Serat aramid digunakan dalam ban sepeda untuk memastikan kekuatan ban sekaligus mencapai bobot yang ringan.
1. Desain struktural ban lapisan anti bocor serat pendek aramid
Penambahan lapisan anti-tusuk serat pendek aramid di antara lapisan serat dan karet tapak ban sepeda dapat meningkatkan ketahanan ban terhadap tusukan secara efektif. Meskipun benda tajam seperti paku dapat menembus karet tapak ban, ketika benda tajam tersebut bersentuhan dengan lapisan anti-tusuk serat pendek aramid, lapisan anti-tusuk tersebut dapat mencegah masuknya benda asing dengan baik di bawah tekanan internal ban, sehingga mencegah ban dalam bocor.
2. Aplikasi serat pendek aramid pada lapisan anti bocor
Dengan mempertimbangkan kelayakan memproduksi ban sepeda dengan lapisan anti bocor serat pendek aramid, formula dasar lapisan anti bocor tersebut mengadopsi formula karet tapak ban sepeda yang banyak digunakan dalam produksi ban, dan efek aplikasi dosis serat pendek aramid yang berbeda diselidiki berdasarkan formula dasar tersebut.
2.1 Analisis efek penguatan serat pendek aramid
Bahan penguat serat pendek umum dalam kompon karet meliputi serat selulosa, serat kapas, serat poliester, serat nilon, dan serat aramid, dll., yang semuanya dapat meningkatkan kekuatan kompon karet.
Ada mikrofibril di
bubur aramid . Dari analisis morfologi tiga dimensi dapat diketahui bahwa mikrofibril pulp aramid mampu membuat ikatan antara pulp aramid dengan matriks karet menjadi lebih kuat.
Serat pendek aramid yang belum dikerutkan dengan panjang kurang dari 6 mm sulit untuk didispersikan secara merata selama pencampuran. Pulp aramid dengan luas permukaan spesifik yang tinggi (7-9 m²·g-1) relatif mengembang, rentan terhadap listrik statis, dan tidak mudah tercampur dengan kompon karet, sehingga menghasilkan dispersi yang tidak merata. Untuk mendispersikan pulp aramid dengan lebih baik di dalam matriks karet, pulp aramid dapat dicampur dalam bentuk dispersi atau masterbatch. DuPont telah mengembangkan teknologi paten terkait yang dapat mendispersikan pulp aramid dengan lebih baik di dalam matriks karet. Produk yang dibuat dengan cara ini disebut Kevlar®EE.
Percobaan telah menunjukkan bahwa modulus komposit karet yang diperkuat pulp aramid Kevlar®EE meningkat seiring dengan peningkatan kandungan pulp aramid, sehingga penelitian ini menggunakan pulp aramid Kevlar®EE.
2.2 Pengaruh dosis pulp aramid terhadap daya rekat antarmuka karet
Dengan meningkatnya dosis pulp aramid, maka kekuatan tarik dan kekuatan sobek senyawa karet meningkat, perpanjangan selip antarmuka berkurang, dan energi selip antarmuka relatif tidak berubah.
Ketika gaya tarik eksternal meningkat secara bertahap, slip antarmuka terjadi antara serat aramid dan senyawa karet di lapisan anti-tusuk, dan akhirnya slip antarmuka terjadi, menghasilkan titik belok pada kurva tegangan-regangan. Energi slip antarmuka relatif dari senyawa karet serat aramid dinyatakan dalam kurva tegangan-regangan senyawa karet, yang setara dengan luas gambar segitiga perkiraan yang dilingkupi oleh kurva dan sumbu horizontal. Penggunaan energi slip antarmuka relatif dapat secara lebih intuitif mencerminkan energi senyawa karet untuk menghasilkan slip antarmuka. Tegangan senyawa karet diisi dengan berbagai dosis pulp aramid. Dari analisis ini, dapat juga disimpulkan bahwa dosis pulp aramid memiliki sedikit efek pada energi slip antarmuka relatif dari senyawa karet lapisan anti-tusuk.
3. Persiapan lapisan anti tusukan pulp aramid
Proses penyiapan lapisan anti bocor pulp aramid untuk ban sepeda meliputi plastisisasi karet → pelapisan → pemurnian ulang lembaran → penambahan agen peracik → lembaran laminasi anti bocor → pendinginan → pemotongan.
Melalui analisis, dapat ditentukan bahwa faktor utama yang memengaruhi kinerja lapisan anti-tusuk pulp aramid adalah dosis pulp aramid, ketebalan lapisan anti-tusuk, dan waktu vulkanisasi ban. Setelah karet lapisan anti-tusuk pulp aramid dicampur, karet tersebut dipotong menjadi lembaran karet lapisan anti-tusuk dengan ketebalan dan lebar yang berbeda-beda menggunakan mesin pres dan pemotong sesuai dengan parameter proses produksi ban sepeda dengan spesifikasi yang berbeda untuk penggunaan siaga.
4. Analisis faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja ban
4.1 Dosis pulp aramid
Pengaruh dosis pulp aramid pada karet lapisan anti bocor terhadap kekuatan bodi ban dan daya rekat.
Dengan peningkatan dosis pulp aramid, kekuatan bodi ban meningkat secara signifikan, yang dapat meningkatkan ketahanan ban terhadap tusukan. Hal ini karena dengan peningkatan dosis pulp aramid, modulus komposit karet meningkat, sehingga kekuatan bodi ban pun meningkat.
Dengan meningkatnya jumlah pulp aramid, daya rekat badan ban menurun, sehingga daya tahan ban pun menurun. Hal ini terutama disebabkan oleh meningkatnya jumlah pulp aramid yang menyebabkan daya rekat karet menurun, sehingga daya rekat antara lapisan anti bocor dan lapisan serat ban berkurang secara signifikan.
4.2 Ketebalan lapisan anti tusukan
Pengaruh ketebalan lapisan anti bocor terhadap kekuatan dan daya rekat badan ban.
Dengan bertambahnya ketebalan lapisan anti-tusuk, kekuatan badan ban meningkat, dan ketahanan ban terhadap tusukan meningkat secara signifikan; pengaruh ketebalan lapisan anti-tusuk terhadap daya rekat badan ban tidak terlihat jelas. Semakin tebal lapisan anti-tusuk, semakin baik ketahanan ban terhadap tusukan, tetapi akan meningkatkan bobot ban, yang tidak kondusif bagi bobot ban yang ringan; peningkatan ketebalan lapisan anti-tusuk juga akan meningkatkan biaya ban; lapisan anti-tusuk yang terlalu tebal tidak kondusif bagi pembuangan panas ban, dan mudah menyebabkan masalah lain selama penggunaan ban.
4.3 Waktu vulkanisasi
Suhu, tekanan, dan waktu merupakan tiga elemen vulkanisasi ban. Suhu dan tekanan biasanya merupakan faktor penentu, sehingga waktu vulkanisasi merupakan faktor kunci yang memengaruhi kinerja ban. Waktu vulkanisasi memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kinerja produk karet.
Pengaruh waktu vulkanisasi terhadap kekuatan ban dan kekuatan ikatan.
Pada rentang vulkanisasi ban normal (8,5-9,5 menit), kekuatan ban dan kinerja ikatan sedikit berfluktuasi; tetapi ketika ban kurang divulkanisasi dan terlalu divulkanisasi, kekuatan ban dan kinerja ikatan menurun secara signifikan dengan meningkatnya kurang divulkanisasi dan terlalu divulkanisasi.
Bahasa Indonesia: Untuk menentukan dengan cepat waktu vulkanisasi positif ban di bawah dosis pulp aramid yang berbeda dan ketebalan lapisan anti-tusukan, metode waktu titik kritis gelembung dapat digunakan. Pertama, dua definisi diklarifikasi. Satu adalah waktu titik gelembung, yaitu waktu ketika gelembung muncul di ban ketika divulkanisasi pada suhu dan tekanan tertentu; yang lainnya adalah waktu titik kritis gelembung, yaitu waktu ketika gelembung menghilang ketika divulkanisasi pada suhu dan tekanan tertentu. Sebagai contoh: Situasi gelembung ban spesifikasi tertentu pada waktu vulkanisasi yang berbeda di bawah suhu dan tekanan yang ada ditunjukkan pada Gambar 7, dan dapat disimpulkan bahwa waktu titik gelembung ban spesifikasi ini adalah 8,5 menit dan waktu titik kritis gelembung adalah 9,0 menit.
Waktu titik kritis gelembung awal dapat ditentukan berdasarkan spesifikasi serupa untuk menentukan titik kritis gelembung ban dengan spesifikasi ini secara awal, yaitu waktu vulkanisasi sementara dikurangi waktu aman. Metode waktu titik kritis gelembung yang sebenarnya adalah memvulkanisasi ban sesuai dengan waktu titik kritis gelembung awal. Jika tidak ada gelembung yang muncul, waktu vulkanisasi dipersingkat (dikurangi 15 hingga 60 detik setiap kali sesuai spesifikasi khusus) hingga titik kritis gelembung ditemukan; jika gelembung muncul, waktu vulkanisasi diperpanjang (ditingkatkan sesuai dengan lokasi dan ukuran gelembung) hingga titik kritis gelembung ditemukan. Saat memastikan titik gelembung ban, ban harus dipotong saat panas untuk mengamati apakah bagian ban (termasuk tapak cetakan atas dan bawah, di antara lapisan kabel, pelek ban, dll.) memiliki gelembung, dan menandainya. Waktu vulkanisasi positif adalah jumlah dari waktu titik kritis gelembung, waktu aman, dan waktu yang dipengaruhi oleh faktor musiman. Berdasarkan pengalaman, bila waktu titik kritis gelembung ≤5, 5 hingga 7, 8 hingga 14, 15 hingga 18 dan ≥18 menit, maka waktu amannya adalah 1, 2, 3, 4 menit dan 20% dari waktu titik kritis gelembung secara berurutan.
Kesimpulan
Efek penguat serat stapel aramid dan pulp aramid pada karet dianalisis dan dibandingkan, dan pulp aramid Kevlar®EE digunakan untuk membuat lapisan anti bocor pada ban sepeda. Pengaruh dosis pulp aramid, ketebalan lapisan anti bocor, dan waktu vulkanisasi terhadap kekuatan bodi ban dan kinerja adhesi dipelajari. Kesimpulannya adalah sebagai berikut:
- Dengan meningkatnya dosis pulp aramid, kekuatan badan ban meningkat secara signifikan, tetapi kinerja daya rekat menurun.
- Dengan bertambahnya ketebalan lapisan anti bocor, kekuatan badan ban meningkat, dan tren perubahan kekuatan rekat tidak teratur.
- Dalam rentang vulkanisasi ban normal, kekuatan badan ban dan kinerja daya rekatnya sedikit berfluktuasi; tetapi ketika ban dalam keadaan kekurangan sulfur atau kelebihan sulfur, dengan meningkatnya tingkat kekurangan sulfur dan kelebihan sulfur, kekuatan badan ban dan kinerja daya rekatnya menurun secara signifikan.
