |
5.0 |
Wytrzymałość właściwa i moduł sprężystości właściwy para-aramidu są prawie 6 i 3 razy większe od drutu stalowego i 2 i 10 razy większe od nylonu 66. Para-aramidowe materiały mogą nadal utrzymywać normalny poziom w zakresie temperatur od -200 do 200°C. Przy założeniu tej samej wytrzymałości na rozciąganie masa wyrobów gumowych może być znacznie zmniejszona, a materiał ten może być stosowany w ekstremalnych warunkach klimatycznych. Para-aramid charakteryzuje się doskonałym niskim pełzaniem, odpornością na zmęczenie, niskim skurczem cieplnym i odpornością na korozję chemiczną, co może znacznie poprawić stabilność wymiarową wyrobów gumowych i wydłużyć okres eksploatacji. Dlatego para-aramid jest niezwykle idealnym materiałem na szkielet opony.
Zastosowanie para-aramidu w materiałach szkieletu opony
Pierwszym zastosowaniem aramidu w strukturze opony była warstwa radialnego pasa opony. Ze względu na swoje szczególne właściwości jest on obecnie stosowany w coraz większej liczbie różnych komponentów opon. Z technicznego punktu widzenia aramid może być stosowany jako materiał szkieletowy dla dowolnej części opony, a nawet może być łączony z żywicą w celu zastąpienia drutu stalowego w celu wytworzenia stopek opony, co znacznie zmniejsza wagę opony. Obecnie istnieją przykłady zastosowania aramidu w warstwie pasa z odsłoniętymi krawędziami, warstwie pasa złożonego, warstwie pasa obwodowego, karkasie opony radialnej, osłonie stopki, pierścieniu drucianym, karkasie opony diagonalnej wyścigowej i warstwie buforowej opony diagonalnej.
Zastosowanie kordu aramidowego 1680dtex/2 zamiast kordu stalowego 2×0.30HT w warstwie opasania opony samochodu osobowego może zmniejszyć masę opony o 6,4% do 7,5%, a opór toczenia o 12,5%. Zastosowanie kordu aramidowego 1680dtex/2 w karkasie i warstwie opasania może zmniejszyć masę opony o 15%, a inne właściwości opony spełniają standardowe wymagania i poprawiają komfort jazdy samochodem.
Przy tej samej masie jego wytrzymałość i moduł znacznie przewyższają materiały takie jak poliester, poliamid i drut stalowy, a także jest niezwykle doskonały pod względem bezpieczeństwa i trwałości. Najważniejszą zaletą stosowania kordu aramidowego zamiast kordu stalowego w składanych oponach wyścigowych jest to, że zmniejsza on wagę opony i umożliwia jej składanie. Lekkie właściwości aramidu są bardzo odpowiednie dla opon wyścigowych o wysokiej wydajności. Jednocześnie zmniejszając wagę samochodu, może on osiągnąć szybsze hamowanie i lepsze osiągi na zakrętach.
Zastosowanie krótkich włókien aramidowych w gumie wypełniającej całkowicie stalowe opony radialne. Specjalna struktura i właściwości samych krótkich włókien aramidowych mogą nadać produktom gumowym doskonałe właściwości, takie jak wysoki moduł sprężystości, wysoka twardość, wysoka wytrzymałość, stabilność wymiarowa i odporność na zużycie. Wyniki testów pokazują, że krótkie włókna aramidowe zmniejszają lepkość Mooneya mieszanki gumowej, skracają t90, zmniejszają wzrost temperatury, zmniejszają współczynnik strat, zmniejszają efekt Payne'a i mają dobrą trwałość gotowej opony, co wskazuje, że materiał aramidowy jest bardzo skuteczny w poprawie osiągów opony.
| Rzeczy |
1100dtex/2 |
1680dtex/2 |
| Wytrzymałość na zerwanie/N |
≥330 |
≥450 |
| Nierównomierny współczynnik wytrzymałości na zerwanie/% |
≤3,5 |
≤3,5 |
| 66,6 N Wydłużenie przy obciążeniu znamionowym/% |
1,8±0,6 |
2,0±0,6 |
| Wydłużenie przy zerwaniu/% |
4,5±1,5 |
6,0±1,5 |
| Wydłużenie przy nierównomiernym zerwaniu/% |
≤5,0 |
≤5,0 |
| Skurcz cieplny na sucho/% |
≤0,5 |
≤0,5 |
| H Siła wyciągania/（N•cm^-1) |
≥100 |
≥130 |
Chociaż kord aramidowy ma wiele zalet, jako materiał szkieletu gumowego, ma również problemy, takie jak słaba odporność na ściskanie i zmęczenie zginaniem, trudności w łączeniu i wysokie koszty produkcji, które ograniczają szerokie zastosowanie kordu aramidowego. Dlatego opracowano kompozytową tkaninę kordową aramid/nylon o wysokiej wytrzymałości. Kompozytowa tkanina kordowa uzyskana przez przędzenie, skręcanie, zanurzanie i obróbkę cieplną aramidu i nylonu w określonym stosunku może wyeliminować wady nylonu i aramidu i połączyć zalety obu, zrealizować uzupełniające się właściwości materiałowe i spełnić surowe wymagania dotyczące opon o wysokiej wydajności. W przyszłości kompozytowa tkanina kordowa będzie coraz szerzej stosowana w oponach.
