Anwendung von Aramidzellstoff in der pannensicheren Schicht eines Fahrradreifens

Das Hinzufügen einer pannensicheren Schicht aus Aramid-Kurzfasern zwischen der Kordschicht und dem Laufflächengummi von Fahrradreifen kann die Pannensicherheit des Reifens effektiv verbessern. Obwohl scharfe Gegenstände wie Nägel das Laufflächengummi des Reifens durchbohren, kann die pannensichere Schicht aus Aramid-Kurzfasern bei Kontakt mit dem Reifeninnendruck das Eindringen von Fremdkörpern wirksam verhindern und so ein Durchstechen des Schlauchs verhindern.

In Anbetracht der Machbarkeit der Herstellung von Fahrradreifen mit einer pannensicheren Schicht aus Aramid-Kurzfasern wird für die Grundformel der pannensicheren Schicht die Formel für Laufflächengummi von Fahrradreifen verwendet, die in der Reifenproduktion weit verbreitet ist. Auf Grundlage dieser Grundformel wird die Anwendungswirkung unterschiedlicher Dosierungen von Aramid-Kurzfasern untersucht.

Zu den üblichen kurzfaserigen Verstärkungsmaterialien in Gummimischungen zählen Zellulosefasern, Baumwollfasern, Polyesterfasern, Nylonfasern und Aramidfasern usw., die alle die Festigkeit der Gummimischung verbessern können.

Es gibt Mikrofibrillen auf Aramidzellstoff . Aus der dreidimensionalen morphologischen Analyse geht hervor, dass Mikrofibrillen aus Aramidzellstoff die Bindung zwischen Aramidzellstoff und Gummimatrix fester machen können.

Die gleichmäßige Verteilung der ungekräuselten, gehackten Aramid-Kurzfasern mit einer Länge von weniger als 6 mm ist beim Mischen schwierig. Aramidzellstoff mit einer hohen spezifischen Oberfläche (7–9 m²·g⁻¹) ist relativ flauschig, anfällig für statische Aufladung und lässt sich nur schwer in die Gummimischung einarbeiten, was zu einer ungleichmäßigen Verteilung führt. Um den Aramidzellstoff besser in der Gummimatrix zu verteilen, kann er als Dispersion oder Masterbatch eingemischt werden. DuPont hat eine entsprechende patentierte Technologie entwickelt, die eine bessere Verteilung des Aramidzellstoffs in der Gummimatrix ermöglicht. Das so hergestellte Produkt heißt Kevlar®EE.

Experimente haben gezeigt, dass der Verbundmodul von mit Kevlar®EE-Aramidzellstoff verstärktem Gummi mit zunehmendem Aramidzellstoffgehalt zunimmt. Daher wird in dieser Studie Kevlar®EE-Aramidzellstoff verwendet.

Mit zunehmender Dosierung des Aramidzellstoffs nehmen die Zugfestigkeit und die Reißfestigkeit der Gummimischung zu, die Grenzflächengleitdehnung nimmt ab und die relative Grenzflächengleitenergie ändert sich nicht.

Mit zunehmender äußerer Zugkraft kommt es zu einem Grenzflächengleiten zwischen der Aramidfaser und der Gummimischung in der Anti-Stich-Schicht. Schließlich tritt Grenzflächengleiten auf, was zu einem Wendepunkt in der Spannungs-Dehnungs-Kurve führt. Die relative Grenzflächengleitenergie der Aramidfaser-Gummimischung wird in der Spannungs-Dehnungs-Kurve der Gummimischung ausgedrückt, die der Fläche des ungefähren Dreiecks entspricht, das von der Kurve und der horizontalen Achse umschlossen wird. Durch die Verwendung der relativen Grenzflächengleitenergie lässt sich die Energie der Gummimischung zur Erzeugung eines Grenzflächengleitens intuitiver widerspiegeln. Spannung der Gummimischung, gefüllt mit unterschiedlichen Dosierungen von Aramidzellstoff. Aus dieser Analyse kann auch der Schluss gezogen werden, dass die Dosierung des Aramidzellstoffs wenig Einfluss auf die relative Grenzflächengleitenergie der Gummimischung der Anti-Stich-Schicht hat.

Der Herstellungsprozess der pannensicheren Aramidzellstoffschicht für Fahrradreifen umfasst die Gummiplastifizierung → Folienherstellung → erneute Folienveredelung → Zugabe eines Compoundiermittels → laminierte Pannenschutzfolie → Abkühlen → Schneiden.

Durch Analyse konnte festgestellt werden, dass die Hauptfaktoren, die die Leistung der Pannenschutzschicht aus Aramidzellstoff beeinflussen, die Dosierung des Aramidzellstoffs, die Dicke der Pannenschutzschicht und die Vulkanisationszeit des Reifens sind. Nachdem der Gummi der Pannenschutzschicht aus Aramidzellstoff gemischt wurde, wird er mit einer Plattenpresse und einem Schneidegerät entsprechend den Produktionsparametern von Fahrradreifen unterschiedlicher Spezifikationen für den Einsatz im Standby-Betrieb in Pannenschutzschicht-Gummiplatten unterschiedlicher Dicke und Breite geschnitten.

Die Auswirkung der Aramidzellstoffdosierung im Pannenschutzschichtgummi auf die Festigkeit und Bindungsstärke des Reifenkörpers.

Mit zunehmender Aramid-Dosierung verbessert sich die Festigkeit des Reifenkörpers deutlich, was wiederum die Pannensicherheit des Reifens verbessern kann. Denn mit zunehmender Aramid-Dosierung steigt der Verbundmodul des Gummis und damit auch die Festigkeit des Reifenkörpers.

Mit zunehmender Aramid-Menge nimmt die Haftung des Reifenkörpers ab, was wiederum die Haltbarkeit des Reifens verkürzt. Dies liegt hauptsächlich daran, dass mit zunehmender Aramid-Menge die Haftung des Gummis abnimmt, was zu einer deutlichen Verringerung der Haftung zwischen der pannensicheren Schicht und der Kordschicht führt.

Der Einfluss der Dicke der Pannenschutzschicht auf die Festigkeit und Haftung des Reifenkörpers.

Mit zunehmender Dicke der Pannenschutzschicht erhöht sich die Festigkeit des Reifenkörpers, und die Pannensicherheit des Reifens wird deutlich verbessert. Der Einfluss der Dicke der Pannenschutzschicht auf die Haftung des Reifenkörpers ist nicht offensichtlich. Je dicker die Pannenschutzschicht, desto besser ist die Pannensicherheit des Reifens, aber sie erhöht auch das Gewicht des Reifens, was dem Leichtgewicht des Reifens nicht zuträglich ist. Eine zunehmende Dicke der Pannenschutzschicht erhöht auch die Kosten des Reifens. Eine zu dicke Pannenschutzschicht beeinträchtigt die Wärmeableitung des Reifens und kann während der Fahrt leicht zu weiteren Problemen führen.

Temperatur, Druck und Zeit sind die drei Elemente der Reifenvulkanisation. Temperatur und Druck sind in der Regel gleich, daher ist die Vulkanisationszeit der Schlüsselfaktor für die Leistung des Reifens. Die Vulkanisationszeit hat einen erheblichen Einfluss auf die Leistung von Gummiprodukten.

Einfluss der Vulkanisationszeit auf die Reifenfestigkeit und Bindungsstärke.

Im normalen Vulkanisierungsbereich von Reifen (8,5–9,5 Min.) schwanken die Reifenfestigkeit und die Bindungsleistung leicht; wenn der Reifen jedoch unter- oder übervulkanisiert ist, nehmen die Reifenfestigkeit und die Bindungsleistung mit zunehmender Unter- oder Übervulkanisierung deutlich ab.

Um die positive Vulkanisationszeit von Reifen bei unterschiedlichen Aramid-Dosierungen und pannensicheren Schichtdicken schnell zu bestimmen, kann die Methode der Blasenbildungszeit verwendet werden. Zunächst werden zwei Definitionen erläutert: Die Blasenbildungszeit, d. h. der Zeitpunkt, zu dem Blasen im Reifen bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck entstehen, und die Blasenbildungszeit, d. h. der Zeitpunkt, zu dem Blasen bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck verschwinden. Beispiel: Abbildung 7 zeigt die Blasenbildung eines Reifens einer bestimmten Spezifikation bei unterschiedlichen Vulkanisationszeiten unter den gegebenen Temperaturen und Drücken. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass die Blasenbildungszeit des Reifens dieser Spezifikation 8,5 Minuten und die Blasenbildungszeit 9,0 Minuten beträgt.

Der anfängliche kritische Blasenpunkt kann anhand ähnlicher Spezifikationen ermittelt werden, um den kritischen Blasenpunkt des Reifens dieser Spezifikation vorläufig zu bestimmen. Dies entspricht der vorläufigen Vulkanisationszeit abzüglich der Sicherheitszeit. Die tatsächliche Methode zur Bestimmung des kritischen Blasenpunkts besteht darin, den Reifen entsprechend dem anfänglichen kritischen Blasenpunkt zu vulkanisieren. Treten keine Blasen auf, wird die Vulkanisationszeit entsprechend verkürzt (jeweils um 15 bis 60 Sekunden gemäß den spezifischen Spezifikationen), bis der kritische Blasenpunkt erreicht ist. Treten Blasen auf, wird die Vulkanisationszeit entsprechend verlängert (je nach Lage und Größe der Blasen), bis der kritische Blasenpunkt erreicht ist. Zur Bestimmung des Blasenpunkts sollte der Reifen im heißen Zustand aufgeschnitten werden, um zu prüfen, ob der Reifenabschnitt (einschließlich der Lauffläche der oberen und unteren Form, zwischen den Kordlagen, an den Felgen usw.) Blasen aufweist, und diese zu markieren. Die positive Vulkanisationszeit ergibt sich aus dem kritischen Blasenpunkt, der Sicherheitszeit und der jahreszeitbedingten Zeit. Erfahrungsgemäß beträgt die Sicherheitszeit 1, 2, 3, 4 Minuten bzw. 20 % der kritischen Blasenzeit, wenn die kritische Blasenzeit ≤ 5, 5 bis 7, 8 bis 14, 15 bis 18 und ≥ 18 Minuten beträgt.

Die verstärkende Wirkung von Aramid-Stapelfasern und Aramid-Zellstoff auf Gummi wurde analysiert und verglichen. Kevlar®EE-Aramid-Zellstoff wurde zur Herstellung der Pannenschutzschicht von Fahrradreifen verwendet. Die Auswirkungen der Aramid-Zellstoff-Dosierung, der Dicke der Pannenschutzschicht und der Vulkanisationszeit auf die Festigkeit und Haftung des Reifenkörpers wurden untersucht. Die Schlussfolgerungen lauten wie folgt: