아라미드 섬유는 가벼운 무게를 달성하는 동시에 타이어의 강도를 보장하기 위해 자전거 타이어에 사용됩니다.
1. 아라미드 단섬유 펑크방지층 타이어의 구조 설계
자전거 타이어의 코드층과 트레드 고무 사이에 아라미드 단섬유 펑크 방지층을 추가하면 타이어의 펑크 방지 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 못과 같은 날카로운 물체는 타이어의 트레드 고무를 뚫을 수 있지만, 아라미드 단섬유 펑크 방지층에 닿으면 타이어 내부 압력의 지지력으로 이물질의 침투를 효과적으로 방지하여 튜브의 펑크를 방지할 수 있습니다.
2. 방탄층에 아라미드 단섬유 적용
아라미드 단섬유 방풍층을 갖는 자전거 타이어 생산의 가능성을 고려하여, 방풍층의 기본 공식은 타이어 생산에 널리 사용되는 자전거 타이어 트레드 고무 공식을 채택하고, 기본 공식을 기초로 다양한 아라미드 단섬유 투여량의 적용 효과를 조사합니다.
2.1 아라미드 단섬유의 보강효과 분석
고무 합성물에 일반적으로 사용되는 단섬유 보강재로는 셀룰로오스 섬유, 면 섬유, 폴리에스터 섬유, 나일론 섬유, 아라미드 섬유 등이 있으며, 이는 모두 고무 합성물의 강도를 향상시킬 수 있습니다.
미세섬유가 있습니다
아라미드 펄프 . 3차원 형태학적 분석을 통해 아라미드 펄프 미세섬유가 아라미드 펄프와 고무 매트릭스 사이의 결합을 더욱 견고하게 만들 수 있음을 알 수 있습니다.
6mm 미만의 비압착 아라미드 단섬유는 혼합 시 균일하게 분산시키기 어렵습니다. 비표면적이 7~9m²·g-1로 높은 아라미드 펄프는 비교적 푹신하고 정전기 발생에 취약하며, 고무 배합물에 혼합하기 어려워 불균일한 분산을 초래합니다. 고무 매트릭스에 아라미드 펄프를 더 잘 분산시키기 위해 분산액이나 마스터배치 형태로 아라미드 펄프를 혼합할 수 있습니다. 듀폰은 아라미드 펄프를 고무 매트릭스에 더 잘 분산시킬 수 있는 관련 특허 기술을 개발했습니다. 이렇게 제조된 제품은 케블라®EE라고 합니다.
실험 결과, 케블라®EE 아라미드 펄프 강화 고무의 복합 탄성률은 아라미드 펄프 함량이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났으므로, 본 연구에서는 케블라®EE 아라미드 펄프를 사용하였다.
2.2 아라미드 펄프 첨가량이 고무 계면 접착력에 미치는 영향
아라미드 펄프의 첨가량이 증가함에 따라 고무 화합물의 인장강도와 인열강도는 증가하고, 계면 슬립 신도는 감소하며, 상대적 계면 슬립 에너지는 변하지 않는다.
외부 인장력이 점차 증가함에 따라, 아라미드 섬유와 안티-스태브층 고무 화합물 사이에 계면 슬립이 발생하고, 결국 계면 슬립이 발생하여 응력-변형률 곡선에 변곡점이 발생합니다.아라미드 섬유 고무 화합물의 상대 계면 슬립 에너지는 고무 화합물 응력-변형률 곡선으로 표현되며, 이는 곡선과 수평축으로 둘러싸인 대략적인 삼각형 도형의 면적과 동일합니다.상대 계면 슬립 에너지를 사용하면 계면 슬립을 생성하는 고무 화합물의 에너지를 보다 직관적으로 반영할 수 있습니다.다양한 양의 아라미드 펄프로 채워진 고무 화합물의 응력.이 분석으로부터 아라미드 펄프의 양이 안티-스태브층 고무 화합물의 상대 계면 슬립 에너지에 거의 영향을 미치지 않는다는 결론을 내릴 수도 있습니다.
3. 아라미드 펄프 방탄층의 제조
자전거 타이어의 아라미드 펄프 방풍층의 제조 공정은 고무 가소화 → 시트화 → 시트 재정제 → 복합제 첨가 → 방풍 적층 시트 → 냉각 → 절단의 순서로 이루어진다.
분석을 통해 아라미드 펄프 방풍층의 성능에 영향을 미치는 주요 요인은 아라미드 펄프 함량, 방풍층 두께, 그리고 타이어 가황 시간임을 알 수 있습니다. 아라미드 펄프 방풍층 고무를 혼합한 후, 대기용으로 다양한 규격의 자전거 타이어 생산 공정 변수에 따라 시트 프레스와 커터를 사용하여 다양한 두께와 폭의 방풍층 고무 시트로 절단합니다.
4. 타이어 성능에 영향을 미치는 요인 분석
4.1 아라미드 펄프 투여량
펑크방지층 고무에 아라미드 펄프를 첨가한 경우 타이어 차체 강도와 접착 강도에 미치는 영향.
아라미드 펄프의 첨가량이 증가함에 따라 타이어 차체 강도가 크게 향상되어 타이어의 펑크 저항성이 향상될 수 있습니다. 이는 아라미드 펄프의 첨가량이 증가함에 따라 고무의 복합 탄성률이 증가하여 타이어 차체 강도가 그에 따라 증가하기 때문입니다.
아라미드 펄프 함량이 증가함에 따라 타이어 본체의 접착력이 감소하여 타이어의 내구성이 저하됩니다. 이는 아라미드 펄프 함량이 증가함에 따라 고무의 접착력이 감소하여 펑크 방지층과 코드층 사이의 접착력이 크게 감소하기 때문입니다.
4.2 방탄층 두께
펑크 방지층의 두께가 타이어 본체의 강도와 접착력에 미치는 영향.
펑크 방지층의 두께가 두꺼워질수록 타이어 차체의 강도가 증가하고 타이어의 펑크 저항성이 크게 향상됩니다. 펑크 방지층의 두께가 타이어 차체의 접착력에 미치는 영향은 명확하지 않습니다. 펑크 방지층이 두꺼울수록 타이어의 펑크 저항성은 좋아지지만 타이어 무게가 증가하여 타이어의 경량화에 도움이 되지 않습니다. 펑크 방지층의 두께가 두꺼워지면 타이어 비용도 증가합니다. 펑크 방지층이 너무 두꺼우면 타이어의 방열이 어려워지고 타이어 주행 시 다른 문제가 발생하기 쉽습니다.
4.3 가황 시간
온도, 압력, 시간은 타이어 가황의 세 가지 요소이며, 그중 온도와 압력은 일반적으로 일정하므로 가황 시간은 타이어 성능에 영향을 미치는 핵심 요소입니다. 가황 시간은 고무 제품의 성능에 상당한 영향을 미칩니다.
가황 시간이 타이어 강도와 접합 강도에 미치는 영향.
타이어의 일반적인 가황 범위(8.5~9.5분)에서는 타이어 강도와 접착 성능이 약간 변동하지만, 타이어가 저가황 및 과가황일 경우 저가황 및 과가황이 증가함에 따라 타이어 강도와 접착 성능이 크게 감소합니다.
다양한 아라미드 펄프 투여량과 펑크 방지층 두께에서 타이어의 양성 가황 시간을 빠르게 결정하기 위해 버블 임계점 시간 방법을 사용할 수 있습니다.먼저 두 가지 정의를 명확히 합니다.하나는 버블점 시간, 즉 특정 온도와 압력에서 가황할 때 타이어에 버블이 나타나는 시간이고, 다른 하나는 버블 임계점 시간, 즉 특정 온도와 압력에서 가황할 때 버블이 사라지는 시간입니다.예를 들어: 기존 온도와 압력에서 다양한 가황 시간에 따른 특정 사양 타이어의 버블 상황은 그림 7에 나와 있으며, 이 사양의 타이어의 버블점 시간은 8.5분이고 버블 임계점 시간은 9.0분이라는 결론을 내릴 수 있습니다.
초기 기포 임계점 시간은 유사한 사양을 기반으로 설정하여 이 사양의 타이어의 기포 임계점 시간, 즉 임시 가황 시간에서 안전 시간을 뺀 시간을 예비적으로 결정할 수 있습니다. 실제 기포 임계점 시간 방법은 초기 기포 임계점 시간에 따라 타이어를 가황하는 것입니다. 기포가 발생하지 않으면 기포 임계점 시간을 찾을 때까지 가황 시간을 적절하게 줄입니다(특정 사양에 따라 매회 15초에서 60초씩 감소). 기포가 발생하면 기포 임계점 시간을 찾을 때까지 가황 시간을 적절하게 늘립니다(기포의 위치와 크기에 따라 증가). 타이어의 기포점을 확인할 때는 타이어를 뜨거운 상태에서 절단하여 타이어 단면(상하 몰드의 트레드, 코드 층 사이, 타이어 림 등 포함)에 기포가 있는지 확인하고 표시해야 합니다. 양의 가황 시간은 기포 임계점 시간, 안전 시간, 그리고 계절적 요인의 영향을 받는 시간의 합입니다. 경험에 따르면, 기포 임계점 시간이 ≤5, 5~7, 8~14, 15~18, ≥18분일 때 안전시간은 각각 기포 임계점 시간의 1, 2, 3, 4분, 20%가 됩니다.
결론
아라미드 스테이플 섬유와 아라미드 펄프의 고무 보강 효과를 분석 및 비교하였고, 케블라®EE 아라미드 펄프를 사용하여 자전거 타이어의 펑크 방지층을 제조하였다. 아라미드 펄프의 함량, 펑크 방지층 두께, 그리고 가황 시간이 타이어 차체 강도 및 접착 성능에 미치는 영향을 연구하였다. 결론은 다음과 같다.
- 아라미드 펄프의 첨가량이 증가함에 따라 타이어 차체 강도는 크게 증가하였으나, 접착성능은 감소하였다.
- 펑크방지층 두께가 증가함에 따라 타이어 차체 강도는 증가하였고, 접착강도의 변화 추세는 불규칙하였다.
- 타이어의 정상적인 가황 범위 내에서는 타이어 본체 강도와 접착 성능이 약간 변동하였으나, 타이어가 저황 또는 과황 상태에 있을 경우, 저황 및 과황도가 증가함에 따라 타이어 본체 강도와 접착 성능이 현저히 감소하였다.
