พาราอะรามิดถูกนำมาใช้ในยางสมรรถนะสูงเนื่องจากมีคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม เช่น มีความแข็งแรงสูง โมดูลัสสูง ทนทานต่อความเมื่อยล้า และการไหลต่ำ
นับตั้งแต่ยางลมเส้นแรกของมิชลินผลิตขึ้นอย่างเป็นทางการในปี พ.ศ. 2438 ควบคู่ไปกับการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมยานยนต์ อุตสาหกรรมยางรถยนต์ได้พัฒนาเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องและนำเสนอผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ ปัจจุบัน ห่วงโซ่การผลิตยางที่สมบูรณ์และสมบูรณ์ได้เกิดขึ้นทั่วโลก สำหรับยางรถยนต์ วัสดุโครงยางเป็นวัสดุสำคัญที่ช่วยให้ยางมีความแข็งแรง รับน้ำหนัก และรักษาเสถียรภาพของขนาดยาง ด้วยความนิยมที่เพิ่มขึ้นของยางเรเดียล ยางเรเดียลสมรรถนะสูงและยางที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมจึงค่อยๆ ได้รับการพัฒนาขึ้น ซึ่งทำให้ความต้องการวัสดุโครงยางสูงขึ้น พารา-อะรามิดถูกนำมาใช้ในยางสมรรถนะสูงมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากคุณสมบัติของวัสดุที่ยอดเยี่ยม
การจำแนกประเภทและประสิทธิภาพของวัสดุโครงยาง
วัสดุโครงยางเป็นชั้นรับแรงดึงหลักของผลิตภัณฑ์ยาง ซึ่งมีบทบาทสำคัญต่อสมรรถนะ อายุการใช้งาน และมูลค่าการใช้งานของผลิตภัณฑ์ยาง วัสดุโครงยางที่ดีต้องมีคุณสมบัติเชิงกล เช่น ความแข็งแรงสูง โมดูลัสสูง ทนทานต่อความล้า อัตราการคืบต่ำ และมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี เช่น ความหนาแน่นต่ำ ทนต่ออุณหภูมิสูงและต่ำ ทนต่อการกัดกร่อน และทนไฟ วัสดุโครงยางเส้นใยยางแบ่งออกเป็น 4 ประเภทหลัก ซึ่งแต่ละประเภทมีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกัน
(1) เชือกเรยอนมีคุณสมบัติคงตัวที่อุณหภูมิสูงและคุณสมบัติการหดตัวต่ำ อีกทั้งยังมีความเสถียรของขนาดที่ดีกว่าเชือกไนลอนและโพลีเอสเตอร์อย่างมาก เชือกเรยอนสามารถนำไปใช้ในโครงยางเรเดียลเพื่อให้ยางมีประสิทธิภาพการควบคุมที่ดีเยี่ยม แต่เชือกเรยอนมีความแข็งแรงเมื่อเปียกต่ำและก่อให้เกิดมลภาวะจากการผลิตอย่างรุนแรง
(2) เชือกโพลีเอสเตอร์มีข้อดีคือ โมดูลัสสูง ความแข็งแรงสูง การยืดตัวต่ำ การหดตัวจากความร้อนต่ำ ความเสถียรของขนาดที่ดี และความแข็งแรงทั้งแบบแห้งและแบบเปียกใกล้เคียงกัน ความต้านทานความล้าและแรงกระแทกดีกว่าเชือกเรยอน แต่การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะทำให้เกิดการสลายอะมิโนไลซิสที่อุณหภูมิสูง
(3) ข้อดีของเชือกไนลอน ได้แก่ ความแข็งแรงสูง ความหนาแน่นสัมพัทธ์ต่ำ การสูญเสียความร้อนต่ำ อัตราการดูดซับความชื้นต่ำ ความแข็งแรงต่อความชื้นสูง ความยืดหยุ่นดี ความต้านทานการงอสูงกว่าเชือกเรยอนถึง 10 เท่า และความต้านทานความล้าดีกว่าเชือกเส้นใยอื่นๆ ข้อเสียหลักคือ การหดตัวจากความร้อนสูง เสถียรภาพทางความร้อนต่ำ และเสถียรภาพเชิงขนาด
(4) ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เส้นใยอะรามิดได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากมีความทนทานต่ออุณหภูมิสูง ความแข็งแรงสูง โมดูลัสสูง และการเสียรูปน้อย การศึกษาแสดงให้เห็นว่าเส้นใยอะรามิดไม่เพียงแต่ช่วยลดมวลยางและแรงต้านการหมุน แต่ยังช่วยเพิ่มความต้านทานการเจาะทะลุและการตัดของยางอีกด้วย
ตารางที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบประสิทธิภาพของวัสดุโครงยางที่ใช้กันทั่วไป
| รายการ |
พาราอะรามิด |
ลวดเหล็ก |
เรยอน |
ไนลอน 66 |
โพลีเอสเตอร์ |
| ความหนาแน่น/（Mg∙m^-3） |
1.44 |
7.85 |
1.53 |
1.14 |
1.38 |
| อุณหภูมิการสลายตัว (ไนโตรเจน)/°C |
>500 |
1600 |
200 |
255 |
260 |
| ความแข็งแรงแรงดึง/MPa |
2830 |
2550 |
780 |
960 |
1150 |
| ความแข็งแรงจำเพาะ/(mN∙tex^-1) |
1970 |
330 |
510 |
840 |
830 |
| โมดูลัสเริ่มต้น/GPa |
80 |
160 |
18 |
6 |
14 |
| โมดูลัสจำเพาะ/(N∙tex^-1) |
55 |
20 |
12 |
5 |
10 |
| ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน ×10⁶/K^-1 |
-2.2 |
3.7 |
- |
- |
- |
| การยืดตัวที่จุดขาด/% |
3.6 |
1.9 |
13.0 |
20.0 |
13.5 |
| อัตราการรักษาความแข็งแรงหลังจาก 200 °C×48 ชั่วโมง/% |
90 |
100 |
20 |
45 |
55 |
| การหดตัวด้วยความร้อนแบบแห้งด้วยอากาศ (160 องศาเซลเซียส ×4นาที)/% |
<0.1 |
0 |
1.0 |
3.8 |
5.0 |
พาราอะรามิดมีความแข็งแรงจำเพาะและโมดูลัสจำเพาะสูงกว่าลวดเหล็กเกือบ 6 และ 3 เท่า และสูงกว่าไนลอน 66 ถึง 2 และ 10 เท่า ประสิทธิภาพของวัสดุพาราอะรามิดยังคงรักษาระดับปกติได้ในช่วงอุณหภูมิ -200 ถึง 200°C ภายใต้สมมติฐานของความแข็งแรงดึงที่เท่ากัน มวลของผลิตภัณฑ์ยางจะลดลงอย่างมาก และสามารถตอบสนองการใช้งานในสภาพอากาศที่รุนแรง พาราอะรามิดมีคุณสมบัติการคืบคลานต่ำ ความต้านทานความล้าต่ำ การหดตัวจากความร้อนต่ำ และความต้านทานการกัดกร่อนทางเคมีที่ดีเยี่ยม ซึ่งช่วยเพิ่มเสถียรภาพเชิงขนาดของผลิตภัณฑ์ยางและยืดอายุการใช้งานได้อย่างมาก ดังนั้น พาราอะรามิดจึงเป็นวัสดุโครงยางที่เหมาะอย่างยิ่ง
การประยุกต์ใช้พาราอะรามิดในวัสดุโครงยาง
การประยุกต์ใช้อะรามิดในโครงสร้างยางครั้งแรกคือการใช้เป็นชั้นสายพานยางเรเดียล ด้วยคุณสมบัติพิเศษของอะรามิด ทำให้ปัจจุบันมีการนำไปใช้ในส่วนประกอบต่างๆ ของยางเพิ่มมากขึ้น ในทางเทคนิค อะรามิดสามารถใช้เป็นวัสดุโครงสำหรับส่วนต่างๆ ของยางได้ และยังสามารถนำมาผสมกับเรซินเพื่อทดแทนลวดเหล็กสำหรับทำขอบยาง ซึ่งช่วยลดน้ำหนักของยางได้อย่างมาก ปัจจุบันมีตัวอย่างการประยุกต์ใช้อะรามิดในชั้นสายพานขอบเปิด ชั้นสายพานพับ ชั้นสายพานรอบวง โครงยางเรเดียล ฝาครอบขอบยาง วงแหวนลวด โครงยางไบแอสสำหรับแข่ง และชั้นบัฟเฟอร์ยางไบแอส
การใช้เส้นใยอะรามิด 1680dtex/2 แทนเส้นใยเหล็ก 2×0.30HT ในชั้นสายพานของยางรถยนต์นั่งส่วนบุคคล สามารถลดน้ำหนักของยางได้ 6.4% ถึง 7.5% และลดแรงต้านการหมุนได้ 12.5% การใช้เส้นใยอะรามิด 1680dtex/2 สำหรับโครงยางและชั้นสายพาน สามารถลดน้ำหนักของยางได้ 15% และคุณสมบัติอื่นๆ ของยางเป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐาน และเพิ่มความสะดวกสบายในการขับขี่ของรถยนต์
ด้วยน้ำหนักที่เท่ากัน ความแข็งแรงและโมดูลัสของอะรามิดสูงกว่าวัสดุอื่นๆ เช่น โพลีเอสเตอร์ โพลีเอไมด์ และลวดเหล็กอย่างมาก อีกทั้งยังมีความปลอดภัยและความทนทานเป็นเลิศ ข้อดีที่สำคัญที่สุดของการใช้เชือกอะรามิดแทนเชือกเหล็กสำหรับยางรถแข่งแบบพับได้คือ ช่วยลดน้ำหนักของยางและทำให้ยางพับได้ คุณสมบัติน้ำหนักเบาของอะรามิดเหมาะอย่างยิ่งสำหรับยางรถแข่งสมรรถนะสูง นอกจากจะช่วยลดน้ำหนักของรถแล้ว ยังช่วยให้เบรกได้เร็วขึ้นและเข้าโค้งได้ดีขึ้น
การประยุกต์ใช้เส้นใยสั้นอะรามิดในยางเติมของยางเรเดียลรับน้ำหนักที่ทำจากเหล็กกล้าทั้งหมด โครงสร้างและคุณสมบัติพิเศษของเส้นใยสั้นอะรามิดเองทำให้ผลิตภัณฑ์ยางมีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยม เช่น โมดูลัสสูง ความแข็งสูง ความแข็งแรงสูง เสถียรภาพเชิงมิติ และความต้านทานการสึกหรอ ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าเส้นใยสั้นอะรามิดช่วยลดความหนืดมูนีย์ของสารประกอบยาง ลดค่า T90 ลดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ลดค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสีย ลดค่า Payne effect และมีความทนทานต่อยางสำเร็จรูปที่ดี ซึ่งบ่งชี้ว่าวัสดุอะรามิดมีประสิทธิภาพอย่างมากในการปรับปรุงประสิทธิภาพของยาง
| รายการ |
1100dtex/2 |
1680dtex/2 |
| ความแข็งแรงในการแตกหัก/N |
≥330 |
≥450 |
| อัตราการต้านทานการแตกหักที่ไม่สม่ำเสมอ/% |
≤3.5 |
≤3.5 |
| 66.6 N การยืดตัวที่โหลดที่กำหนด/% |
1.8±0.6 |
2.0±0.6 |
| การยืดตัวที่จุดขาด/% |
4.5±1.5 |
6.0±1.5 |
| ความไม่สม่ำเสมอของการยืดตัวที่จุดขาด/% |
≤5.0 |
≤5.0 |
| การหดตัวจากความร้อนแห้ง/% |
≤0.5 |
≤0.5 |
| แรงสกัด H/（N•cm^-1) |
≥100 |
≥130 |
แม้ว่าเชือกอะรามิดจะมีข้อดีหลายประการ แต่ในฐานะวัสดุโครงยาง ก็ยังมีปัญหาอื่นๆ เช่น ความต้านทานแรงกดและการดัดงอต่ำ ยากต่อการยึดติด และต้นทุนการผลิตสูง ซึ่งเป็นข้อจำกัดในการใช้งานเชือกอะรามิดอย่างกว้างขวาง ดังนั้นจึงได้มีการพัฒนาผ้าเชือกคอมโพสิตอะรามิด/ไนลอนความแข็งแรงสูง ผ้าเชือกคอมโพสิตที่ได้จากการปั่น บิด จุ่ม และอบด้วยความร้อนของอะรามิดและไนลอนในอัตราส่วนที่กำหนด สามารถขจัดข้อบกพร่องของไนลอนและอะรามิด และผสานข้อดีของทั้งสองเข้าด้วยกัน บรรลุคุณสมบัติของวัสดุที่เสริมกัน และตอบสนองข้อกำหนดที่เข้มงวดของยางรถยนต์สมรรถนะสูง ในอนาคต ผ้าเชือกคอมโพสิตจะถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายมากขึ้นในยางรถยนต์
