《轮胎胎面胶组成的设计与制造探究》11000字（论文）

前言轮胎胎面胶组成的设计与制造研究摘要随着经济的发展，人们的生活水平不断提升，但随之而来的是环境的污染日益严重，尤其是各种不断排放的废弃，导致气温的不断升高，极大的恶化了全球环境，环境的问题已经严重的威胁到人类的生存与发展。本文主要介绍胎面胶的主要组成成分，通过对胎面胶成分中的天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）、炭黑、白炭黑、氧化锌等的的分析，以及对现在新型材料对传统材料的对比分析，来设计新的低碳轮胎胎面胶配方，以达到节能减排的目的，同时符合降低轮胎滚动阻力、提高安全性能、减少油耗等性能要求。通过对生产规模的计算、半成品和原材料消耗的计算、生产设备台数的计算、动力介质消耗量的计算等选定生产方法，设计低碳轮胎胎面胶的制造工艺流程。关键词：胎面胶，配方设计，工艺流程，低碳，物料衡算目录22907毕业设计（论文）题目 而汽车作为最为广泛的交通工具，是主要的能耗与废弃产生源之一，各个国家的排放法规都在不断降低汽车各类有害物质的排放标准，但汽车的保有量在不断的增长，依旧加剧了对环境的污染，世界各国的轮胎生产厂家，都将环保、节能、低碳作为轮胎的设计研发主要方向，胎面胶作为轮胎的主要构成之一，低碳轮胎胎面胶的设计与制造，能降低能耗与废气的产生，减小对环境的污染。橡胶轮胎胎面胶作为轮胎最外层与路面接触，有着使轮胎具备牵引力，减缓驾驶时对整体的冲击等等作用，是至关重要的部分。轮胎胎面胶通常选用天然橡胶、丁苯橡胶、顺式异戊橡胶和顺丁橡胶等作为主要组成部分制造，同时白炭黑、炭黑、硬脂酸、氧化锌、偶联剂、硫化剂和促进剂等作为添加剂添加。本课题主要为轮胎胎面胶组成的设计与制造，通过对胎面胶配方的设计，以达到降低滚动阻力，提高其耐磨性能，降低油耗，减少废气排放，提高驾驶的安全性能的作用，通过现在新型材料与传统材料的对比，全面淘汰非环保原料和助剂，采用无污染的橡胶及加工助剂的配方。采用新型的加工方式，降低低碳轮胎胎面胶制造能耗，减少胶料停放、周转占地，大幅度减少炼胶时间，提高生产效率，明显提高炼胶质量，淘汰传统炼胶技术。解决降低低碳轮胎滚动阻力问题，降低有害物质的排放，提高耐磨性、牵引性、高回弹、散热性等性能问题。REF_Ref168484390\r\h错误！未找到引用源。REF_Ref168484424\h错误！未找到引用源。PAGE6PAGE3第1章低碳轮胎胎面胶介绍1.1国内外现状1.1.1国外现状随着“米其林”在上世纪提出了“绿色轮胎”的概念，轮胎设计与制造对环境影响的问题也不断出现在人们的视野上，其中所提出的“绿色轮胎”概念为，采用新型的材料与新设计方案，降低轮胎的滚动阻力，从而降低能耗、降低废气排放量等，以实现环保能力。而汽车作为最为广泛的交通工具，是主要的能耗与废弃产生源之一，各个国家的排放法规都在不断降低汽车各类有害物质的排放标准，但汽车的保有量依旧在不断增长，现在传统汽车向依旧加剧了对环境的污染，世界各国的轮胎生产厂家，都将环保、节能、低碳作为轮胎的设计研发主要方向，胎面胶作为轮胎的主要构成之一，低碳轮胎胎面胶的设计与制造，能降低能耗与废气的产生，减小对环境的污染。2009年在哥本哈根召开了世界气候变化峰会，会上提出了关于发展低碳经济、降低温室气体排放的行动。2010年11月，在坎昆召开的世界气候变化峰会上落实了各国应承担的义务。我们国家是温室气体的排放大国，占世界能耗量的15%，承担着发展中国家必须承担的节能减排义务。随着欧盟在2012年11月开始正式实施轮胎标签法，法规中对于轮胎滚动阻力影响、轮胎对湿滑路面抓地力、外部噪音等有着明确的要求，欧盟轮胎标签法的实施对推进低能、低噪音性能轮胎有着重要的作用，而在2013年初，中国轮胎年产量占世界的三分之一，在运往欧洲的轮胎中，其中一半达不到欧盟标签法的要求标准，随着轮胎标签法的实施，也导致国内输往欧洲轮胎性能要求的不断上升。2015年绿色轮胎已经达到了总轮胎量的30%，同时工艺已经达到了低温连续混炼，连续生产，硫化控制和通讯一体化技术，使得占地所需面积降低50%~90%，节省基建所需的投资。120多年的发展，经过斜交胎和子午线轮胎的两次技术革命，汽车轮胎不断向着绿色、安全和智能方向发展，不断的提高汽车轮胎的性能。2018年全球轮胎的需求量达到了18亿条，2019年市场的需求量增长到了18.22亿条，轮胎的主导地位为普利司通、米其林和固特异三家企业。1.1.2国内现状随着欧盟轮胎标签法的颁布，中国橡胶工业协会也在2014年发布了《绿色轮胎技术规范》，对轮胎的污染排放、性能要求、安全性提出了要求，同年又发布了《绿色轮胎环保原料指南》，对于原料的使用也提出了建议和规范要求。目前世界上的轮胎不断向着智能化、免充气、长寿化、环保化不断发展，2015年时，全国生产的轮胎条数为9.25亿条，占世界总产量的32.3%。随着经济规模的不断扩大，形成完整的生产链之后，从300万~600万条的生产规模增长到了1000万~1500万条。现在国内的汽车轮胎也不断向着绿色、安全和智能方向发展。随着加工工艺的发展，2015年萨驰华辰机械开发出一次法成型机，生产效率相较传统的提高了30%，北京敬业机械公司开发全自动，利用这一技术建成1200万条的生产线。传统的混炼工艺都是多段高温混炼，要经过多次的升降温，大量的能量损耗在升降温的过程中，有着能耗大、耗时长、效率低等缺点，开始由传统的多段高温混炼向着低温一次混炼工艺转换，低温一次混炼法可以实现全程自动化控制，实现碎料、称量、炼胶一体，除去传统的重复升降温，同时可减少胶料的停放，胶料等原材料所需的周转面积，大幅度的缩短炼胶的时间，提高生产效率，明显的提升炼胶质量。1.2胎面胶轮胎由胎面、胎肩、胎侧、胎圈、胎面沟纹、防擦线、标志线、胎踵、胎圈底面等所组成。轮胎胎面胶是轮胎最外层与路面接触而表面印有花纹的一层胶料，使的轮胎具有牵引力、抗冲击等性能，防止帘线层的割破和刺穿，要有着高度的耐磨性能、耐疲劳性能、良好的耐老化性能，较高的拉伸强度、弹性和强韧性，以及行驶时低的生热性。胎面胶有着高性能轮胎胎面胶、乳聚丁苯橡胶轮胎胎面胶、低碳轮胎胎面胶等，低碳轮胎胎面胶具有绿色轮胎的特点是同时具有低滚动阻力、高抗湿滑性及高耐磨性。胎面胶设计旨在通过对原材料的选择配比，达到安全、节能、环保的目的。低碳轮胎胎面胶可降低轮胎的滚动阻力，提高耐磨性能，提高轮胎的使用寿命，降低汽车行驶过程中所消耗的燃油，以减少二氧化碳及其它有害物质的排放，提高汽车的性价比。1.2.1胎面胶的组成传统轮胎胎面胶的生胶种类的选择通常为天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）、聚丁二烯橡胶（BR）、聚异戊二烯橡胶（IR）、丁基橡胶（IIR）等，以及白炭黑、炭黑、硬脂酸、氧化锌、偶联剂、硫化剂和促进剂等。天然橡胶（NR）作为最常用的生胶种类之一，有着优越的耐磨性、耐切割性能、耐老化性能、耐臭氧性、耐发热性、耐低温性、制造工艺性等，不仅如此，对与其相反的性能也同样非常优越，有着非常优越的综合性能，性能最为优越，不过价格较为昂贵。而另一种具有代表性的丁苯橡胶（SBR），是通过加入炭黑和石油作为增强剂和辅助剂而制得的有着良好分散性的均质橡胶，其价格较为低廉，有着优良的耐磨性和防湿路面打滑性能、滞后损失小、动态性能和耐屈挠性能良好，但是与天然橡胶相比较的话，更为容易发热，撕裂强度和拉伸强度差，加工性能不足。聚异戊二烯橡胶（IR）的性能大致上与天然橡胶的性能相似，强度略差，价格不菲，但电气性能以及加工性能优良，而且制品外观精美。丁基橡胶（IIR）具备优良的抗热、抗臭氧和抗药品能力，空气不透过性好，但机械强度和弹性较低，还有制造时粘接性能差等缺点，适合作用于内胎和无内胎化轮胎的内衬垫。除去作为主要生胶的天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）、聚丁二烯橡胶（BR）、聚异戊二烯橡胶（IR）、丁基橡胶（IIR）等，还需要添加白炭黑、炭黑、硬脂酸、氧化锌、偶联剂、硫化剂和促进剂等。橡胶的配合剂主要为硫化剂和补强剂，生橡胶的碳原子并不是直线排列，有着一定的立体角回旋热运动，整个长度的橡胶分子链产生不规则形状的微布朗运动，若加上一定应力，经过一段时间后，分子间会产生相互位移，产生塑性变形，所以需要在生橡胶中加入少量硫磺，并经过很好混炼，使硫磺均匀分散后，加热一段时间后，分子链依靠硫磺与其它分子链连接，使得分子间不在独立，使得生胶的可塑性减小，弹性增加，物理机械性能提高。橡胶通常加入大量的碳黑作为补强剂，碳粒子表面与橡胶结合的非常好，使得其耐磨性能好，而且价格低廉。其中，碳黑碳的数量、种类、碳粒直径的分布、分散的难易程度、碳粒子的形状、表面的凹凸性以及吸附性，对橡胶的性能都有着重要的影响。传统载重汽车的轮胎胎面胶，主要由70%的天然橡胶和30%的丁苯橡胶构成，或者由50%的聚丁二烯橡胶与50%的天然橡胶构成。第2章低碳轮胎胎面胶配方设计2.1.低碳轮胎胎面胶性能要求轮胎胎面胶作为轮胎直接与地面接触的部分，与地面接触不断地磨损，所以必须要具备高度的耐磨性能，以及降低因与地面摩擦生热能力，要有着良好的耐老化能力，较高的拉伸强度、弹性和强韧性，同时需要有适当的硬度和低的永久变形，要求耐屈挠。2.2低碳轮胎胎面胶设计目的和手段低碳轮胎胎面胶的设计主要是为降低有害物质的排放，减少汽车对环境的污染，在轮胎CO2的排放占比中，橡胶与原料约占4%、轮胎生产约占2%、轮胎的使用约占87%、轮胎的报废处理约占6%、其余约占1%。在汽车的行驶过程中，能量会被各种阻力所消耗，滚动助力是影响汽车燃油效率的重要影响因素。滚动阻力发生的主要原因是由于在轮胎变形时的迟滞损失，约占滚动阻力的90%~95%，所以橡胶迟滞能量损失用来表征滚动助力产生的能量损失，损耗因子（tanδ）是用来描述橡胶迟滞的物理量，损耗因子与滚动助力系数成正比。期望通过降低胎面胶与地面的滚动阻力来减少其中的能量损失，同时采用新型材料，淘汰以及全面淘汰非环保原料和助剂，采用无污染的橡胶及加工助剂的配方，达到高耐磨性、高扯断强度、弹性、撕裂强度、耐磨性、耐老化性能，同时耐屈挠、发热小的能力。2.3低碳轮胎胎面胶原料的选取2.3.1天然橡胶、丁苯橡胶、聚丁二烯橡胶、聚异戊二烯橡胶、丁基橡胶的选择轮胎胎面橡胶材料对于轮胎胎面胶的滚动阻力、耐磨性能等有着很重要的影响相较传统的天然橡胶，新的改性天然橡胶有还氧化天然橡胶（ENR）和接枝天然橡胶，NR胶乳加入乳化剂，通过恒温、搅拌、甲酸酸化，加入定量的H2O2，得到还氧化ENR乳胶，再乙醇破乳、洗涤、干燥后得到ENR干胶，还氧化天然橡胶有着更好的气密性、粘合性、耐湿滑性和耐油性，可以与白碳黑紧密结合，可降低滚动助力和提高湿滑路面的抓着力，也有着很好的耐磨性。天然橡胶还氧化改性：天然橡胶乳胶加入乳化剂后恒温搅拌，再经过甲酸酸化，后加入定量的H2O2，得到环氧化ENR乳胶，最后经过乙醇破乳和洗涤、干燥后得到ENR天然橡胶干胶。溶聚丁苯橡胶（SSBR）是轮胎胎面胶的理想胶种之一，明显的降低了滚动阻力，解决了损耗因子的减小而导致在湿路上制动性能降低的问题，显著的提高了抗湿滑性能和耐磨性能，并改善了加工性能，与ESBR相比，滚动阻力减少了30%，抗湿滑性能提高3%，耐磨性能提高了10%，可节能3.6%~6.2%。第三代SSBR仅为一个广义概念，本质是运用集成橡胶理念，将橡胶材料相互矛盾的性能集于一个分子链结构中，集合各个橡胶的特点。2.3.2炭黑种类的对比与选取除了轮胎胎面胶的主要组成部分生胶之外，炭黑作为橡胶的补强剂，同样是橡胶性能的主要影响因素，炭黑的粒径、结构度、表面活性、品种、用量、分散度主要影响橡胶的耐磨性能。选取四种炭黑N234、N134、N375、N115进行相互对比。表2-1不同炭黑的比表面积和结构度N115N134N234N375吸碘值，g/kg16014212090着色强度，%123131123116氮吸附表面积（NSA）,mm2/计厚度表面积（STSA），mm2/g12413711291DBP吸收值，10-5m3/kg113127125114压缩样DBP吸收值，10-5m3/kg9710310296通过采用橡胶材料基本配方：天然橡胶100，炭黑50，硬脂酸2.1，氧化锌3.5，防护蜡1，硫磺、促进剂2，防胶剂0.15。表2-2不同炭黑填充的橡胶胎面胶物理机械性能N234N115N134N375M300%(MPa)14.5810.6712.1112.93拉伸强度（MPa）26.3426.1226.5626.73扯断伸长率（%）480568528512TB*EB12643.214836.1614023.6813685.76硬度64626362撕裂（KN/m）10613210676老化后M300%(MPa)18.4514.6516.616.51拉伸强度（MPa）26.4426.2626.4125.25扯断伸长率（%）432504452448TB*EB11422.0813235.0411937.3211312硬度69676967撕裂（KN/m）671077262炭黑N134，由于其比表面积大，结构度高，使得有效容积比增大，可使得橡胶内的有效容积比减小，使得硫化胶的交联密度增大，交联密度越大其机械性能、定身和拉伸性能较高，可使得橡胶的耐磨性增加，可其压缩生热特性在其他碳黑中最高，导致寿命降低。炭黑N234、N375、N134都具有着优异的补强性能，复合橡胶定伸性能较高，而碳黑N115具备优异的伸长率和撕裂强度，有着良好的耐磨性。2.3.3白炭黑的选取白炭黑（纳米二氧化硅）同样是作为轮胎胎面胶重要的组成部分，由于孤立的单元羟基，距离较近而相互影响的连生羟基和一对羟基连接在同一硅原子上的双生羟基，这些表面大量羟基的存在，使得白炭黑表面能很高，白炭黑的表面活性基团与改性剂之间相互作用，使得胶料的抗湿滑性增加，且滚动阻力下降，同时改善了其耐磨性能。同时可以通过对白炭黑的表面改性，使得白炭黑的表面活性羟基和改性剂之间相互作用，加入胶料中后，使得胶料的抗滑性能提升，使得汽车在湿路面行驶过程中的安全性能得到提升，降低与路面接触的滚动阻力，达到设计降低滚动阻力的目的，改善其耐磨性能，提高轮胎的使用寿命。表2-3不同结构白炭黑补强SSBR/BR并用胶的物理机械性能编号1165MPWL180VN3T383DNS2拉伸强度/Mpa22.120.620.620.020.0断裂伸长率/%351407392365440300%定伸应力/Mpa19.415.215.516.412.7断裂永久形变/%1614141430直角撕裂强度/KN/m39.943.945.447.753.9邵A硬度7171717382动态切割质量损失率/%7.967.577.988.1612.92白炭黑同样有着各种不同的种类，例如可分散性纳米SiO2（DNS系列）、可反应性纳米SiO2（RNS—D系列）等等，二氧化硅添加分数为60phr时，不同种类的二氧化硅对SSBR/NR的力学性能影响不同，其中偶联剂Si69具备有较好的加工性能、物理性能、抗湿滑性能和降低滚动阻力的能力。表2-4不同结构白炭黑补强SSB/BR并用胶的DMA测试编号1165MPWL180VN3T383DNS20℃tanδ0.4050.3730.3880.3810.29860℃tanδ0.1510.1210.1260.1410.1212.3.4氧化锌的代替传统轮胎胎面胶中添加的氧化锌被划分为对环境有害物质后，全球的橡胶行业都在寻求氧化锌的替代品，一些知名品牌的轮胎已经推出微锌或无锌的胶料配方，相较传统的氧化锌，有种以甘油及氧化锌为基础原料，辅以催化剂、硬脂酸作为锌含量调节剂及防团结剂，在特定溶剂中制备成有机锌复合物。用有机锌替代氧化锌，适当降低有机锌的锌含量同样可以起到氧化锌相当的活化效果，同时能降低胶料的密度，使分子链缠结点减少，但会导致橡胶基分子链间容易发生相对滑移，使得定伸应力减小，导致拉断伸长率增大。若是采用锌质量分数为0.4的绿色有机锌来代替氧化锌，可使硫化胶密度降低，60℃下损耗因子（tanδ）降低，胶料的拉伸强度和撕裂强度增强，使得胶料的门尼粘度减小，让胶料更加容易混炼，加工安全性能较好生热稍降低，与传统轮胎相比的话，综合性能提高。2.4低碳轮胎胎面胶的配方世界上的轮胎向着子午线化、扁平化、以及无内胎化发展，将传统配方中的天然橡胶原料替换为还氧化天然橡胶（ENR），还氧化天然橡胶（ENR）有着使低碳轮胎胎面胶有着着更好的气密性、粘合性、耐湿滑性和耐油性，使得可与白炭黑（SiO2）紧密结合，降低滚动助力和提高湿滑路面的抓着力，提高汽车行驶的安全性。将传统配方中的丁苯橡胶（SBR）替换为溶聚丁苯橡胶（SSBR），能够明显的降低滚动阻力，显著的提高耐磨性能和抗滑性能，改善加工性能。由于炭黑N234有着优异的补强性能，增强橡胶的定伸性能，在配方中采用炭黑N234。同时加入适量的白炭黑，白炭黑有着孤立的单元羟基，使得胶料抗滑性能增强，同时可以进一步使得滚动阻力降低，增强其耐磨性能。原本传统的材料无法满足现在的需求，采用新的材料和原本材料的改性，淘汰原本的氧化锌非环保助剂，采用更为环保的有机锌，有机锌在降低锌含量的同时可以起到氧化锌同样剂量时的活化效果，可使得损耗因子（tanδ）降低，增加胶料的拉伸强度和撕裂强度，降低胶料的门尼粘度，使得胶料更加容易混炼，提高综合性能。低碳轮胎胎面胶配方：还氧化天然橡胶80，溶聚丁苯橡胶20，硬脂酸2，有机锌3.5，炭黑N23443，白炭黑7，防老剂2.35，防护蜡0.85，硫磺2.8，促进剂2.8，防焦剂0.25。第3章REF_Ref168484495\h错误！未找到引用源。PAGE4第3章工艺计算3.1物料衡算3.1.1计算基准设计年产量橡胶制品合格率产品检验率全年生产天数9000吨99.6%1/6000250天本计划设计年生产炼制9000吨低碳轮胎胎面胶。全年天数-春节假天数（3天）-清明节天数（1天）-五一假日天数（1天）-端午假日天数（1天）-中秋节假天数（1天）-国庆节假天数（3天）-元旦节假天数（1天）-全年双休日天数=365-3-1-1-1-1-3-1-104=250天挤出机工作时间为每天24小时，密炼机工作时间为每天22.5小时，则挤出机年工作时间为24×250=6000h，密炼机年工作时间为22.5×250=5625h。设备无法工作时间核算：设备大修：挤出机：20天/年=480h/年密炼机：20天/年=450h/年设备特殊情况停车：挤出机：10天/年=240h/年密炼机：10天/年=225h/年设备启动、更换滤网、清洗机头所需时间为1次/7天，0.5h/次，则总共所需时间为：（250-20-10）×1/7×0.5=110h/年=5天由上述数据可计算出设备实际开车时间为：250-20-10-5=215天；挤出机：215×24=5160h；密炼机：215×22.5=4837.5h设备的利用系数:：挤出机=0.83；密炼机=0.96；硫化机=0.94。3.1.2生产规模计算设计生产年产量：9000吨设计日生产量：g=Q/d(1-k-f)=Q/d（K-f）=9000/215(1-1/6000-0.004)=42.0356吨其中g为设计日产量符号，单位为吨/日；Q为计划年产量，单位为吨/年；d为全年生产天数；k为不合格率，%；f为产品的检验率；K为合格率，%；G为设计的年产量，单位为吨/年。3.1.3半成品和原材料消耗定额的计算半成品的消耗定额计算是根据半成品理论用量和半成品的工艺损耗率所来计算的，半成品的的工艺损耗率是根据半成品种类、加工方法、加工设备所来确定的，设定胶料工艺损耗率为0.002。低碳轮胎胎面胶理论计算：低碳轮胎的胎面是采用同一个配方，为同一种胶料，采用一方一块的胎面结构进行计算，计算公式如下。A=G/（1-K）B=AgC=Bd其中A为原材料的消耗定额，单位为kg/条;G为原材料的理论用量，单位为kg/条;K为工艺损耗率；B为原材料的日用量，单位为kg；g为设计日产量，单位为kg/d;C为原材料年消耗量，单位为kg；d为全年生产天数，d。G=SLρk-g其中S为胎面胶的截面积，单位为dm3;ρ为胶料密度，单位为kg/dm3；L为胎面胶成型后的长度，单位为dm；k为整体胎面胶的质量系数，取1.0。g为胎面胶成型时所割去的胎面胶质量，单位为kg。若是生产7.50-20规格的轮胎胎面胶的话，7.50-20规格轮胎胎面胶的半成品断面尺寸和图形如图3-1所示。 图3-1轮胎胎面半成品断面图7.50-20规格的轮胎胎面胶，其成型的长度为2235mm，胶料的密度为1.12kg/dm3，整体胎面胶的质量系数取1.0，成型时所要割去的胎面胶质量为0.08kg，在生产中，生产的工艺损耗率为0.003。胎面胶的截面积S=（4.8×0.03）+[（2.1+1.43）×（0.24-0.03）]/2=0.51465dm3一条轮胎胎面胶理论用量G=SLρk-g=0.51465×22.35×1.12×1.0-0.08=12.8027kg/条原材料的消耗定额A=G/（1-K）=12.8027/（1-0.003）=12.8412kg/条低碳轮胎胎面胶的配方为还氧化天然橡胶80，溶聚丁苯橡胶20，硬脂酸2，有机锌3.5，炭黑N23443，白炭黑7，防老剂2.35，防护蜡0.85，硫磺2.8，促进剂2.8，防焦剂0.25。其中原料配方的总用量s=164.55份还氧化天然橡胶的用量：m=80/164.55=0.486（48.6%）一条轮胎中的胎面胶理论还氧化天然橡胶的理论用量：G=12.8027×48.6%=6.2221kg/条还氧化天然橡胶工艺损耗率为0.003，还氧化天然橡胶在轮胎胎面胶中的消耗定额计算：A=G/（1-k）=6.2221/（1-0.003）=6.2408kg/条溶聚丁苯橡胶的用量：m=20/164.55=0.1215（12.15%）一条轮胎中的胎面胶理论溶聚丁苯橡胶在轮胎胎面胶中的理论用量：G=12.8027×12.15%=1.5555kg/条溶聚丁苯橡胶的工艺损耗率为0.003，溶聚丁苯橡胶在轮胎胎面胶中的消耗定额计算：A=G/（1-k）=1.5555/（1-0.003）=1.5602kg/条炭黑N234的用量：m=43/164.55=0.2613（26.13%）一条轮胎中的胎面胶理论炭黑N234在轮胎胎面胶中的理论用量：G=12.8027×26.13%=3.3453kg/条炭黑N234的工艺损耗率为0.005，炭黑N234在轮胎胎面胶中的消耗定额计算：A=G/（1-k）=3.3453/（1-0.005）=3.3622kg/条白炭黑的用量：m=7/164.55=0.0425（4.25%）一条轮胎中的胎面胶理论白炭黑在轮胎胎面胶中的理论用量：G=12.8027×4.25%=0.5441kg/条白炭黑的的工艺损耗率为0.005，白炭黑在轮胎胎面胶中的消耗定额计算：A=G/（1-k）=0.5441/（1-0.005）=0.5468kg/条硬脂酸的用量：m=2/164.55=0.0122（1.22%）一条轮胎中的胎面胶理论硬脂酸在轮胎胎面胶中的理论用量：G=12.8027×1.22%=0.1561kg/条硬脂酸的的工艺损耗率为0.006，硬脂酸在轮胎胎面胶中的消耗定额计算：A=G/（1-k）=0.1561/（1-0.006）=0.1571kg/条有机锌的用量：m=3.5/164.55=0.0213（2.13%）一条轮胎中的胎面胶理论有机锌在轮胎胎面胶中的理论用量：G=12.8027×2.13%=0.2727kg/条有机锌的的工艺损耗率为0.005，有机锌在轮胎胎面胶中的消耗定额计算：A=G/（1-k）=0.2727/（1-0.005）=0.2741kg/条防老剂的用量：m=2.35/164.55=0.0143(1.43%)一条轮胎中的胎面胶理论防老剂在轮胎胎面胶中的理论用量：G=12.8027×1.43%=0.1831kg防老剂的的工艺损耗率为0.005，防老剂在轮胎胎面胶中的消耗定额计算：A=G/（1-k）=0.1831/（1-0.005）=0.1840kg/条防护蜡的用量:m=0.85/164.55=0.0052（0.52%）一条轮胎中的胎面胶理论防护蜡在轮胎胎面胶中的理论用量：G=12.8027×0.52%=0.0666kg/条防护蜡的的工艺损耗率为0.004，防护蜡在轮胎胎面胶中的消耗定额计算：A=G/（1-k）=0.0666/（1-0.004）=0.0668kg/条硫磺的用量：m=2.8/164.55=0.0170(1.70%)一条轮胎中的胎面胶理论硫磺在轮胎胎面胶中的理论用量：G=12.8027×1.70%=0.2176kg/条硫磺的的工艺损耗率为0.005，硫磺在轮胎胎面胶中的消耗定额计算：A=G/（1-k）=0.2176/（1-0.005）=0.2187kg/条促进剂的用量：m=2.8/164.55=0.0170(1.70%)一条轮胎中的胎面胶理论促进剂在轮胎胎面胶中的理论用量：G=12.8027×1.70%=0.2176kg/条促进剂的的工艺损耗率为0.006，促进剂在轮胎胎面胶中的消耗定额计算：A=G/（1-k）=0.2176/（1-0.006）=0.2189kg/条防焦剂的用量：m=0.25/164.55=0.0015（0.15%）一条轮胎中的胎面胶理论防焦剂在轮胎胎面胶中的理论用量：G=12.8027×0.15%=0.0192kg防焦剂的的工艺损耗率为0.005，防焦剂在轮胎胎面胶中的消耗定额计算：A=G/（1-k）=0.0192/（1-0.005）=0.0193kg表3-1生胶及配合剂含有率、有效用量、消耗定额计算结果原料名称ENRSSBRN234白炭黑硬脂酸有机锌配方用量802043723.5各原料含有率0.4860.12150.26130.04250.01220.0213各原料含有率（%）48.6%12.15%26.13%4.25%1.22%2.13%各原料有效用量6.22211.55553.34530.54410.15610.2727各原料工艺损耗率0.0030.0030.0050.0050.0060.005各原料消耗定额6.24081.56023.36220.54680.15710.2741原料名称防老剂防护蜡硫磺促进剂防焦剂合计配方用量2.350.852.82.80.25164.55各原料含有率0.01430.00520.01700.01700.00151各原料含有率（%）1.43%0.52%1.70%1.70%0.15%100各原料有效用量0.18310.06660.21760.21760.019212.8027各原料工艺损耗率0.0050.0040.0050.0060.005各原料消耗定额0.18400.06680.21870.21890.019312.8489第3章标题PAGE8PAGE5第4章设备的选取与选择4.1低碳轮胎胎面胶生产工艺的选择传统的炼胶技术为通常为多段混炼，若是采用更为先进的低温一次混炼工艺的话，相较于传统的多段混炼，传统的多段混炼工艺需要进行多段升降温，在升降的过程中浪费大量的能量，在物料的升降温过程中，同时需要物料的周转停放，占据大量的空间位置，有着能耗大、耗时长、效率低等缺点。低温一次炼胶法可以减去炼胶在升降温过程的能量消耗，除去传统的重复升降温，实现全程自动化控制，实现碎料、称量一体化，减少胶料所需的周转停放，大幅度的缩短炼胶所需的时间，提高生产效率，同时明显的提高炼胶质量。4.2开放式炼胶机4.2.1开放式炼胶机型号的选择开放式炼胶机主要进行胶料的补充混炼，对生胶进行塑炼和混炼，选择塑炼机类型的开放式炼胶机，采用XK-550型号的开炼机。表4-1开炼机规格和主要技术特征型号XK-550前辊650mm后辊650mm工作部分长度2100mm前辊速度32m/min后辊速度34.6m/min最大辊距15mm速比1:1.08电机功率110KW炼胶容量135~165kg/次前辊光滑面后辊光滑面外形尺寸6360mm×2580mm×2300mm4.2.2开放式炼胶机生产能力的计算计算公式如下：Q=60Vρ/tV=（0.0065~0.0085）DL式中，Q为开放式炼胶机的生产能力，单位为kg/h；V为一次的装料量，单位为L；ρ为所加入胶料的密度，单位为kg/L；t为炼胶周期，单位为min；D为辊筒工作部分的直径，单位为cm；L为辊筒工作部分的长度，单位为cm;V=（0.0065~0.0085）DL=(0.0065~0.0085)210cm×55.0cm所得到一次装料量的范围为75.075L~98.175L。将V=75.075L~98.175L，ρ=1.12kg/L，t=20min代入Q=60Vρ/t得开放式炼胶机生产能力为252.252kg/h~329.868kg/h，用XK-550型开炼机，可让其每小时混炼300kg。4.2.3开放式炼胶机生产设备台数的计算设备理论台数计算式如下：A=B/QCE=A/T(1-α)式中A为理论上每小时所需要开放式炼胶机所需要的台数；Q为设备的生产能力，单位为kg/h；C为设备的利用系数，为0.96;E为理论上每小时所需要开放式炼胶机所需要的台数；T为每日生产的小时数，为24小时；α为设备的检修系数，为0.033。设计年生产9000吨低碳轮胎胎面胶的话，理论上一台开放式炼胶机完成一日工作量所需的小时数：A=B/QC=42035.6kg/（300kg/h×0.96）=145.9569h理论上开放式练胶机所需的台数为：E=A/T(1-α)=146.9569/24×（1-0.033）=6.2890台。理论上用于混炼生产的XK-550型开炼机的理论台数为6.2890台，则设计的台数取7台。XK-550型开炼机的设备利用率为：K=E/F=6.2890/7=0.8984,即89.84%，工作制度为三班制度。4.3密闭式式炼胶机4.3.1密闭式炼胶机型号的选择采用XM-50规格的密闭式炼胶机。表4-2国产转子相切型密炼机的主要技术特征机械型号XM-50密炼室总容积/L50密炼室工作容积/L30转子转速/（r/min）40转子速比1:1.19上顶栓单位压力/MP0.219压缩空气压力/MPa0.6~0.8空气消耗量/（m3/h）冷却水压力/MPa0.3~0.4冷却水消耗量/（m3/h）9转子轴承滚动轴承卸料装置形式摆动式主电机：型号Y315S-6功率/KW75电压/V380转速/（r/min）980外形尺寸/m4.2×1.92×3.15总质量/t11备注夹套冷却4.3.2密闭式炼胶机生产能力的计算密闭式密炼机的生产计算方法如计算开放式炼胶机生产能力计算方法类同。将V=30L，ρ=1.12kg/L，t=6min代入Q=60Vρ/t得，密闭式炼胶机生产能力：Q=60Vρ/t=60×30×1.12/6=336kg/h4.3.3密闭式炼胶机生产设备台数的计算密闭式密炼机的生产设备理论台数的计算如计算开放式炼胶机的理论台数的计算方法类似。密炼机的设备利