Para-aramid digunakan dalam ban berkinerja tinggi karena sifat mekanisnya yang sangat baik seperti kekuatan tinggi, modulus tinggi, ketahanan lelah, dan creep rendah.
Sejak ban pneumatik pertama Michelin resmi diproduksi pada tahun 1895, seiring dengan pesatnya perkembangan industri otomotif, industri ban terus meningkatkan teknologi dan menghasilkan produk-produk baru. Kini, rantai produksi ban yang matang dan lengkap telah terbentuk di seluruh dunia. Material rangka merupakan kunci utama untuk memastikan kekuatan ban, daya dukung beban, dan stabilitas dimensi ban. Seiring dengan semakin populernya ban radial, ban radial berkinerja tinggi dan ban ramah lingkungan pun semakin berkembang, yang menuntut kinerja material rangka yang lebih tinggi. Para-aramid secara bertahap digunakan dalam ban berkinerja tinggi karena sifat materialnya yang unggul.
Klasifikasi dan kinerja bahan rangka ban
Material rangka merupakan lapisan penahan tekanan utama pada produk karet, yang berperan penting dalam kinerja, masa pakai, dan nilai guna produk karet. Material rangka yang ideal harus memiliki sifat mekanis seperti kekuatan tinggi, modulus tinggi, ketahanan lelah, creep rendah, serta sifat fisik dan kimia seperti kepadatan rendah, ketahanan suhu tinggi dan rendah, ketahanan korosi, dan ketahanan api. Terdapat empat kategori utama material rangka serat ban, masing-masing dengan kelebihan dan kekurangannya.
(1) Tali rayon memiliki retensi modulus suhu tinggi yang sangat baik dan karakteristik penyusutan yang rendah, serta stabilitas dimensinya jauh lebih baik daripada tali nilon dan poliester. Tali rayon dapat digunakan pada rangka ban radial untuk mencapai kinerja pengendalian yang sangat baik, tetapi tali rayon memiliki kekuatan basah yang rendah dan menimbulkan polusi produksi yang serius.
(2) Tali poliester memiliki keunggulan modulus tinggi, kekuatan tinggi, elongasi rendah, penyusutan panas rendah, stabilitas dimensi baik, dan kekuatan kering serta basah yang hampir sama. Ketahanan lelah dan ketahanan benturannya lebih baik daripada tali rayon, tetapi kenaikan suhunya akan menyebabkan aminolisis pada suhu tinggi.
(3) Keunggulan tali nilon adalah kekuatan tinggi, kerapatan relatif rendah, kehilangan histeresis rendah, tingkat penyerapan air rendah, kekuatan basah tinggi, elastisitas baik, ketahanan lentur 10 kali lebih tinggi daripada tali rayon, dan ketahanan lelah yang lebih baik daripada tali serat lainnya. Kerugian utamanya adalah penyusutan panas yang besar, stabilitas termal dan stabilitas dimensi yang buruk.
(4) Tali aramid telah dikembangkan secara bertahap dalam beberapa tahun terakhir karena ketahanan suhu tinggi, kekuatan tinggi, modulus tinggi, dan deformasi yang rendah. Penelitian telah menunjukkan bahwa tali aramid tidak hanya dapat mengurangi massa ban dan hambatan gulir, tetapi juga membantu meningkatkan ketahanan ban terhadap tusukan dan pemotongan.
Perbandingan kinerja bahan rangka ban yang umum digunakan ditunjukkan pada Tabel 1.
| Barang |
Para aramid |
Kawat Baja |
Rayon |
Nilon 66 |
Poliester |
| Kepadatan/（Mg∙m^-3） |
1.44 |
7.85 |
1.53 |
1.14 |
1.38 |
| Suhu dekomposisi (nitrogen)/°C |
>500 |
tahun 1600 |
200 |
255 |
260 |
| Kekuatan tarik/MPa |
2830 |
2550 |
780 |
960 |
tahun 1150 |
| Kekuatan spesifik/(mN∙tex^-1) |
tahun 1970 |
330 |
510 |
840 |
830 |
| Modulus awal/GPa |
80 |
160 |
18 |
6 |
14 |
| Modulus spesifik/(N∙tex^-1) |
55 |
20 |
12 |
5 |
10 |
| Koefisien ekspansi termal ×10⁶/K^-1 |
-2.2 |
3.7 |
- |
- |
- |
| Perpanjangan saat putus/% |
3.6 |
1.9 |
13.0 |
20.0 |
13.5 |
| Tingkat retensi kekuatan setelah 200 °C×48 jam/% |
90 |
100 |
20 |
45 |
55 |
| Penyusutan panas kering udara (160 °C ×4 menit)/% |
<0,1 |
0 |
1.0 |
3.8 |
5.0 |
Kekuatan spesifik dan modulus spesifik para-aramid hampir 6 dan 3 kali lipat dari kawat baja, dan 2 dan 10 kali lipat dari nilon 66. Kinerja material para-aramid masih dapat dipertahankan pada kisaran suhu -200 hingga 200°C. Dengan kekuatan tarik yang sama, massa produk karet dapat dikurangi secara signifikan, sehingga dapat memenuhi kebutuhan penggunaan dalam kondisi iklim ekstrem. Para-aramid memiliki ketahanan mulur rendah, ketahanan lelah, penyusutan panas rendah, dan ketahanan korosi kimia yang sangat baik, yang dapat meningkatkan stabilitas dimensi produk karet secara signifikan dan memperpanjang masa pakai. Oleh karena itu, para-aramid merupakan material rangka ban yang sangat ideal.
Aplikasi para-aramid pada bahan rangka ban
Aplikasi pertama aramid dalam struktur ban adalah sebagai lapisan sabuk ban radial. Karena sifat-sifatnya yang istimewa, aramid kini semakin banyak digunakan dalam berbagai komponen ban. Dari sudut pandang teknis, aramid dapat digunakan sebagai material rangka untuk bagian mana pun dari ban, dan bahkan dapat dikombinasikan dengan resin untuk menggantikan kawat baja dalam pembuatan manik ban, sehingga sangat mengurangi berat ban. Saat ini, terdapat contoh aplikasi aramid pada lapisan sabuk tepi terbuka, lapisan sabuk lipat, lapisan sabuk melingkar, karkas ban radial, penutup manik, cincin kawat, karkas ban bias balap, dan lapisan penyangga ban bias.
Penggunaan tali aramid 1680dtex/2 sebagai pengganti tali baja 2x0,30HT pada lapisan sabuk ban mobil penumpang dapat mengurangi berat ban sebesar 6,4% hingga 7,5% dan hambatan gulir sebesar 12,5%. Penggunaan tali aramid 1680dtex/2 untuk rangka dan lapisan sabuk dapat mengurangi berat ban sebesar 15%, dan karakteristik ban lainnya memenuhi persyaratan standar, serta meningkatkan kenyamanan berkendara mobil.
Dengan massa yang sama, kekuatan dan modulusnya jauh melampaui material seperti poliester, poliamida, dan kawat baja, serta sangat unggul dalam hal keamanan dan daya tahan. Keuntungan paling signifikan menggunakan tali aramid, alih-alih tali baja, untuk ban balap lipat adalah mengurangi berat ban dan membuatnya dapat dilipat. Karakteristik ringan aramid sangat cocok untuk ban balap performa tinggi. Selain mengurangi berat mobil, tali aramid dapat menghasilkan pengereman yang lebih cepat dan performa menikung yang lebih baik.
Aplikasi serat pendek aramid pada karet pengisi ban radial baja tahan beban. Struktur dan sifat khusus serat pendek aramid sendiri dapat memberikan produk karet sifat-sifat unggul seperti modulus tinggi, kekerasan tinggi, kekuatan tinggi, stabilitas dimensi, dan ketahanan aus. Hasil pengujian menunjukkan bahwa serat pendek aramid mengurangi viskositas Mooney kompon karet, memperpendek T90, mengurangi kenaikan suhu, mengurangi faktor kehilangan, mengurangi efek Payne, dan memiliki daya tahan ban yang baik. Hal ini menunjukkan bahwa material aramid sangat efektif dalam meningkatkan kinerja ban.
| Barang |
1100dtex/2 |
1680dtex/2 |
| Kekuatan putus/N |
≥330 |
≥450 |
| Tingkat kekuatan putus yang tidak merata/% |
≤3,5 |
≤3,5 |
| 66,6 N Perpanjangan pada beban terukur/% |
1,8±0,6 |
2,0±0,6 |
| Perpanjangan saat putus/% |
4,5±1,5 |
6,0±1,5 |
| Ketidakrataan perpanjangan putus/% |
≤5,0 |
≤5,0 |
| Penyusutan panas kering/% |
≤0,5 |
≤0,5 |
| H Gaya ekstraksi/（N•cm^-1) |
≥100 |
≥130 |
Meskipun tali aramid memiliki banyak keunggulan, sebagai material rangka karet, tali aramid juga memiliki beberapa kendala seperti ketahanan kompresi dan tekuk yang buruk, kesulitan pengikatan, dan biaya produksi yang tinggi, sehingga membatasi penggunaan tali aramid secara luas. Oleh karena itu, kain tali komposit aramid/nilon berkekuatan tinggi telah dikembangkan. Kain tali komposit yang diperoleh dengan pemintalan, pelintiran, pencelupan, dan perlakuan panas aramid dan nilon dalam rasio tertentu dapat menghilangkan kekurangan nilon dan aramid, menggabungkan keunggulan keduanya, mewujudkan sifat material yang saling melengkapi, dan memenuhi persyaratan ketat ban berperforma tinggi. Di masa mendatang, penggunaan kain tali komposit akan semakin luas pada ban.
