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工程车辆翻新轮胎碳纤维复合强化研究

来源: 轮胎翻新 浏览量: 时间:Nov 25, 2020

信息摘要:

为了有效提高工程车辆翻新轮胎质量,以碳纤维作为增强体,工程翻新轮胎胎面作为基本体,通过设计复合材料的配方、黏合体系和混炼工艺,分析了经改性处理的碳纤维对胎面橡胶基体力学

    为了有效提高工程车辆翻新轮胎质量,以碳纤维作为增强体,工程翻新轮胎胎面作为基本体,通过设计复合材料的配方、黏合体系和混炼工艺,分析了经改性处理的碳纤维对胎面橡胶基体力学性能的影响。构建了碳纤维与胎面橡胶复合强化混合物理模型和分散物理模型。分析了碳纤维与胎面橡胶黏结状态及黏结机理。为获得高性能的碳纤维增强工程翻新轮胎奠定理论基础。

    工程车辆轮胎一般是在苛刻的环境下工作的,例如路面不平坦且有尖锐的碎石块、岩石、钉子和碎玻璃等杂物,受硬物冲击大,经常是昼夜连续作业,或者虽在较平坦的路面上工作,但负荷大、运距短、转弯多、速度较快。此外,各种工程车辆一般都是露天作业,冬、夏季温差变化大,工程车辆轮胎要承受较宽的温度变化范围,而且受风吹日晒雨淋。工程车辆轮胎的这些使用特点,对其使用寿命均会产生重要影响。
    工程车辆翻新轮胎碳纤维复合强化研究

    轮胎寿命是轮胎最重要的性能之一,尤其是工程车辆轮胎,一条轮胎的价格在几千甚至几万元人民币,延长其寿命对工程车辆的经济性有直接影响”。近年来,我国工程车辆轮胎翻新行业发展较快,一些矿山企业工程车辆开始使用翻新轮胎,虽然轮胎总成本有所下降,但翻新轮胎质量与新轮胎相比还存在一定差距,使用寿命低下,作业过程中经常出现崩花掉块及不耐磨等问题。为了有效提高工程翻新轮胎质量,将碳纤维作为增强体,工程翻新轮胎胎面作为基本体,设计二者复合材料的配方、黏合体系和混炼工艺,构建碳纤维与胎面橡胶复合强化模型,分析碳纤维与胎面橡胶黏结状态及黏结机理,为获得高性能的碳纤维增强工程翻新轮胎奠定理论基础。

    短切碳纤维在胎面橡胶中为相互搭接状态且随机分布,其在橡胶中形成“加强筋”骨架,对周围橡胶高分子链的滑动产生阻碍作用。随着短切碳纤维长度及含量的提高,碳纤维之间的搭接点数目增加,在橡胶基体中形成交织的网状结构,并阻碍周围橡胶高分子链的滑动。当短切碳纤维复合胎面试样受力时,主要是短切碳纤维周围的橡胶基体产生变形,在短切碳纤维的两端产生两个应力集中区。当短切碳纤维含量较低时,这种应力集中区密度较疏,被外力破坏的可能性较小。当短切碳纤维之间的协同作用抵消甚至超过应力集中区的破坏力时,短切碳纤

    维与胎面橡胶复合材料的拉伸强度和撕裂强度会有提高,弹性模量和硬度则明显增大,伸长率也随之下降。随着短切碳纤维长度和用量的继续增加,短切碳纤维端部的应力集中区增密,出现区域性的重叠,这些部位容易引发破坏,致使拉伸强度下降,而弹性模量和硬度则始终呈上升趋势,且成倍增加。理论上短切碳纤维在与橡胶基体混炼中会发生变短、变粗糙的变化现象,但金相显微镜的观察结果表明:短切碳纤维基本上能够保持其原有的微观形态结构,因此能够对胎面橡胶基体起到有效的增强效果。

    结论

    1)碳纤维的用量、长度、表面处理、黏合体系以及共混工艺对工程翻新轮胎胎面橡胶的力学性能会产生不同程度的影响。

    2)碳纤维对胎面橡胶确实起到了补强作用,补强效果随碳纤维用量的增加出现先增强后下降的趋势,质量分数7%是补强效果的一个明显分界点。

    3)构建了碳纤维与胎面胶复合强化模型,即分别用混合物理模型和分散物理模型来描述。

    4)分析了碳纤维与胎面橡胶黏结状及黏结机理,经表面处理的碳纤维与胎面橡胶黏结状态及黏合强度较好。

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