PA66簾線壓延劈縫的原因分析和解決方案

楊京輝, 顧培霜, 鄭 昆, 朱慶帥

（特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司, 山東 青島 266061）

PA66簾線壓延劈縫的原因分析和解決方案

楊京輝, 顧培霜, 鄭 昆, 朱慶帥

（特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司, 山東 青島 266061）

從橡膠高分子結(jié)構(gòu)和壓延機(jī)理出發(fā)，詳細(xì)闡述了壓延過程中劈線問題產(chǎn)生的原因，對存在的問題進(jìn)行詳盡的分析，最終通過密煉工藝調(diào)整、壓延工藝改善、設(shè)備改善等方法，提高膠料塑煉程度，保證壓延膠溫和積膠量，解決此問題，不合格率由8.2%降低到0.89%，提高了壓延質(zhì)量，降低了損耗率。

尼龍簾布；壓延；劈縫；塑煉；膠溫；積膠量

0 前 言

壓延是輪胎生產(chǎn)過程中極其重要的環(huán)節(jié)，尤其在控制物料消耗方面，起著至關(guān)重要的作用，直接影響輪胎的成本和價格。在尼龍簾布壓延過程中,常會出現(xiàn)簾布劈縫和脫層現(xiàn)象。在實際生產(chǎn)中，在膠料的加工性方面，由于設(shè)備、工藝、作業(yè)方法的不同，而使冠帶條壓延的劈縫問題長期存在。為改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低消耗，我們從機(jī)理、工藝、設(shè)備、操作幾個方面入手，進(jìn)行了一系列卓有成效的改善。

壓延過程中，尼龍66簾線和聚酯簾線的生產(chǎn)加工性差異較大，尼龍66在壓延生產(chǎn)過程中，整幅簾線的中間位置劈縫嚴(yán)重，在壓延速度為5m/min時劈縫尤其嚴(yán)重。在不做其他調(diào)整的情況下，生產(chǎn)速度提高到20m/min左右后，劈縫問題逐漸減少，最終消失；但當(dāng)供膠溫度低于85℃時，劈縫問題將再次出現(xiàn)，而聚酯簾線的壓延及其他簾布均不存在此問題。

1 原理剖析

1.1 配方體系

配方體系中，冠帶條膠和胎體簾布膠的生膠主材選擇的都是NR和SBR，兩種橡膠的鍵合形式均為（C=C-C）-C，鍵能約為61.5kcal/mol，具有熱穩(wěn)定性和熱氧穩(wěn)定性等優(yōu)點，屬于耐熱性高聚物。同時NR的自補(bǔ)強(qiáng)性、生膠強(qiáng)度大，提供了良好的包輥性；SBR側(cè)基較大（C6H5），分子鏈柔順性差，松弛時間長，壓延時需要注意塑煉效果的保證，而冠帶條膠料中SBR所占的分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)高于胎體膠，因此對冠帶條膠料而言，膠料的塑煉效果對壓延生產(chǎn)的影響更大。

同時冠帶條膠料的補(bǔ)強(qiáng)體系選取了N326 （HAF）和N660（GPF）兩種炭黑，為了獲取較好的滾動阻力，總份數(shù)超過70份，提高了膠料的門尼黏度。密煉混煉過程只有兩段工藝，在壓延加工時的塑煉則更加需要加強(qiáng)。

與同樣采用NR和SBR作為生膠體系的胎體膠作對比，兩者的門尼黏度相差較大，其中胎體膠的門尼黏度ML（1+4）100℃為51～59，而冠帶條膠為71～81，兩者在壓延過程中的加工性能差距較大。究其原因，主要還是配方體系上的差異，最終體現(xiàn)在膠料塑煉程度的難易，而這種差異可以通過以下方式進(jìn)行調(diào)整：

1） 物理增塑法。在膠料混煉過程中添加物理增塑劑，利用物理溶脹作用降低膠料的門尼黏度，提高膠料的可塑性和流動性；

2）化學(xué)增塑法。利用低分子材料，對橡膠的大分子鏈進(jìn)行化學(xué)破壞，進(jìn)而降低膠料的門尼黏度，從而提高膠料的可塑性和流動性；

3）機(jī)械增塑法。利用壓延機(jī)、擠出機(jī)、開煉機(jī)等設(shè)備的機(jī)械剪切作用，將高分子材料中的大分子鏈切斷，以達(dá)到提高膠料流動性的效果，其中密煉機(jī)、螺桿擠出機(jī)屬于高溫塑煉，開煉機(jī)屬于低溫塑煉。

為不改變配方體系，不影響膠料性能，在這里我們采用的主要是機(jī)械增塑法。機(jī)械增塑法中的機(jī)械剪切作用和溫度影響是本次工作的重點方向，下面著重進(jìn)行分析。

高分子鏈之間的相互作用力要大于其單個分子間C-C鍵的鍵能，在機(jī)械力的作用下，C-C鍵更容易斷裂，通常情況下，呈無規(guī)則卷曲狀態(tài)的大分子鏈，分子鏈被破壞的機(jī)率和機(jī)械力作用間的關(guān)系如下公式：

式中ρ—大分子鏈斷裂概率，代表機(jī)械塑煉效果；

E—大分子主鏈C-C鍵能/(kJ/mol)；

F0—作用于大分子鏈上的有效機(jī)械力；

δ—大分子鏈斷裂時的伸長變形；

F0δ—大分子鏈斷裂時機(jī)械力做的功/kJ；

τ—作用于大分子鏈的機(jī)械剪切力/N；

η—膠料的黏度/Pa·s；

M—大分子的平均分子量；

M'—大分子的最大分子量；

K1、K2為常數(shù)。

由上式可以看出，F(xiàn)0值的大小取決于機(jī)械剪切速度、膠料的黏度及分子量分布。塑煉溫度低時，F(xiàn)0和ρ值增大，提高機(jī)械剪切速度，F(xiàn)0和ρ值也會增大。要想獲得良好的塑煉效果，提高機(jī)械剪切速度和作用于大分子鏈的機(jī)械剪切力是解決此問題的重要方法。

1.2 壓延過程

壓延過程中，壓延輥處堆積膠的受力分析如圖1所示。

圖1 膠料進(jìn)入壓延輥隙前后受力分析

此時，如果Vb保持固定值，膠料在輥筒上接觸點a與輥筒圓心的連線和兩輥筒圓心連線的夾角，用α表示。物料與輥筒表面的摩擦系數(shù)為f，假設(shè)f=tanρ，則角度ρ就叫作摩擦角。徑向作用力P，分力為Px、Py；切向作用力T，分力為Tx、Ty。Py、Ty，方向相同，對膠料起擠壓作用；Px、Tx方向相反，Tx拉膠料進(jìn)入輥隙，Px則反之。對上述作用力進(jìn)行分析，即Tx＝Tcosα，Px＝Psinα，而T=Pf=Ptanρ，將膠料拉入輥隙的必要條件鉗取力：Tx-Px＞0，tanρ＞tanα，即：ρ＞α。

因此當(dāng)摩擦角ρ大于接觸角α?xí)r，膠料才能被拉入。差值越大，膠料通過程度越好。經(jīng)過在開煉機(jī)上多次搗膠后，最終表現(xiàn)為膠料混煉程度的提高。

圖2 門尼黏度與擠出收縮率、拉伸強(qiáng)度和伸長率的關(guān)系

圖2中，門尼黏度隨混煉時間的增加而迅速降低，但混煉達(dá)到一定時間后，據(jù)測算PA膠料在混煉8～12min時門尼變化基本趨于穩(wěn)定，可以從原來的80降低到60左右。但之后隨著時間的推移，變化量不大。因此，膠料在擠出機(jī)、開煉機(jī)、壓延輥筒上的總混煉時間，我們選取6～10min。

由圖3可以看出，門尼黏度與通過輥筒的次數(shù)及輥筒間距大小相關(guān)聯(lián)。輥距越小、通過輥筒的次數(shù)越多，門尼黏度不斷降低，而且輥距越小，這種趨勢越明顯。因此，在選擇時，輥距盡量要小，而通過輥距的次數(shù)要盡可能多。在冠帶條膠料的實際生產(chǎn)中，我們一般選取的輥距為6～8mm，通過輥距的次數(shù)為10～15次。

圖3 膠料通過輥距次數(shù)、膠片厚度與門尼黏度變化趨勢

2 解決方案

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，結(jié)合上面的原理剖析，我們制定了如下的解決措施：

1）密煉工藝調(diào)整，在密煉工序增加一段母煉，采取兩段母煉的方式，增加膠料的塑煉效果和時間，降低門尼黏度，通過此方式門尼黏度降低到69～72；

2）在壓延工序采用高轉(zhuǎn)速的擠出機(jī)破膠方式，適當(dāng)提高擠出機(jī)轉(zhuǎn)速，降低螺桿和機(jī)筒的溫度，提高塑化均勻性和混煉效果；

3）減少開煉機(jī)輥距至6mm，且左右厚度不同，供膠側(cè)的輥距調(diào)整為8mm，此做法的目的是增加膠料剪切力，同時提高供膠膠片厚度，減少供膠運帶上的溫度流失，保持供膠溫度在90～100℃之間，同時調(diào)整搗膠方式，保證搗膠次數(shù)在10次以上；

4）減少壓延輥筒上的積膠量，積膠的直徑保持在10～15cm之間，減少輥隙間的存膠，進(jìn)而減少膠料對通過輥隙簾線的壓力，遇到有存膠的現(xiàn)象，及時調(diào)整2#、3#輥的輥距，使存膠迅速用完，解決劈縫問題；

5）保證供膠連續(xù)性和膠料的總混煉時間，做好擠出機(jī)、開煉機(jī)、壓延機(jī)膠料的銜接，總混煉時間在8min左右；

6）適當(dāng)提高生產(chǎn)速度，盡可能保持穩(wěn)定的高速狀態(tài)，開機(jī)時的壓延速度為5m/min,保持約10s，然后直接提速至15～20m/min，生產(chǎn)過程中需要降速的，提前減少供膠量及壓延輥筒間積膠量。

3 效果驗證

通過改善方案的落實和作業(yè)人員作業(yè)水平的提高，因劈縫問題造成的成本浪費率下降到0.89%，厚度波動的控制也得到了一定程度的提高，取得了較好的改善效果。

[1] 楊清芝. 現(xiàn)代橡膠工藝學(xué)[M]. 北京：中國石化出版社, 1997.495-500.

[責(zé)任編輯：朱 胤]

TQ 336.1

B

1671-8232(2014)04-0027-03

2014-01-28