轮胎带束层化合物中的氧化动力特性湿巾包装机

轮胎带束层化合物中的氧化动力特性

轮胎带束层化合物中的氧化动力特性 2011年12月03日 来源： 因为轮胎主要是在环境温度中使用，了解在该温度体系下的氧化动力是非常重要的。氧化过程已被证明是轮胎带束层化合物降解的主要原因，而降解机理决定着客车轮胎带束层边缘的耐久性。 K. Gillen发明的超灵敏氧气消耗技术被用来测量广泛温度范围内，包括环境温度下客车轮胎带束层涂覆化合物的氧化动力。该技术可在较低温度下进行精确测量，从而得到精确的时间-温度寿命氧化总曲线。这样，就无需根据环境温度推断使用温度下的轮胎寿命。 决定环境温度下老化特性保持力的方法 尽管高温度下物体特性衰减的测量及随后利用阿列纽斯公式进行推算都已被用来预测环境温度下的物体特性保持力，但总体结果并不令人满意。本研究的目的旨在找出另一条确定环境温度下轮胎带束层老化特性保持力的途径。K. Gillen发明的超敏氧气消耗技术也正被用来研究氧化动力。该技术已被证明可以精确测量环境温度下的氧化动力。所得动力数据随后与物理特性数据一起，被用于推断环境温度下老化物体特性保持力。利用置于烤箱中加速老化情况下的老化薄片的可拉长物体特性可研究老化物体特性保持力。实验案例采用的是薄样本，以确保实验中不存在扩散受限氧化（DLO）情况。实验采用的是在从轮胎带束层边缘地区提取的客车用轮胎带束层混合物。车胎为使用了一年半的客车用车胎，型号为P215/75R15。 氧化动力 测量在20℃到80℃温度范围内的氧化动力。等温结果可见（图1）。

图1、带束层化合物氧气消耗率

确定活化能量的典型方式就是（如图2）所示的阿列纽斯类型图。

图2、带束层化合物氧气消耗率与温度的函数关系

结果显示处于50℃以上的带束层化合物活化能量为100千焦/摩。这一活化能量将被视为处于预期氧化范围（90～100焦耳/摩）。在50℃以下时，结果会与阿列纽斯类型分析所预期的线性数据有偏差。再以同样的测量方式测量二氧化碳和一氧化碳的生成量。二氧化碳和一氧化碳的生成速度分别见（图3）和（图4）。

图3、带束层化合物二氧化碳生成率与温度的函数关系

图4、带束层化合物一氧化碳生成率与温度的函数关系

阿列纽斯类型分析显示二氧化碳和一氧化碳的生成速度数据呈线性。它们的活化能量分别为88千焦/摩和96千焦/摩。对同样的样本重复超感氧气消耗测量，可得到每个温度下总的氧气消耗量（见图5）。

图5、氧气总消耗率与老化时间的函数关系

采用时间温度叠加，通过经验转化因素来生成总曲线（见图6）。

图6、时间温度叠加氧气消耗总曲线

随后，将转换因素作为阿列纽斯类型分析的温度函数（见图7）。

图7、氧气消耗转换因素与温度的函数关系

温度为50℃以上，活化能量为100千焦/摩时，转换因素为线性。需要注意的是，高温（50℃以上）氧化动力显示了预期的动力和机理（活化能量）趋势。然而，在50℃以下，动力不同于预期趋势；其氧化明显快于阿列纽斯类型分析的预期。另外可显示带有时间温度叠加的超灵敏氧气消耗方式已经生成环境温度范围内必要的转换因素，以预测环境温度下物理特性衰退程度。因此，下一步就是要测量不同温度下的破坏伸长，得出衰退总曲线，然后转化为所需环境（使用）温度下的情况。 可拉长特性 在60℃到100℃的温度范围内测量可拉长特性（见图8）。

图8、破坏伸长率与老化时间的函数关系

破坏伸长数据的时间温度叠加可生成总曲线（见图9），横坐标为80℃时老化时间会发生改变。作为温度函数的转化因素呈线性，活化能量为92千焦/摩。采用超灵敏氧气消耗的转换因素，可将破环伸长曲线转换为环境温度下的情况（见图10）。

图9、破坏伸长率的时间温度叠加

图10、 应用超灵敏氧气消耗法的时间温度叠加破坏伸长率

伸长保持力显示温度为20℃时衰退时间的函数。该图表提供了环境温度（20℃）下的物理特性改变。轮胎旋转时轮带边缘的带束层化合物可能会承受更高的温度。同时，混合物可能要承受更高的局部氧气压力（高于大气压）。这些就是可对该伸长保持力曲线进行的进一步改进，可延长预期使用寿命。预期轮胎寿命的关键因素和曲线的基础就在于在环境温度下对氧气消耗量进行精确测量，以得到低（使用）温度下的转化因素。 氧化机理 图11可见不同测试、伸长、氧气消耗、二氧化碳和一氧化碳生成的转化因素比较。所有温度一致为50℃以上，活化能量为92千焦/摩。50℃以下，氧气消耗结果与线性结果有所偏离，生成的二氧化碳和一氧化碳与线性结果并无偏差。这就意味着50℃以下带层化合物的机理发生了变化。了解低温氧化机理的细节是提高轮胎性能和耐久力的关键技术。目前，可在传统轮胎设计中加入氧化动力学和特性衰退方面的考虑。

图11、 超灵敏氧气消耗测定值和伸长率与经验值因素对照

概要和总结 从高温到低温的推测可导致对氧化速度的错误估计。为了列出使用轮胎的抗氧化力，最好测量使用温度下的氧化动力。 超灵敏氧气消耗方法可精确测试在50℃以下合理数量的实验测试时间（采用月而不是年为单位）的氧化动力。 在50℃以下，带层混合物的氧化机理发生了变化。降解速度比根据破环伸长数据推测的结果快10倍。 不同温度下的破环伸长可产生特性衰退主曲线。然后将其转化为有利环境（使用）温度下的结果。带有时间温度叠加的超灵敏氧气消耗法已经造成了环境温度下必要的转化因素，以预测环境温度下的物理特性衰退。(end)

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