Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất săm lốp xe đạp qui cách 650 với năng suất 4.000.000 bộ /năm

PHẦN 1: MỞ ĐẦU Đi lại là một nhu cầu tất yếu của con người, từ xa xưa người ta đã biết sử dụng rất nhiều phương tiện khác nhau để phục vụ cho nhu cầu này. Một trong những phương tiện thông dụng nhất, đơn giản nhất đó là xe đạp.Ở Việt Nam xe đạp vốn là phương tiện truyền thống, có vai trò rất quan trọng đặc biệt trong cuộc kháng chiến chống Pháp thì chiếc xe đạp đã trở thành biểu tượng cho sức mạnh của dân tộc Việt Nam. Hiện nay Việt Nam là một nước đang phát triển với tốc độ tăng trưởng cao, trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước cùng với nó là sự phát triển không ngừng của các loại phương tiện giao thông tiên tiến và hiện đại cả về số lượng, chất lượng cũng như kiểu cách, mẫu mã.Nhưng không vì thế mà xe đạp mất đi vai trò của nó trong nền kinh tế quốc dân vì như chúng ta đều biết ở nước ta có hàng triệu các em học sinh chưa đến tuổi được đi xe máy, ngoài các em được bố mẹ đưa đón bằng phương tiện khác ra còn lại phần lớn là tự đến trường bằng xe đạp. Đi xe đạp không những có tác dụng giảm thiểu số 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 thao hấp dẫn đặc biệt đối với người cao tuổi.Trong khi đó Việt Nam lại là nước có trữ lượng cao su thiên nhiên rất lớn do có điều kiện khí hậu rất thích hợp cho loại cây này phát triển. Trước đây vào những năm đầu tiên của thế kỷ 19 thì nguồn nguyên liệu cao su là một trong những nguồn nguyên liệu qúi hiếm nhất được trồng ở Việt Nam và các nước có khí hậu nhiệt đới. Lúc đó cao su sau thu hoạch sẽ được đóng thành tảng rồi chở về châu Âu để sản xuất các sản phẩm có giá trị như săm lốp ô tô, xe máy, các dụng cụ thể thao, đệm lót. Cho đến nay thì cao su vẫn là nguồn nguyên liệu hàng đầu của Việt Nam. Để phát huy các điều kiện thuận lợi về nguồn cao su thiên nhiên dồi dào cùng với các nguồn nguyên liệu khác như dầu mỏ, than đá,đất đai thì việc xây dựng một nhà máy sản xuất săm lốp xe đạp có công suất vài triệu bộ trên năm là một nhu cầu tất yếu đối với đất nước ta trong giai đoạn hiện nay.Đó cũng là nhu cầu tất yếu của nền kinh tế quốc dân,vì vậy đề tài của bản đồ án này là: Thiết kế phân xưởng sản xuất săm lốp xe đạp qui cách 650 với năng suất 4.000.000 bộ /năm. PHẦN 2: LÝ THUYẾT CHUNG 1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SĂM LỐP XE ĐẠP QUI CÁCH 650 Lịch sử phát triển: . Mới đầu con người chỉ biết sử dụng bánh xe bằng gỗ. Đến giữa thế kỷ 18 người ta đã biết dùng cao su nẹp vào quanh bánh xe để giảm xóc, làm cho bánh xe lăn trên đường được êm hơn. Năm 1887, Dunlôp người Ailen đã có sáng kiến dùng không khí được nén trong vỏ bọc bằng cao su để làm giảm xóc cho xe đạp: chiếc xe có lốp bơm hơi đầu tiên ra đời với kỹ thuật còn rất thô sơ. Hai năm sau việc sản xuất ra săm xe đạp bắt đầu. Từ việc phát minh ra lốp xe đạp bơm hơi, anh em nhà Michelin đã áp dụng sản xuất lốp bơm hơi cho xe ôtô. Về nguyên lý, lốp bơm hơi ngày nay giống như thời kỳ ban đầu. Thời kỳ đầu lốp có phần rỗng chứa không khí nén nhỏ, bụng lốp hẹp, đường kính ngoài lớn do vậy thường phải bơm hơi với áp lực cao để chịu được tải trọng của xe và tải nặng. Để đảm bảo độ bền của lốp dưới áp lực cao khi làm việc, lốp có cấu tạo 1 hoặc 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 vải bị 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 thế vải dệt bằng vải mành, vải mành là loại vải chỉ có sợi dọc là chính (chịu lực), rất ít các sợi ngang. Vai trò của sợi ngang là giữ cho sợi dọc ít bị xô lệch trong quá trình 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 sợi nhỏ hơn. Độ bám dính giữa các lớp vải và cao su có ảnh hưởng nhiều đến tính năng cơ lý và khả năng làm việc (tuổi thọ) của lốp, vì vậy người ta cải tiến và nâng cao chất lượng của vật liệu làm vải mành. Từ vật liệu là sợi bông dần được thay thế bằng sợi tổng hợp. Người ta chọn loại vật liệu làm vải mành phù hợp mục đích 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 hơi trong 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 được bơm vào trong lốp. Vì vậy săm là 1 sản phẩm thường đi kèm với lốp để lắp thành bánh xe. Yêu cầu cao nhất đối với săm là giữ kín khí và bền trong điều kiện 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 trên đường 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 hình 2: cấu tạo mặt cắt lốp xe đạp. Cấu tạo lốp gồm 3 phần chính: Tanh, hông lốp, mặt lốp. -Tanh: tanh nằm ở phần gót của lốp và được làm bằng thép CT3 có đường kính 2, 1mm. Mỗi lốp có 2 sợi tanh , chiều dài định mức của mỗi sợi tanh là 2100 và được cuốn 1 vòng. Tanh được bọc cao su bên ngoài và có 2 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 được xử lý bề mặt trước khi bọc cao su. -Hông lốp : hông lốp có chiều dày khoảng 3±0,3 mm. Trong hông lốp gồm có 2 phần: +phần 1: gồm có 2 lớp vải cán tráng bằng cao su và nằm phía trong cùng của lốp , chiều dày của lớp này = 1,2± 0,3 mm. Đây chính là lớp chịu lực 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 lớp chịu lực và tăng độ cứng của lốp. -Mặt lốp : là lớp ngoài cùng của lốp. Nó có chiều dày khoảng 4 và có hoa lốp để bám đường. 2. THÀNH LẬP ĐƠN PHA CHẾ CAO SU BÁN THÀNH PHẨM. 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 này nằm ở các vị trí khác nhau với chức năng nhiệm vụ khác nhau, chịu những tác động 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 bị mài mòn cao, có khả năng chóng bị lão hóa do nhiệt và bị bong tróc do mặt lốp va đập với mặt đường gồ ghề... do vậy yêu cầu đối với hợp phần cao su bán thành 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 nên vỏ lốp. Nhưng để có được các đặc tính kỹ thuật nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụng thì người ta phải thay đổi cấu trúc không gian của cao su. Quá trình làm thay đổi các tính chất cơ lý của cao su dưới tác dụng của lưu huỳnh (S) được gọi là lưu hóa. Khi lưu hóa cao su xảy ra các phản ứng khâu mạch tạo cho cao su có mạch không gian làm tăng tính năng cơ lý của cao su. CH3 ê ~ CH = C – CH2 - CH2 – CH = C – CH2 – CH2 - CH = C – CH2 ~ ê ê CH3 CH3 CH3 ê ~ CH = C – CH2 - CH2 – CH = C – CH2 – CH2 - CH = C – CH2 ~ ê ê CH3 CH3 + S Xúc tiến ê ê Sx CH3 CH3 Sx CH3 ê ê ê ê ê ~ CH – C – CH2 - CH2 – CH = C – CH2 – CH2 - CH – C – CH2 ~ ê ê Sx CH3 CH3 Sx CH3 ê ê ê ê ê ~ CH – C – CH2 - CH2 – CH = C – CH2 – CH2 - CH – C – CH2 ~ ê ê Sx Sx ê ê Các chất có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng lưu hóa gọi là chất xúc tiến và trợ xúc tiến. Ngoài ra, để chống lại sự lão hóa, tăng thời gian sử dụng người ta sử dụng chất phòng lão. Để giảm giá thành sản phẩm người ta sử dụng thêm chất độn. Để có 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 cần lưu ý để đảm bảo khả năng chống mài mòn, có độ bền và bền nhiệt cao, độ cứng phù 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 cơ lý của cao su. Sử dụng hàm lượng lưu huỳnh cao quá làm giảm độ bền, giảm độ đàn hồi, tăng độ cứng và tăng khả năng mài mòn của vật liệu. Hàm lượng lưu huỳnh cao quá sẽ dư thừa cho phản ứng lưu hóa gây hiện tượng thoát lưu trên bề mặt sản phẩm (biến trắng bề mặt). - Xúc tiến: thường sử dụng nhóm xúc tiến Thiazol, Guanidin. Các hợp chất thuộc nhóm Thiazol thường dùng là Mercaptobenzothiazol (xúc tiến M), 2-benzothiazol disunfit (xúc tiến DM), guanidin NN’-difenilguanidin (xúc tiến D). Nhóm xúc tiến guanidin có mức độ hoạt động hóa học yếu nhưng được sử dụng 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 khả năng 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 sử dụng trợ xúc tiến. Thường sử dụng các hợp chất vô cơ làm chất trợ xúc tiến nhưng phổ biến nhất là ôxit kẽm (ZnO). Ôxit kẽm có ưu điểm là ít độc, không làm đổi màu cao su , dễ kiếm, giá thành rẻ, nó có độ ổn định cao và không gây ra hiện tượng ôxy hóa mạch đại phân tử. Khi sử dụng kết hợp ôxit kẽm với các axit béo hữu cơ như axit Stearic… sẽ làm tăng khả năng hoạt hóa quá trình lưu hóa. Nó được giải thích bằng việc tạo phức giữa ôxit kẽm, axit béo và xúc tiến lưu hóa. Zn2+ N C S S R O O C Zn C O O R N C S S 2- 2- Việc hình thành các phức chất giữa xúc tiến, trợ xúc tiến (ZnO), và axit stearic dẫn đến sự thay dổi trạng thái cấu trúc ban đầu của các chất có trong hợp phần. Ngoài ra phức này còn có khả năng hoà tan tốt vào hợp phần cao su nên hệ thống lưu hóa được phân tán đều trong hợp phần, tạo cho phản ứng khâu mạch 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 xúc tiến 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: N C S Zn 2 + S8 N C S N C S S S + ZnS N C S N C S S S t0 N C S S· 2 N C S + ZnS N C S Zn 2 + SHH S SHH (Lưu huỳnh hoạt hóa) vừa hình thành dễ dàng tham gia vào phản ứng chuyển 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 mài mòn 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 lý của 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 giảm giá thành của sản phẩm. Tác dụng tăng cường lực của chất độn phụ thuộc vào bản chất hóa học củachất độn và polyme, đặc trưng tương tác lẫn nhau giữa chúng và hàm lượng của chất độn trong hợp phần. Do điều kiện làm việc khắc nghiệt nên hợp phần cao su mặt lốp phải có độ bền cơ học cao, khả năng chống mài mòn cao và khả năng chống lão hóa nhiệt tốt. Để đạt được những đặc tính kỹ thuật đó, người ta sử dụng hỗn hợp than đen kỹ thuật HAF100 » 20 PKL và HAF50 » 10 PKL làm chất độn tăng cường nhằm 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 =100m2/g) nên khả năng tăng cường lực cho cao su cao. Than đen HAF50 tăng khả năng truyền nhiệt (diện tích bề mặt riêng =50m2/g) Bột nhẹ (CaCO3) là chất độn trơ thường được sử dụng cùng với chất độn tăng cường với tỷ lệ phù hợp nhằm làm giảm giá thành sản phẩm nhưng ít gây ảnh 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 tác động của của ánh sáng, do ma sát và do một số kim loại, do vậy làm giảm cơ tính của cao su. Khi sản phẩm cao su được sử dụng nó cũng chịu tác động mạnh liệt của ánh sáng, nhiệt độ, ma sát, va đập… dẫn đến hiện tượng sản phẩm bị biến cứng, có vết nứt, tính năng cơ lý giảm. Để làm giảm các tác động xấu đến chất lượng sản phẩm, kéo dài thời gian sử dụng và nâng cao tính ổn định cho sản phẩm, người ta cho thêm vào hợp phần cao su các chất phòng lão với hàm lượng thấp. Thường sử dụng phòng lão A và phòng lão D. Phòng lão A có tác dụng chống ôxy hóa do nhiệt độ, do tác động của lực cơ học. Phòng lão D có tác dụng phân tán trong cao su, bảo vệ cao su chống ôxy hóa, chịu nhiệt tốt. Cơ chế phòng lão như sau: NH R + RH + Phòng lão A N Gốc bền RH + N Gốc bền Phòng lão D NH R + - Chất phòng lão vật lý: Thường dùng Parafin làm chất phòng lão vật lý, nó được cho vào hợp phần cao su nhằm tạo ra lớp màng bề mặt ngăn chặn ôxy trong không khí tấn công, 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 ăn mòn 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 cầu vừa đảm bảo tính kinh tế có thể sử dụng đơn pha chế mặt lốp như sau: (xem bảng 1.1) Bảng 1.1: Đơn pha chế mặt lốp xe đạp Stt Nguyên vật liệu Phần khối lượng 1 Cao su crepe 33 100 2 ZnO 7 3 Axit Stearic 3 4 Parafin 2 5 Colofan 3 6 HAF 100 20 7 HAF 50 10 8 CaCO3 40 9 Xúc tiến M 0,5 10 Xúc tiến DM 0,8 11 Xúc tiến D 0,5 12 S 2,5 13 Phòng lão A 1,5 14 Phòng lão D 0,9 Cộng 191,7 Các tính năng cơ lý của cao su bán thành phẩm mặt lốp xe đạp phải đảm bảo các thông số sau: Stt Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả 1 Rheometer ở 1700C TS1 TC90 Phút Phút - - 2 Thời gian lưu hóa 1420C Phút 10 3 Độ cứng Shore A 68 4 Độ dãn dài kéo đứt % 432 5 Độ bền kéo đứt N/cm2 1420 6 Định dãn 300% N/cm2 925 7 Độ dãn dài dư % 22 8 Khối lượng riêng g/cm3 1,345 9 Lượng mài mòn cm3/1,61 km 1,193 2.1.2 Cao su cán tráng. Cán tráng là một bộ phận quan trọng trong dây chuyền sản xuất lốp xe để tạo ra bán thành phẩm tạo nên phần cốt vải chịu lực của lốp. Cán tráng nhằm phủ tráng 1 lớp cao su mỏng lên bề mặt vải mành. Vì vậy cao su bán thành phẩm dùng để cán tráng phải có độ bám dính tốt với vải, có độ linh động nhất định để có thể ép luồn vào khe giữa các sợi vải mành, liên kết với vải mành tạo thành một hệ thống bền chắc. Ngoài ra, do phải định hình thân lốp bằng nhiều lớp vải mành mỏng xếp với nhau nên yêu cầu có độ độ đàn hồi cao, tải nhiệt tốt. Do đó đơn phối trọn hợp phần cao su cho cán tráng được chọn thành phần tương tự như đơn 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 thấm hơn trong cao su mặt lốp để đảm bảo cho cao su cán tráng dẻo hơn, độ đàn hồi cao hơn. Ngoài ra còn sử dụng thêm xúc tiến Thiuram D có độ hoạt hóa cao, tạo ra cầu nối monosunfit làm cho cao su mềm dẻo hơn, khả năng truyền nhiệt từ lớp ngoài vào lớp trong nhanh, trong quá trình lưu hóa nên đảm bảo tính đồng đều trong toàn bộ sản phẩm. Ngoài việc tạo phức giữa ZnO, axit béo, xúc tiến lưu hóa và tạo thành muối 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 CH3 CH3 CH3 CH3 S S H3C H3C S S H3C H3C H3C H3C S S H3C H3C N – C – N – C – H3C H3C S S H3C H3C N – C – S – N – C – Và H3C S S H3C H3C S S H3C H3C N – C – N – C – 2 S + S ZnS H3C 2 H3C H3C H3C S S H3C H3C N – C – S N – C – Zn H3C + S S S H3C H3C S S H3C H3C N – C – N – C – + S S8 S H3C H3C S S H3C H3C N – C – S – S – N – C – + S S6 S S Các gốc lưu huỳnh tự do sinh ra rất hoạt động tham gia phản ứng khâu mạch các đại phân tử cao su bằng các cầu nối monosunfit, diunfit mạng lưới không gian. | | S S | | ~ CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 ~ | Sx | ~ CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 ~ | | Sx S | | Hàm lượng chất độn tăng cường (than đen) sử dụng thấp hơn so với cao su mặt lốp. Do yêu cầu độ bền động học cao hơn là chịu mài mòn nên nhằm tạo ra 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 lượng thấp 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 gây ảnh hưởng xấu đến sức dính của cao su với vải mành và tính kháng mòn của sản phẩm sau lưu hóa. Chất làm mềm Colofan được sử dụng với một hàm lượng nhỏ nhằm làm tăng 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 cán tráng như sau: (bảng 1.2) Bảng 1.2: Đơn pha chế hợp phần cao su cán tráng vải mành. Stt Nguyên vật liệu Phần khối lượng 1 Cao su (crepe 33) 100 2 HAF 100 10 3 HAF 50 10 4 CaCO3 40 5 ZnO 5 6 Axit Stearic 3 7 Parafin 3 8 Colofan 3 9 Xúc tiến M 0,5 10 Xúc tiến DM 0,5 11 Xúc tiến D 0,5 12 Thiuram D 0,5 13 Lưu huỳnh (S) 2,2 14 Phòng lão A 1,2 15 Phòng lão D 0,8 Cộng 180,2 2.1.3. Cao su bọc tanh. Vòng tanh của lốp được làm bằng kim loại (thép) có nhiệm vụ định vị lốp trên vành xe. Vòng tanh bằng kim loại được phủ 01 lớp cao su mỏng ra ngoài nhằm bảo vệ tanh không bị gỉ hỏng, ngoài ra nó còn góp phần tạo kết cấu gót lốp hợp lý: cứng vững và ổn định. Vòng tanh có vai trò rất quan trọng: nói tạo nên kết nối giữa vải mành và cao su hông lốp vì vậy yêu cầu của cao su bọc tanh là phải có độ bám dính tốt với kim loại (vòng tanh) và lớp vải mành. Ngoài ra còn yêu cầu cao su bọc tanh có 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 độn trơ (CaCO3), chất độn tăng cường sử dụng ít vì không cần độ bền cao. Sử 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 làm giảm 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 phần cao su bọc tanh như sau: (bảng 1.3) Bảng 1.3: Đơn pha chế hợp phần cao su bọc tanh Stt Nguyên vật liệu Phần khối lượng 1 Cao su (crepe 33) 100 2 HAF 100 10 3 CaCO3 40 4 ZnO 7 5 Axit Stearic 3 6 Colofan 3 7 Xúc tiến M 0,5 8 Xúc tiến DM 0,8 9 Xúc tiến D 0,5 10 Lưu huỳnh (S) 2,5 11 Phòng lão A 1,2 12 Phòng lão D 0,8 Cộng 169,3 2.1.4. Cao su cốt hơi. Cốt hơi là sản phẩm được sử dụng khi lưu hóa lốp trong khuôn, được gọi là công nghệ lưu hóa dùng cốt hơi. Cốt hơi có dạng hình ống như săm nhưng có biên dạng mặt cắt được thiết kế phù hợp với biên dạng mặt cắt của lốp trong khuôn lưu hóa. Khi lưu hóa cốt hơi được đặt trong lòng lốp và được nạp khí nén với áp lực cao vào trong, làm cốt hơi giãn nở ra ép sơmi lốp vào khuôn. Khi kết thúc lưu hóa thì xả áp ra ngoài mở khuôn và lấy cốt ra khỏi sản phẩm. Vì vậy yêu cầu đối với cao su làm cốt hơi là phải có độ thấm khí nhỏ, đàn hồi tốt và bền nhiệt. Chọn cao su Butyl làm nguyên liệu để phối trộn với các chất lưu hóa, chất độn, phụ gia… để hợp phần đáp ứng được các yêu cầu làm việc khắc nghiệt của cốt hơi mặc dù nó có giá nguyên liệu cao. Trong cao su Butyl có hàm lượng liên kết không no trong mạch rất ít vì vậy nó có độ thẩm thấu khí rất nhỏ, độ bền nhiệt cao. Vì hàm lượng liên kết không no thấp nên sử dụng hệ lưu hóa là lưu huỳnh với hàm lượng nhỏ phối hợp với nhựa phenolformandehyt. Nhựa phenolformandehyt tham gia vào phản ứng khâu mạch cao su Butyl theo cơ chế gốc tạo các cầu nối C-C rất bền, làm tăng khả năng chịu nhiệt cho hợp phần cao su sau lưu hóa. Ưu điểm nối bật khi dùng phenolformandehyt làm chất lưu hóa còn ở chỗ là có đàn hồi mỏi cao hơn. Hàm lượng chất xúc tiến lưu hóa phải sử dụng thấp xuống tương ứng với hàm lượng lưu huỳnh sử dụng. Nếu hàm lượng trợ xúc tiến ZnO cao quá sẽ dư và tồn tại trong sản phẩm. Khi làm việc ở nhiệt độ cao (trong lốp lưu hóa) sẽ tạo ra gốc tự do và bị lão hóa. Chất độn được sử dụng là than kỹ thuật (không sử dụng chất độn trơ) phối hợp với các chất lưu hóa và phụ gia khác có đơn pha chế như sau: (xem bảng 1.4). Bảng 1.4: Đơn pha chế hợp phần cao su cốt hơi. Stt Nguyên vật liệu Phần khối lượng 1 Cao su Butyl BK0865 100 2 HAF 100 30 3 HAF 50 20 4 SRF 10 5 ZnO 5 6 Colofan 3 7 Axit Stearic 3 8 Xúc tiến DM 0,75 9 Xúc tiến D 0,35 10 Lưu huỳnh (S) 1,2 11 Nhựa phenolformandehyt 18 12 Phòng lão A 0,7 13 Phòng lão D 0,7 Cộng 192,7 Các tính năng cơ lý của cao su bán thành phẩm cao su cốt hơi phải đạt tiêu chuẩn sau: Stt Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả 1 Rheometer ở 1700C TS1 TC90 Phút Phút - - 2 Thời gian lưu hóa 1700C Phút 40 3 Độ cứng Shore A 60 4 Độ dãn dài kéo đứt % 636 5 Độ bền kéo đứt N/cm2 1425 6 Định dãn 300% N/cm2 614 7 Độ dãn dài dư % 12 8 Khối lượng riêng g/cm3 1,125 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 xóc cho xe. Yêu cầu của vật liệu làm thân săm là phải có độ bền xé rách cao, có dộ thấm 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 được các 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 đạp hiện 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 phải có đàn tính thấp nên sử dụng chất độn tăng là than đen SRF – than đen bán cứng. Sử dụng hàm lượng chất trợ xúc tiến lưu hóa thấp hơn để cao su có độ mềm dẻo, độ đàn hồi cao. Sử dụng hàm lượng xúc tiến DM nhằm tăng độ mềm dẻo cho cao su đồng thời tránh hiện tượng hợp phần cao su bị tự lưu do quá trình gia công trong máy ép đùn. Từ những yêu cầu đó, có thể xây dựng đơn pha chế cho hợp phần cao su thân săm như sau: (xem bảng 2.1) Bảng 2.1: Đơn pha chế cho cao su thân săm Stt Nguyên vật liệu Phần khối lượng 1 Cao su (crepe 33) 100 2 SRF 30 3 HAF 50 10 4 CaCO3 40 5 ZnO 5 6 Axit Stearic 3 7 Parafin 3 8 Colofan 3 9 Xúc tiến M 0,5 10 Xúc tiến DM 0,5 11 Xúc tiến D 0,5 12 Thiuram D 0,5 13 Lưu huỳnh (S) 2,2 14 Phòng lão A 1,2 15 Phòng lão D 0,8 Cộng 180,2 2.2 Bộ đơn tổng hợp Bảng 2.2:Đơn pha chế tổng hợp của các hợp phần cao su Stt Nguyên vật liệu Mặt lốp Cán tráng Tanh Cốt hơi Săm 1 Crepe 33 100 100 100 - 100 2 BK 0865 - - - 100 - 3 ZnO 7 5 7 5 5 4 Axit stearic 3 3 3 3 3 5 Parafin 2 3 - - 3 6 Colofan 3 3 3 3 3 7 Bột nhẹ 40 40 40 - 40 8 HAF 100 20 10 10 30 - 9 HAF 50 10 10 - 20 10 10 SRF - - - 10 30 11 Xúc tiến M 0,5 O,5 0,5 - 0,5 12 Xúc tiến DM 0,8 0,5 0,8 0,75 0,5 13 Thiuram D - 0,5 - - 0,5 14 Xúc tiến D 0,5 0,5 0,5 0,35 0,5 15 Lưu huỳnh 2,5 2,2 2,5 1,2 2,2 16 Phòng lão A 1,5 1,2 1,2 0,7 1,2 17 Phòng lão D 0,9 0,8 0,8 0,7 0,8 18 Nhựa PF - - - 18 - 3. NGUYÊN LIỆU DÙNG TRONG SẢN XUẤT 3.1 Nguyên vật liệu cho tất cả các bán thành phẩm. 3.1.1. Cao su thiên nhiên. Thành phần của cao su thiên nhiên bao gồm nhiều nhóm chất hoá học khác nhau mà phần chủ yếu là cacbuahydro, ngoài ra còn độ ẩm, các chất trích ly bằng axêtôn, các chất nitơ (chủ yếu là protein) và các chất khoáng (- CH2- C = CH - CH2-)n ú CH3 Tính chất cơ lý, tính năng kỹ thuật của cao su thiên nhiên được xác định bằng 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 được các loại polyme có tính chất cơ lý, tính năng kỹ thuật khác nhau và được sử dụng vào những lĩnh vực ứng dụng khác nhau. Cao su thiên nhiên là polyisopren có mạch đại phân tử được hình thành từ các mắt xích isopenten cis đồng phân liên kết với nhau ở vị trí 1,4 H3C H2C H CH2 C = C CH2 C = C H3C H CH2 H3C CH2 H C = C CH2 Ngoài các mắt xích isopenten 1,4 cis đồng phân, trong cao su thiên nhiên còn có khoảng 2% các mắt xích isopenten tham gia vào mạch đại phân tử ở vị trí 3,4. Khối lượng phân tử trung bình cao su thiên nhiên là 1,3.106. Mức độ dao động rất nhỏ (từ 106 ¸ 2.106). Ở nhiệt độ thấp cao su thiên nhiên có cấu trúc tinh thể: độ cứng tăng lên, bề mặt bị mờ. Nóng chảy ở nhiệt độ ~ 40oC Ở nhiệt độ 20oC đến 30oC, cao su sống dạng crepe kết tinh ở