Thiết kế phân xưởng sản xuất săm lốp xe đạp qui cách 650 với năng suất 4tr bộ năm

Thiết kế phân xưởng sản xuất săm lốp xe đạp qui cách 650 với năng suất 4tr bộ năm

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

Đi lại là một nhu cầu tất yếu của con người, từ xa xưa người ta đãbiết sử dụng rất nhiều phương tiện khác nhau để phục vụ cho nhu cầu này Mộttrong những phương tiện thông dụng nhất, đơn giản nhất đó là xe đạp.Ở ViệtNam xe đạp vốn là phương tiện truyền thống, có vai trò rất quan trọng đặc biệttrong cuộc kháng chiến chống Pháp thì chiếc xe đạp đã trở thành biểu tượng chosức mạnh của dân tộc Việt Nam.

Hiện nay Việt Nam là một nước đang phát triển với tốc độ tăngtrưởng cao, trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước cùng với nólà sự phát triển không ngừng của các loại phương tiện giao thông tiên tiến vàhiện đại cả về số lượng, chất lượng cũng như kiểu cách, mẫu mã.Nhưng khôngvì thế mà xe đạp mất đi vai trò của nó trong nền kinh tế quốc dân vì như chúngta đều biết ở nước ta có hàng triệu các em học sinh chưa đến tuổi được đi xemáy, ngoài các em được bố mẹ đưa đón bằng phương tiện khác ra còn lại phầnlớn là tự đến trường bằng xe đạp Đi xe đạp không những có tác dụng giảm thiểusố tai nạn giao thông hàng ngày mà còn góp phần chống ô nhiễm môi trường.Đối với một số người có điều kiện kinh tế thì đi xe đạp còn là một môn thể thaohấp dẫn đặc biệt đối với người cao tuổi.Trong khi đó Việt Nam lại là nước có trữlượng cao su thiên nhiên rất lớn do có điều kiện khí hậu rất thích hợp cho loạicây này phát triển Trước đây vào những năm đầu tiên của thế kỷ 19 thì nguồnnguyên liệu cao su là một trong những nguồn nguyên liệu qúi hiếm nhất đượctrồng ở Việt Nam và các nước có khí hậu nhiệt đới Lúc đó cao su sau thu hoạchsẽ được đóng thành tảng rồi chở về châu Âu để sản xuất các sản phẩm có giá trịnhư săm lốp ô tô, xe máy, các dụng cụ thể thao, đệm lót Cho đến nay thì cao suvẫn là nguồn nguyên liệu hàng đầu của Việt Nam.

Để phát huy các điều kiện thuận lợi về nguồn cao su thiên nhiêndồi dào cùng với các nguồn nguyên liệu khác như dầu mỏ, than đá,đất đai thìviệc xây dựng một nhà máy sản xuất săm lốp xe đạp có công suất vài triệu bộtrên năm là một nhu cầu tất yếu đối với đất nước ta trong giai đoạn hiện nay.Đócũng là nhu cầu tất yếu của nền kinh tế quốc dân,vì vậy đề tài của bản đồ án nàylà:

Thiết kế phân xưởng sản xuất săm lốp xe đạp qui cách650 với năng suất 4.000.000 bộ /năm.

PHẦN 2: LÝ THUYẾT CHUNG

1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SĂM LỐP XE ĐẠP QUICÁCH 650

1.1. Lịch sử phát triển:

người ta đã biết dùng cao su nẹp vào quanh bánh xe để giảm xóc, làm cho bánhxe lăn trên đường được êm hơn.

Năm 1887, Dunlôp người Ailen đã có sáng kiến dùng không khí được néntrong vỏ bọc bằng cao su để làm giảm xóc cho xe đạp: chiếc xe có lốp bơm hơiđầu tiên ra đời với kỹ thuật còn rất thô sơ Hai năm sau việc sản xuất ra săm xeđạp bắt đầu.

Từ việc phát minh ra lốp xe đạp bơm hơi, anh em nhà Michelin đã ápdụng sản xuất lốp bơm hơi cho xe ôtô.

Về nguyên lý, lốp bơm hơi ngày nay giống như thời kỳ ban đầu Thời kỳđầu lốp có phần rỗng chứa không khí nén nhỏ, bụng lốp hẹp, đường kính ngoàilớn do vậy thường phải bơm hơi với áp lực cao để chịu được tải trọng của xe vàtải nặng.

Để đảm bảo độ bền của lốp dưới áp lực cao khi làm việc, lốp có cấu tạo 1hoặc nhiều lớp vải tạo hình với 2 vòng thép (vòng tanh) để định vị lốp với vành.Thời kỳ đầu người ta dùng vải dệt có nhược điểm là khi lốp làm việc các sợi vảibị dãn ra, cọ xát với nhau sinh nhiệt và gây rách vải, lốp mau bị hỏng.

Dần dần người ta cải tiến nâng cao chất lượng lốp xe bằng cách thay thếvải dệt bằng vải mành, vải mành là loại vải chỉ có sợi dọc là chính (chịu lực), rấtít các sợi ngang Vai trò của sợi ngang là giữ cho sợi dọc ít bị xô lệch trong quátrình gia công sản phẩm nên chúng thường có kích thước sợi nhỏ hơn và rất

thưa Nhờ vậy lốp chịu biến dạng tốt hơn, ít sinh nhiệt do ma sát giữa sợi với sợinhỏ hơn.

Độ bám dính giữa các lớp vải và cao su có ảnh hưởng nhiều đến tính năngcơ lý và khả năng làm việc (tuổi thọ) của lốp, vì vậy người ta cải tiến và nângcao chất lượng của vật liệu làm vải mành Từ vật liệu là sợi bông dần được thaythế bằng sợi tổng hợp Người ta chọn loại vật liệu làm vải mành phù hợp mụcđích sử dụng và đảm bảo các tính năng kỹ thuật, tính kinh tế.

Việc nâng cao tính năng của sợi mành cho phép tăng dung lượng của lốp,giảm đường kính ngoài và đường kính vành và cho phép giảm áp lực bơm hơitrong lốp, làm cho lốp có độ giảm xóc tốt hơn.

Để giảm khả năng trượt của lốp xe trên mặt đường, người ta tạo ra hoa lốp(bằng các dạng rãnh khía) trên mặt chạy của lốp.

Săm được phát minh ra nhằm mục đích duy trì áp lực không khí đượcbơm vào trong lốp Vì vậy săm là 1 sản phẩm thường đi kèm với lốp để lắpthành bánh xe Yêu cầu cao nhất đối với săm là giữ kín khí và bền trong điềukiện lốp làm việc (đối với lốp ôtô còn phải bền nhiệt).

Phạm vi ứng dụng của lốp bơm hơi là làm cho các loại xe chạy trênđường bộ (không có đường ray): đường giao thông, công trường, nông trường

1.2 Cấu tạo bộ săm, lốp xe đạp (hình vẽ)

Hình 1: phối cảnh chụp của chiếc lốp xe đạp

Cao su MÆt lèp

Cao su H«ng lèpTh©n lèp

Vßng tanhPhÇn mÆt ch¹y

Cấu tạo lốp gồm 3 phần chính: Tanh, hông lốp, mặt lốp.

kính 2, 1mm Mỗi lốp có 2 sợi tanh , chiều dài định mức của mỗi sợi tanh là

lớp vải (1 lớp vải mành và 1 lớp vải phin ) vắt qua Để tăng độ ổn định của

tanh, tăng khả năng bám dính giữa tanh và cao su bọc tanh thì tanh phải đượcxử lý bề mặt trước khi bọc cao su.

-Hông lốp : hông lốp có chiều dày khoảng 30,3 mm Trong hông lốpgồm có 2 phần:

+phần 1: gồm có 2 lớp vải cán tráng bằng cao su và nằm phía trong cùngcủa lốp , chiều dày của lớp này = 1,2 0,3 mm Đây chính là lớp chịulực của lốp xe.

+phần 2: gồm 1 lớp cao su nằm sát bên ngoài của 2 lớp vải cán tráng trên.Lớp này có chiều dày 1,8  0,3 mm Vai trò của lớp này là bảo vệ lớpchịu lực và tăng độ cứng của lốp.

-Mặt lốp : là lớp ngoài cùng của lốp Nó có chiều dày khoảng 4và có hoa lốp để bám đường.

2 THÀNH LẬP ĐƠN PHA CHẾ CAO SU BÁN THÀNHPHẨM.

2.1 Bộ đơn pha chế cho mỗi cao su bán thành phẩm.

Cấu tạo lốp xe đạp có 3 phần: mặt lốp, thân lốp và tanh Các bộ phận nàynằm ở các vị trí khác nhau với chức năng nhiệm vụ khác nhau, chịu những tácđộng khác nhau khi bánh xe làm việc.

2.1.1 Cao su mặt lốp.

Mặt lốp xe là phần cao su ngoài cùng nơi lốp xe tiếp xúc với mặt đường.Khi bánh xe làm việc mặt lốp chịu ma sát mạnh với mặt đường nên khả năng bịmài mòn cao, có khả năng chóng bị lão hóa do nhiệt và bị bong tróc do mặt lốpva đập với mặt đường gồ ghề do vậy yêu cầu đối với hợp phần cao su bánthành phẩm là có các tính năng chống lại các khả năng trên: chống mài mòn,chống lão hóa, bền cơ học

Cao su thiên nhiên được chọn là thành phần chính của hợp phần tạo nênvỏ lốp Nhưng để có được các đặc tính kỹ thuật nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụngthì người ta phải thay đổi cấu trúc không gian của cao su Quá trình làm thay đổicác tính chất cơ lý của cao su dưới tác dụng của lưu huỳnh (S) được gọi là lưuhóa.

Khi lưu hóa cao su xảy ra các phản ứng khâu mạch tạo cho cao su cómạch không gian làm tăng tính năng cơ lý của cao su.

SXúc tiến

 

Sx CH3 CH3 Sx CH3     

~ CH – C – CH2 - CH2 – CH = C – CH2 – CH2 - CH – C – CH2 ~  

Sx CH3 CH3 Sx CH3

    

~ CH – C – CH2 - CH2 – CH = C – CH2 – CH2 - CH – C – CH2 ~  

Sx Sx

 

CH3 

~ CH = C – CH2 - CH2 – CH = C – CH2 – CH2 - CH = C – CH2 ~  

CH3 CH3

CH3 

~ CH = C – CH2 - CH2 – CH = C – CH2 – CH2 - CH = C – CH2 ~  

CH3 CH3

+

Các chất có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng lưu hóa gọi là chất xúctiến và trợ xúc tiến.

Ngoài ra, để chống lại sự lão hóa, tăng thời gian sử dụng người ta sử dụngchất phòng lão Để giảm giá thành sản phẩm người ta sử dụng thêm chất độn Đểcó màu sắc sản phẩm khác nhau người ta sử dụng các chất tạo màu.

Khi lựa chọn các chất phối hợp để tăng hợp phần cho cao su mặt lốp cầnlưu ý để đảm bảo khả năng chống mài mòn, có độ bền và bền nhiệt cao, độ cứngphù hợp, đảm bảo chất lượng sản phẩmthoả mãn các tính năng sử dụng.

Các chất phối hợp cho hợp phần cao su là:

+ Hệ thống chất lưu hóa:

- Lưu huỳnh: Sử dụng với hàm lượng khoảng 3 phần khối lượng (PKL),đủ để phản ứng tạo mạng không gian cho cao su, vừa đảm bảo các tính năng cơlý của cao su Sử dụng hàm lượng lưu huỳnh cao quá làm giảm độ bền, giảm độđàn hồi, tăng độ cứng và tăng khả năng mài mòn của vật liệu Hàm lượng lưuhuỳnh cao quá sẽ dư thừa cho phản ứng lưu hóa gây hiện tượng thoát lưu trên bềmặt sản phẩm (biến trắng bề mặt).

- Xúc tiến: thường sử dụng nhóm xúc tiến Thiazol, Guanidin Các hợpchất thuộc nhóm Thiazol thường dùng là Mercaptobenzothiazol (xúc tiến M),2-benzothiazol disunfit (xúc tiến DM), guanidin NN’-difenilguanidin (xúc tiếnD).

Nhóm xúc tiến guanidin có mức độ hoạt động hóa học yếu nhưng được sửdụng với mục đích làm trợ xúc tiến lưu hóa cho xúc tiến nhóm thiazol.

Xúc tiến thiazol tạo cho sản phẩm cao su có độ bền nhiệt cao, tăng khảnăng chịu mài mòn, được sử dụng với hàm lượng khoảng 2 PKL.

- Trợ xúc tiến: Để tăng khả năng hoạt hóa cho hệ xúc tiến người ta sửdụng trợ xúc tiến Thường sử dụng các hợp chất vô cơ làm chất trợ xúc tiếnnhưng phổ biến nhất là ôxit kẽm (ZnO) Ôxit kẽm có ưu điểm là ít độc, khônglàm đổi màu cao su , dễ kiếm, giá thành rẻ, nó có độ ổn định cao và không gâyra hiện tượng ôxy hóa mạch đại phân tử Khi sử dụng kết hợp ôxit kẽm với cácaxit béo hữu cơ như axit Stearic… sẽ làm tăng khả năng hoạt hóa quá trình lưuhóa Nó được giải thích bằng việc tạo phức giữa ôxit kẽm, axit béo và xúc tiếnlưu hóa.

Việc hình thành các phức chất giữa xúc tiến, trợ xúc tiến (ZnO), và axitstearic dẫn đến sự thay dổi trạng thái cấu trúc ban đầu của các chất có trong hợpphần Ngoài ra phức này còn có khả năng hoà tan tốt vào hợp phần cao su nênhệ thống lưu hóa được phân tán đều trong hợp phần, tạo cho phản ứng khâumạch xảy ra đồng đều trong cao su, đảm bảo chất lượng đồng đều.

ZnO còn tham gia phản ứng với S tạo ra sunfit kẽm và phản ứng với xúctiến lưu hóa để hình thành các muối kẽm của xúc tiến lưu hóa.

Cơ chế phản ứng trong hợp phần cao su có xúc tiến M như sau:

S

SHH (Lưu huỳnh hoạt hóa) vừa hình thành dễ dàng tham gia vào phản ứngchuyển gốc sang cao su.

- Hàm lượng ôxit kẽm trong hợp phần cao su mặt lốp tương đối nhiều(khoảng 7 PKL) nhằm làm cho cao su mặt lốp có độ cứng và đanh hơn, chịu màimòn tốt hơn.

+ Chất độn: gồm có chất độn tăng cường và chất độn trơ:

Chất độn tăng cường được đưa vào hợp phần nhằm làm tăng tính năng cơ lýcủa cao su, tăng tính năng sử dụng sản phẩm của sản phẩm cao su.

Chất độn trơ được đưa vào nhằm tăng thể tích của vật liệu nhờ đó làm giảmgiá thành của sản phẩm.

Tác dụng tăng cường lực của chất độn phụ thuộc vào bản chất hóa họccủachất độn và polyme, đặc trưng tương tác lẫn nhau giữa chúng và hàm lượngcủa chất độn trong hợp phần.

Do điều kiện làm việc khắc nghiệt nên hợp phần cao su mặt lốp phải có độbền cơ học cao, khả năng chống mài mòn cao và khả năng chống lão hóa nhiệttốt Để đạt được những đặc tính kỹ thuật đó, người ta sử dụng hỗn hợp than đenkỹ thuật HAF100  20 PKL và HAF50  10 PKL làm chất độn tăng cườngnhằm tăng tính năng cơ lý và tăng tính chịu nhiệt của cao su.

Than đen HAF100 có mức độ phân tán lớn (diện tích bề mặt riêng

Bột nhẹ (CaCO3) là chất độn trơ thường được sử dụng cùng với chất độntăng cường với tỷ lệ phù hợp nhằm làm giảm giá thành sản phẩm nhưng ít gâyảnh hưởng đến hiệu quả tăng cường lực của chất độn tăng cường.

Trong thời gian tồn trữ hoặc gia công hợp phần cao su bị biến tính dưới tácđộng của của ánh sáng, do ma sát và do một số kim loại, do vậy làm giảm cơtính của cao su.

Khi sản phẩm cao su được sử dụng nó cũng chịu tác động mạnh liệt của ánhsáng, nhiệt độ, ma sát, va đập… dẫn đến hiện tượng sản phẩm bị biến cứng, cóvết nứt, tính năng cơ lý giảm.

Để làm giảm các tác động xấu đến chất lượng sản phẩm, kéo dài thời giansử dụng và nâng cao tính ổn định cho sản phẩm, người ta cho thêm vào hợpphần cao su các chất phòng lão với hàm lượng thấp Thường sử dụng phòng lãoA và phòng lão D.

Phòng lão A có tác dụng chống ôxy hóa do nhiệt độ, do tác động của lực cơhọc Phòng lão D có tác dụng phân tán trong cao su, bảo vệ cao su chống ôxyhóa, chịu nhiệt tốt.

Cơ chế phòng lão như sau:

Thường dùng Parafin làm chất phòng lão vật lý, nó được cho vào hợpphần cao su nhằm tạo ra lớp màng bề mặt ngăn chặn ôxy trong không khí tấncông, ngăn thấm nước và làm bóng đẹp sản phẩm Thường dùng khoảng 3 PKL.

Nếu cho nhiều Parafin sẽ ảnh hưởng xấu tới sức dính và tính kháng ănmòn của sản phẩm.

Chất làm mềm Colofan với hàm lượng thấp nhằm tăng độ bám dính,chống rạn nứt bề mặt cao su.

Nhằm mục tiêu vừa đảm bảo tính năng cơ lý của sản phẩm theo yêu cầuvừa đảm bảo tính kinh tế có thể sử dụng đơn pha chế mặt lốp như sau: (xembảng 1.1)

-

dùng để cán tráng phải có độ bám dính tốt với vải, có độ linh động nhất định đểcó thể ép luồn vào khe giữa các sợi vải mành, liên kết với vải mành tạo thànhmột hệ thống bền chắc Ngoài ra, do phải định hình thân lốp bằng nhiều lớp vảimành mỏng xếp với nhau nên yêu cầu có độ độ đàn hồi cao, tải nhiệt tốt Do đóđơn phối trọn hợp phần cao su cho cán tráng được chọn thành phần tương tự nhưđơn cao su mặt lốp nhưng vó tỉ lệ phối trộn khác hơn:

Hợp phần cao su cán tráng sử dụng hàm lượng trợ xúc tiến ôxit kẽm thấmhơn trong cao su mặt lốp để đảm bảo cho cao su cán tráng dẻo hơn, độ đàn hồicao hơn.

Ngoài ra còn sử dụng thêm xúc tiến Thiuram D có độ hoạt hóa cao, tạo racầu nối monosunfit làm cho cao su mềm dẻo hơn, khả năng truyền nhiệt từ lớpngoài vào lớp trong nhanh, trong quá trình lưu hóa nên đảm bảo tính đồng đềutrong toàn bộ sản phẩm.

Ngoài việc tạo phức giữa ZnO, axit béo, xúc tiến lưu hóa và tạo thànhmuối kẽm của xúc tiến lưu hóa, khi có mặt nhóm Thiuram, xảy ra phản ứng:

N – C – S – S – C – N

N – C – S – S – C – N

N – C – Và

+S

Các gốc lưu huỳnh tự do sinh ra rất hoạt động tham gia phản ứng khâumạch các đại phân tử cao su bằng các cầu nối monosunfit, diunfit mạng lướikhông gian.

Hàm lượng chất độn tăng cường (than đen) sử dụng thấp hơn so với caosu mặt lốp Do yêu cầu độ bền động học cao hơn là chịu mài mòn nên nhằm tạora hợp phần cao su có khả năng chịu lực cao, tránh được hiện tượng mỏi cao su,người ta sử dụng than có diện tích bề mặt riêng lớn (HAF100) với hàm lượngthấp hơn, sử dụng than HAF50 với hàm lượng cao hơn.

Hàm lượng chất phòng lão A và D được sử dụng thấp hơn vì để tránh gâyảnh hưởng xấu đến sức dính của cao su với vải mành và tính kháng mòn của sảnphẩm sau lưu hóa.

Chất làm mềm Colofan được sử dụng với một hàm lượng nhỏ nhằm làmtăng độ bám dính giữa cao su với vải mành.

Từ những yêu cầu trên, ta xây dựng đơn pha chế cho hợp phần cao su cántráng như sau: (bảng 1.2)

N – C –

–N – C –

SS

Bảng 1.2: Đơn pha chế hợp phần cao su cán tráng vải mành.

2.1.3 Cao su bọc tanh.

Vòng tanh của lốp được làm bằng kim loại (thép) có nhiệm vụ định vị lốptrên vành xe Vòng tanh bằng kim loại được phủ 01 lớp cao su mỏng ra ngoàinhằm bảo vệ tanh không bị gỉ hỏng, ngoài ra nó còn góp phần tạo kết cấu gótlốp hợp lý: cứng vững và ổn định.

Vòng tanh có vai trò rất quan trọng: nói tạo nên kết nối giữa vải mành vàcao su hông lốp vì vậy yêu cầu của cao su bọc tanh là phải có độ bám dính tốtvới kim loại (vòng tanh) và lớp vải mành Ngoài ra còn yêu cầu cao su bọc tanhcó độ cứng nhất định (đanh) để tăng độ cứng vững của vòng tanh trên lốp.

Để tăng cường độ cứng của cao su bọc tanh người ta tăng hàm lượng chất

dụng hàm lượng trợ xúc tiến ZnO để tạo cho cao su có độ cứng đanh cao hơn.Hợp phần này không sử dụng chất phòng lão vật lý Parafin vì nó làmgiảm độ cứng cao su, giảm sức dính của cao su với tanh và vải mành

Từ những yêu cầu kỹ thuật trên, người ta xây dựng đơn pha chế hợp phầncao su bọc tanh như sau: (bảng 1.3)

Bảng 1.3: Đơn pha chế hợp phần cao su bọc tanh

Vì vậy yêu cầu đối với cao su làm cốt hơi là phải có độ thấm khí nhỏ, đànhồi tốt và bền nhiệt Chọn cao su Butyl làm nguyên liệu để phối trộn với cácchất lưu hóa, chất độn, phụ gia… để hợp phần đáp ứng được các yêu cầu làmviệc khắc nghiệt của cốt hơi mặc dù nó có giá nguyên liệu cao Trong cao suButyl có hàm lượng liên kết không no trong mạch rất ít vì vậy nó có độ thẩmthấu khí rất nhỏ, độ bền nhiệt cao.

Vì hàm lượng liên kết không no thấp nên sử dụng hệ lưu hóa là lưu huỳnhvới hàm lượng nhỏ phối hợp với nhựa phenolformandehyt Nhựaphenolformandehyt tham gia vào phản ứng khâu mạch cao su Butyl theo cơ chếgốc tạo các cầu nối CC rất bền, làm tăng khả năng chịu nhiệt cho hợp phần caosu sau lưu hóa.

Ưu điểm nối bật khi dùng phenolformandehyt làm chất lưu hóa còn ở chỗlà có đàn hồi mỏi cao hơn.

Hàm lượng chất xúc tiến lưu hóa phải sử dụng thấp xuống tương ứng vớihàm lượng lưu huỳnh sử dụng Nếu hàm lượng trợ xúc tiến ZnO cao quá sẽ dưvà tồn tại trong sản phẩm Khi làm việc ở nhiệt độ cao (trong lốp lưu hóa) sẽ tạora gốc tự do và bị lão hóa.

Chất độn được sử dụng là than kỹ thuật (không sử dụng chất độn trơ) phốihợp với các chất lưu hóa và phụ gia khác có đơn pha chế như sau: (xem bảng1.4).

Bảng 1.4: Đơn pha chế hợp phần cao su cốt hơi.

13 Phòng lão D 0,7

Các tính năng cơ lý của cao su bán thành phẩm cao su cốt hơi

phải đạt tiêu chuẩn sau:

2.1.5 Thành lập bộ đơn pha chế hợp phần cao su cho săm xe đạp.

Săm là bộ phận không thể thiếu trong bộ săm lốp Săm có dạng hình ống,có van để bơm không khí vào khi săm nằm trong lốp để làm nhiệm vụ giảm xóccho xe.

Yêu cầu của vật liệu làm thân săm là phải có độ bền xé rách cao, có dộthấm khí nhỏ Ngoài ra săm cần có độ mềm dẻo phù hợp, có độ đàn hồi tốt.

Có một số loại cao su tổng hợp được sử dụng để làm săm rất tốt, đạt đượccác yêu cầu như có tính kín khí cao, độ bền tốt nhưng giá thành tương đối cao.Vì vậy cao su thiên nhiên vẫn được sử dụng rộng rãi để sản xuất săm xe đạphiện nay vì công nghệ sản xuất thuận lợi hơn, giá thành hợp lý hơn.

Cao su thiên nhiên được phối hợp với các chất độn lưu hóa, chất phụ gia,chất xúc tiến tạo nên hợp phần cao su để sản xuất săm.

Do không có yêu cầu cao về độ bền cơ lý đồng thời cao su thân săm phảicó đàn tính thấp nên sử dụng chất độn tăng là than đen SRF – than đen báncứng.

Sử dụng hàm lượng chất trợ xúc tiến lưu hóa thấp hơn để cao su có độmềm dẻo, độ đàn hồi cao Sử dụng hàm lượng xúc tiến DM nhằm tăng độ mềmdẻo cho cao su đồng thời tránh hiện tượng hợp phần cao su bị tự lưu do quá trìnhgia công trong máy ép đùn.

Từ những yêu cầu đó, có thể xây dựng đơn pha chế cho hợp phần cao suthân săm như sau: (xem bảng 2.1)

Bảng 2.1: Đơn pha chế cho cao su thân să m

Bảng 2.2:Đơn pha chế tổng hợp của các hợp phần cao su

Stt Nguyên vật liệuMặt lốp Cán tráng TanhCốt hơi Săm

3.1.1 Cao su thiên nhiên.

Thành phần của cao su thiên nhiên bao gồm nhiều nhóm chất hoá họckhác nhau mà phần chủ yếu là cacbuahydro, ngoài ra còn độ ẩm, các chất tríchly bằng axêtôn, các chất nitơ (chủ yếu là protein) và các chất khoáng

Tính chất cơ lý, tính năng kỹ thuật của cao su thiên nhiên được xác địnhbằng mạch cacbuahydro tạo thành từ các mắt xích isopenten.

Iso penten có thể tham gia phản ứng tạo mạch đại phân tử ở các vị trí 1,4;1,2; 3,4 Phụ thuộc vào vị trí liên kết để tạo thành mạch đại phân tử nhận đượccác loại polyme có tính chất cơ lý, tính năng kỹ thuật khác nhau và được sửdụng vào những lĩnh vực ứng dụng khác nhau.

Cao su thiên nhiên là polyisopren có mạch đại phân tử được hình thành từcác mắt xích isopenten cis đồng phân liên kết với nhau ở vị trí 1,4



Ngoài các mắt xích isopenten 1,4 cis đồng phân, trong cao su thiên nhiêncòn có khoảng 2% các mắt xích isopenten tham gia vào mạch đại phân tử ở vị trí3,4.

Ở nhiệt độ thấp cao su thiên nhiên có cấu trúc tinh thể: độ cứng tăng lên,

biến dạng dãn dài 70%, hỗn hợp cao su đã lưu hoá kết tinh ở đại lượng biếndạng dãn dài 200%.

Cao su thiên nhiên được đặc trưng bằng các tính chất vật lý sau:

Cao su thiên nhiên tan tốt trong các dung môi hữu cơ mạch thẳng, mạchvòng, tetra clorua cacbon và sunfua cacbon Cao su thiên nhiên không tan trong

HC =

2

rượu, xeton Khi pha vào dung dịch cao su các dung môi hưu cơ như rượu, xetonxuất hiện hiện tượng kết tủa (keo tụ) cao su từ dung dịch.

thiên nhiên chiếm khoảng 40% Trạng thái tinh thể làm giảm tính mềm dẻo củacao su Có thể đánh giá chất lượng cao su qua độ dẻo hoặc độ nhớt Đối với cao

chất công nghệ của cao su trong quá trình gia công (hỗn luyện), cao su nguyên

Cao su thiên nhiên có khả năng phối trộn tốt với các loại chất độn và chấtphối hợp trên máy luyện kín hoặc luyện hở Hợp phần trên cơ sở cao su thiênnhiên có độ bền liên kết dính nội cao; khả năng cán tráng, ép phun tốt, mức độco ngót kích thước sản phẩm nhỏ, cao su thiên nhiên có thể trộn hợp với các loạicao su không phân cực khác (cao su polyisopren, cao su butadien, cao suhaloButyl) với bất kỳ tỉ lệ nào.

Cao su thiên nhiên có khả năng lưu hoá bằng lưu huỳnh phối hợp với cácchất xúc tiến lưu hoá thông dụng.

Hợp phần cao su thiên nhiên với các chất độn hoạt tính có độ đàn hồi cao,chịu lạnh tốt, chịu tác động lực học tốt Từ cao su thiên nhiên có thể sản xuấtđược các mặt hàng dân dụng làm việc trong môi trường không có dầu mỡ.

Cao su thiên nhiên không độc nên có thể dùng để sản xuất các sản phẩmdùng trong y tế, trong công nghiệp thực phẩm.

3.1.2 Cao su Butyl.

Cao su Butyl là sản phẩm đồng trùng hợp của isoButylen với cacbuahydro

hoá như nước, rượu, clorua ydro hoặc halozenalkyl

Cao su Butyl công nghiệp chứa 1  5%mol các mắt xích izopenten (cóliên kết đôi), mạch phân tử có cấu trúc thẳng, khối lượng phân tử khoảng 30.000đơn vị cacbon (đ.v.C).

Tính chất cơ lý, tính chất công nghệ cao su Butyl phụ thuộc vào khốilượng phân tử và hàm lượng các mắt xích không no có trong mạch đại phân tử,cao su Butyl có khối lựng phân tử lớn hơn 40.000 đ.v.C có tính chất cơ lý có thểsử dụng được.

Cao su Butyl có thể lưu hoá bằng lưu huỳnh và xúc tiến lưu hoá thôngdụng vì trong mạch đại phân tử tồn tại các mắt xích không no Tuy nhiên vì hàmlượng các mắt xích không no thấp nên mật độ mạng lưới không gian được hìnhthành trong quá trình lưu hoá không đảm bảo được các tính năng cơ lý của vậtliệu.

Ngoài lưu huỳnh, cao su Butyl còn được lưu hoá bằng các polysunfit hữucơ, các hợp chất dinitro và nhựa phenol formandehyt Các chất độn tăng cườnggóp phần làm tăng mạnh tính năng cơ lý của vật liệu.

Tuỳ theo yêu cầu tính năng sử dụng, tính công nghệ mà người ta chọnnguyên vật liệu theo các ký hiệu của nhà sản xuất cho phù hợp, các chỉ tiêu đượcchọn là độ nhớt Muni và hàm lượng các mắt xích không no.

Ví dụ: cao su Butyl của Liên Xô cũ có ký hiệu BK 0865 có hàm lượng

ra các cầu nối (liên kết) ngang giữa các mạch đại phân tử cao su và có cấu trúclà không gian 3 chiều.

Vận tốc hình thành cầu nối phụ thuộc vào nhiệt độ bản chất hoá học củacao su (mật độ liên kết đôi) và mức độ hoạt động hoá học của các chất xúc tiếndùng phối hợp với lưu huỳnh trong hệ lưu hoá.

Cấu tạo phân tử lưu huỳnh là mạch vòng gồm 8 nguyên tử:

Năng lượng liên kết S  S trong khoảng từ 243  260 kJ/mol Ở nhiệt độ

S  S  SS

S  S  SS

polyme hoá tạo thành polysunfit dạng Sn (n  1000) poly sunfit -  - polyme có

Hoạt động hoá học của lưu huỳnh trong hỗn hợp cao su phụ thuộc vào sựcó mặt của các xúc tiến lưu hoá Trong trường hợp không có xúc tiến lưu hoá ở

cơ chế gốc hoặc cơ chế ion phụ thuộc vào sự có mặt và sự tác dụng tương hỗcủa các chất phối hợp trong thành phần cao su.

Các gốc hoặc ion hoạt tính tham gia phản ứng với các đoạn mạch hoạttính của các mạch đại phân tử cao su ở vị trí -metylen hoặc ở liên kết đôi Kếtquả là hình thành một số cầu nối mạch đại phân tử polysunfit và một sốpersunfit, có khả năng tham gia phản ứng khâu mạch tiếp theo ở mạch đại phântử Nếu không có mặt các xúc tiến lưu hóa thì quá trình lưu hóa xảy ra rất chậmvà đòi hỏi nhiều nhiệt năng cho quá trình phân hủy lưu huỳnh.

Để lưu hóa cao su, lưu huỳnh được đưa vào hợp phần cao su trong quátrình hỗn luyện ở dạng bột mịn và có những đặc trưng kỹ thuật như sau:



S  S  S  S  S  S  S  S 

Hàm lượng S trong hợp phần cao su thông dụng từ 2 PKL đến 3 PKL Sựcó mặt của lưu huỳnh và chất xúc tiến lưu hóa dễ làm cho hợp phần cao su bị tựlưu trong quá trình gia công do nhiệt độ cao, làm giảm tính chất công nghệ củavật liệu, vì vậy thường cho lưu huỳnh vào hợp phần cao su ở nhiệt độ thấp vàsau khi đã trộn đều các chất phối hợp với cao su.

Nhựa phenolformandehyt dùng làm chất lưu hóa các loại cao su mạchcacbua no hoặc có chứa rất ít các liên kết đôi trong mạch (cao su Butyl) Nhựaphenolformandehyt dùng để lưu hóa cao su có cấu tạo chung như sau:

Một trong những điều kiện quan trọng cho phép loại nhựa này có khảnăng lưu hóa là hàm lượng các nhóm metylol và các ete metylic  3%.

Cơ chế khâu mạch đại phân tử bằng nhựa PF rất phức tạp Tuy nhiên cóthể khẳng định rằng ở nhiệt độ lưu hóa một vài nhóm hoạt động hóa học củanhựa bị phân hủy tạo gốc Các gốc này sẽ tham gia vào phản ứng tạo mạngkhông gian như các loại gốc khác Hàm lượng của nhựa phenolformandehyt làmchất lưu hóa trong hợp phần cao su thường sử dụng từ 5 PKL đến 12 PKL.

3.1.3.2 Xúc tiến lưu hóa.

Xúc tiến lưu hóa cho vào hợp phần cao su nhằm mục đích tăng tốc độ quátrình lưu hóa và nâng cao tính năng cơ lý của cao su.

Xúc tiến lưu hóa cho cao su có nhiều ảnh hưởng đến tính chất cơ lý vàtính năng công nghệ của hốn hợp cao su Xúc tiến lưu hóa không những chỉ làm

giảm thời gian lưu hóa mà nó còn tham gia vào quá trình hình thành cấu trúckhông gian của cao su nên cũng ảnh hưởng đến tính công nghệ của hợp phầncao su và tính năng cơ lý của sản phẩm, do vậy đối với mỗi loại cao su cần phảichọn cho nó một hệ thống thích hợp.

Khi chọn xúc tiến lưu hóa cho hợp phần cao su cần phải thoả mãn các yêucầu sau:

- Không được gây hiện tượng tự lưu cho hợp phần cao su trong các công đoạnsản xuất: luyện, cán tráng, cán hình, ép đùn.

- Phải có dải lưu hóa tối ưu rộng (khoảng thời gian lưu hóa lớn nhưng ít thayđổi tính năng cơ lý).

- Có hoạt tính trễ trong khoảng thời gian thích hợp để lưu hóa các sản phẩmcó kích thước, chiều dày lớn (thời gian truyền nhiệt từ ngoài vào trong).- Không làm ảnh hưởng gây suy yếu mức độ hoạt hóa của các chất khác trong

hợp phần Không làm thay đổi màu sắc của sản phẩm.- Có tính độc hại thấp.

Một số loại xúc tiến lưu hóa thông dụng:

+ Mercapto Benzothiazol (captak - xúc tiến M)

Phụ thuộc vào điều kiện sản xuất ra nó mà xúc tiến này có nhiệt độ nóng chảy từ

hòa tan vào xăng công nghiệp Xúc tiến M hòa tan vào cao su khoảng 2,5% theokhối lượng.

NHSC

Xúc tiến M có hoạt tính cao, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp giacông cao su và dùng để lưu hóa hầu hết các loại cao su tổng hợp và cao su thiênnhiên khả năng hoạt động hóa học của xúc tiến M tăng lên khi có mặt của cácnhóm xúc tiến lưu hoá khác như thiuram, cacbamat, guanidin và aldehyt amin.

Cao su được lưu hóa bằng lưu huỳnh và xúc tiến M có môđun đàn hồithấp, khả năng chống lão hóa, chống mài mòn tốt, ít làm thay đổi màu cao sutrắng Vì có vị cay đặc trưng nên nó không được dùng trong hợp phần cao sucho công nghiệp thực phẩm.

Hàm lượng xúc tiến M thường dùng trong đơn pha chế khoảng 0,51PKL cùng với ZnO và axit stearic Đối với cao su Cloropren, xúc tiến M có tácdụng như 1 chất hoãn lưu.

+ Di 2-Benzothiazol diunfit (altak - xúc tiến DM).

Công thức hóa học:

cay Trong xúc tiến DM có lẫn khoảng 2,5% xúc tiến M Xúc tiến DM khôngtan trong nước, rượu, xăng nhưng tan tốt trong benzen, clorofooc; hoà tan vàocao su với hàm lượng nhỏ 0,25% Do có vị cay nên xúc tiến DM không đượcdùng cho các hợp phần cao su sản xuất các sản phẩm dùng trong nghành y tế,thực phẩm.

Đối với cao su cloropren, xúc tiến DM cũng có tác dụng như một chấthoãn lưu.

+ Xúc tiến D (diphenyl guanidin).

S

Công thức hóa học:

hoà tan vào cao su với hàm lượng 2 PKL không tan trong nước, xăng Xúc tiếnD rất bền trong quá trình bảo quản, ít bị phân hủy Hoạt động hóa học của xúctiến D tăng lên rất nhiều khi trong hợp phần cao su có chứa 0,8  1,0 PKL xúctiến nhóm thiazol, thiuram, cacbamat Khi sử dụng độc lập trong hợp phần thìthường dùng hàm lượng từ 1  4 PKL Xúc tiến D làm cho cao su chuyển từmàu sáng sang màu tối và có khả năng chống lão hóa rất kém.

+ Xúc tiến lưu hóa Tetrametylthiuramdisunfit (thiuram D).

Công thức hóa học:

nước Hàm lượng hòa tan vào cao su là 0,125% Thiuram D là siêu xúc tiến lưuhóa, dùng làm xúc tiến cho nhiều hỗn hợp cao su Mức độ hoạt động mạnh bắt

vì cao su dễ bị tự lưu

Thiuram D tạo cho cao su có độ bền nhiệt cao thiuram D dùng phối hợpvới xúc tiến D để lưu hóa các sản phẩm có kích thước lớn Hàm lượng thiuramD trong các đơn pha chế cao su thay đổi rất nhiều phụ thuộc vào mục đích sửdụng khi dùng phối hợp với oxit kẽm, axit béo và xúc tiến D, sử dụng 2 PKL lưu

N – C – S – S – C – N

SS

huỳnh thì hàm lượng thiuram D là 0,15 PKL Khi sử dụng làm chất lưu hóa thìhàm lượng từ 2  4 PKL Đối với cao su cloropren thì thiuram D là chất hoãnlưu

3.1.3.3 Trợ xúc tiến.

Ôxit kẽm là chất trợ xúc tiến lưu hóa được sử dụng do nó có nhiều ưuđiểm: ít độc, không làm đổi màu cao su, giá rẻ, dễ kiếm lại có độ ổn định cao,không gây hiện tượng ôxy hóa mạch đại phân tử.

quyết định bởi độ thuần khiết của kim loại kẽm (Zn).

Quá trình lưu hóa đạt hiệu quả cao hơn nếu sử dụng thêm các axit béo làmchất trợ xúc tiến: axit stearic, axit oleic…

Tiêu chuẩn qui định một số chỉ tiêu kỹ thuật của ZnO dùng làm chất trợxúc tiến trong gia công cao su như sau: (tiêu chuẩn cơ sở)

3.1.3.3.2 Axit stearic.

xúc tiến lưu hóa Tác dụng quan trọng của nó là làm cho các hóa chất có tronghợp phần cao su được phân tán đều hơn Ngoài ra nó còn có tác dụng làm mềmcao su khi gia công, tăng tính công nghệ giảm năng lượng máy tiêu hao.

Nhược điểm của axit stearic là dễ khuyếch tán ra bề mặt làm giảm sứcdính của vật liệu, gây khó khăn khi cần kết dính, nối ở công đoạn thành hình.

Một số chỉ tiêu kỹ thuật của axit stearic dùng làm chất trợ xúc tiến tronggia công cao su.

cán luyện nó tan vào hợp phần cao su do nhiệt độ cao (70  1500C) Parafin íttan vào cao su ở nhiệt độ thấp Trong quá trình sử dụng ; parafin khuyếch tán rangoài bề mặt sản phẩm tạo nên 1 lớp màng mỏng ngăn chặn sự xâm nhập củaôxy không khí vào môi trường cao su.

Ngoài ra, parafin còn có tác dụng làm mềm cao su.

NH

Phòng lão A và phòng lão D được sử dụng như một chất ổn định nhuộm màuđối với các loại cao su tổng hợp Đối với hỗn hợp cao su nó giữ vai trò chấtchống lão hóa.

Cả hai loại trên đều ít tan trong cao su không phân cực, tan tốt trong cao suphân cực Phòng lão A và phòng lão D chống ôxy hóa và tác dụng nhiệt sinh radưới tác dụng của lực cơ học.

3.1.3.5 Chất làm mềm.

Chất làm mềm cho hợp phần cao su có tác dụng làm giảm độ nhớt, làmtăng độ mềm dẻo của hợp phần Thường dùng nhựa thông thể rắn dạng thủy tinhtrong suốt Thành phần chủ yếu của nhựa thông là axit abietic công thức là

Nhược điểm của nhựa thông là hấp thụ nhiều ôxy và có tính axit nên làmchậm quá trình lưu hóa.

3.1.3.6 Chất độn.

Chất độn tăng cường lực là loại chất độn khi đưa vào hợp phần cao su thìlàm tăng tính năng cơ lý của hợp phần cao su, tăng tính năng sử dụng của vậtliệu cao su Thường dùng các loại than kỹ thuật làm chất độn tăng cường lựctrong hợp phần cao su sản xuất săm lốp xe.

Than kỹ thuật là sản phẩm cháy không hoàn toàn của các hợp chấtcacbuahydro Sự có mặt của than kỹ thuật trong hợp phần cao su với hàm lượngcần thiết sẽ làm tăng tính chất cơ lý của cao su như giới hạn bền kéo đứt, xérách, khả năng chống mài mòn, độ cứng, modun đàn hồi

Than kỹ thuật được sản xuất bằng các phương pháp khác nhau cho ra sảnphẩm có chỉ tiêu kỹ thuật khác nhau và được gọi tên theo phương pháp sản xuấtnhư than lò, than máng, than nhiệt phân

Than kỹ thuật có thành phần cấu tạo gồm:

- Cacbon 91  99 %- Hydro 0,1  0,4%- ôxy 0,1  4,2%- Lưu huỳnh 0,1  0,3%- Kali 0,1  0,2%- Một số khoáng chất khác.

Mức độ phân tán của than trong hợp phần với cao su được đánh giá dựavào các thông số như đường kính trung bình của hạt than ( hoặc mm) diện tích

Kích thước đường kính hạt than được xác định bằng kính hiển vi điện tử(lấy giá trị trung bình).

Diện tích bề mặt riêng của than kỹ thuật có thể được xác định bằng bằngphương pháp tính toàn hình học hoặc phương pháp tính toán theo lượng chấtlỏng phân tử thấp hoàn toàn trơ hóa học với than kỹ thuật nhưng được hấp phụlên bề mặt hạt than.

Diện tích bề mặt riêng của than được tính theo phương pháp đo đườngkính hạt than gọi là diện tích bề mặt hình học riêng.

: Khối lượng riêng của than kỹ thuật

Phương pháp tính toán theo lượng chất lỏng phân tử thấp hoàn toàn trơhóa học với than kỹ thuật nhưng hấp phụ lên bề mặt các hạt than kỹ thuật, gọi là

Thường dùng các dung dịch iod, phenol làm dung dịch hấp phụ Giá trị

thấp hơn càng kém hấp phụ bao phủ lên các kẽ hở (vết xước) trên hạt than.

Có thể sử dụng tỉ số giữa diện tích hấp phụ riêng và diện tích bề mặt hìnhhọc riêng để đánh giá mức độ phẳng nhẵn bề mặt của các hạt than Tỉ số nàycàng lớn thì bề mặt tiếp xúc giữa hai pha polyme và chất độn càng nhiều và mứcđộ tăng cường lực càng lớn.

và xác định khối lượng riêng của nó.

Cơ chế tăng cường lực cao su bằng than kỹ thuật: khi hỗn luyện cao suvới than kỹ thuật, không có chất lưu hóa, xúc tiến lưu hóa, cùng với thời gian vàtác động của nhiệt, phần cao su hóa gel sẽ lớn Chứng tỏ than kỹ thuật tham giavào phản ứng khâu mạch cao su.

Một trong những đặc trưng quan trọng để đánh giá sự tác dụng tương hỗgiữa polyme và than kỹ thuật là hiện tượng trễ trong hấp phụ Ngay cả trongtrường hợp dùng dung môi có khả năng hoà tan tốt hơn cũng không thể tách hếtđược lượng polyme đã hấp phụ vào bề mặt than.

Trong quá trình sơ luyện, dưới tác dụng của ôxy trong không khí và tácđộng lực cơ học, mạch đại phân tử polyme bị đứt tạo thành gốc tự do:

Các gốc này được than kỹ thuật khâu mạch:

Làm cho tính năng cơ lý của hợp phần tăng lên.

Để sử dụng trong công nghiệp sản xuất săm lốp xe đạp, xe máy… thườngdùng các loại than kỹ thuật được sản xuất bằng phương pháp lò như: than HAF -