無內(nèi)胎斜交輪胎胎坯刺眼造成輪胎漏氣的原因分析

王立業(yè)，劉家新，周 璽，楊興云

（1.銀川佳通長城輪胎有限公司，寧夏 銀川 750011；2.空軍駐銀川地區(qū)軍事代表室，寧夏 銀川 750011）

斜交輪胎胎體為多層角度交叉的錦綸簾布鋪貼而成。為了解決密封膠接頭裂等問題，一般無內(nèi)胎斜交輪胎的密封層是由多層薄膠片鋪貼而成。但多層胎體骨架材料和密封膠的鋪貼，會造成鋪貼層間的氣體不能完全擠出，硫化后容易造成成品輪胎胎體脫層和窩氣等質(zhì)量問題。此外，斜交輪胎成型過程中為增加簾布粘性一般會使用汽油，存在汽油揮發(fā)問題。為解決斜交輪胎胎體脫層以及硫化定型時肩部窩氣等質(zhì)量問題，硫化前會增加胎坯刺眼工序。隨著輪胎生產(chǎn)裝備的不斷進(jìn)步，為節(jié)約生產(chǎn)時間和能源，胎坯刺眼用的電鉆已逐步改為風(fēng)鉆，風(fēng)鉆速度越來越快，目前已經(jīng)接近20 000 r·min-1。

本工作通過試驗?zāi)M輪胎胎坯刺眼工序中風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速、刺針直徑、刺眼數(shù)量和刺眼速度的影響，以找到無內(nèi)胎斜交輪胎胎坯刺眼造成輪胎充氣后漏氣的原因。

1 漏氣輪胎剖析

將市場反饋出現(xiàn)慢漏氣的新裝輪胎返廠后進(jìn)行相關(guān)試驗，為查找原因制定以下4項檢測。

1.1 外觀檢測

對返廠輪胎外觀及胎里密封層進(jìn)行仔細(xì)檢查，未發(fā)現(xiàn)任何可能造成漏氣的地方。

1.2 輪胎充氣后涂抹肥皂水檢測

將返廠輪胎裝配至輪輞上，充氣至額定充氣壓力，然后用肥皂水涂抹輪胎外部，發(fā)現(xiàn)輪胎外觀有多處肥皂水出現(xiàn)氣泡，即輪胎有漏氣問題，如圖1所示。

圖1 輪胎外觀涂抹肥皂水出現(xiàn)氣泡

1.3 用紅色顏料充水檢測漏氣點

將發(fā)現(xiàn)外觀漏氣點的輪胎泄壓，就胎里對應(yīng)部位密封層仔細(xì)查找，通過對密封層撥動發(fā)現(xiàn)了密封層對應(yīng)的漏氣點，但在胎里只找到1個可疑漏氣點，如圖2所示。

為找到根本原因，將紅色顏料倒入胎里，用水壓爆破試驗機(jī)充水至輪胎額定充氣壓力的2倍，并保持10 min，讓紅色染料從輪胎內(nèi)部滲出。

1.4 解剖分析

將輪胎外觀出現(xiàn)漏氣點的部位進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)紅色顏料水順著胎里密封層裂口串至胎體簾布將胎體簾布染紅，裂口位置斷面處簾線明顯斷開，且膠料有類似自硫膠造成的裂縫。此外，在斷面的其他部位也發(fā)現(xiàn)簾線斷開和自硫膠造成裂縫的現(xiàn)象，如圖3—5所示。

圖2 輪胎密封層漏氣點

綜合考慮認(rèn)為，斜交輪胎生產(chǎn)工序中可能造成這種現(xiàn)象的只有胎坯刺眼工序。但斜交輪胎胎坯刺眼工序已經(jīng)執(zhí)行了幾十年，需要進(jìn)行試驗查找具體原因。

圖3 漏氣點斷面

圖4 漏氣點自硫膠造成裂縫

圖5 其他部位裂縫

2 模擬試驗

2.1 主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

（1）手持式氣動風(fēng)鉆（見圖6）技術(shù)參數(shù)：風(fēng)壓 400 ～600 kPa，最 大 轉(zhuǎn) 速 5 000 ～17 000 r·min-1。

圖6 手持式氣動風(fēng)鉆

（2）不銹鋼刺針：直徑 4～6 mm，長度 80～100 mm。

2.2 試驗方案

2.2.1 刺針直徑

為驗證刺針直徑的影響，選取1條成型好的7.50－10胎坯，以胎面中心為界限，左邊用直徑為6 mm的刺針刺扎胎坯，右邊用直徑為4 mm的刺針刺扎胎坯。因斜交輪胎硫化定型時胎體角度會發(fā)生變化，設(shè)定刺扎區(qū)域?qū)挾葹?50 mm、長度從中間至兩邊胎肩，并用白色記號筆標(biāo)注刺扎區(qū)域?qū)挾燃按提樦睆酱笮〉膮^(qū)分，方便后期進(jìn)行解剖分析。刺扎時保持刺眼速度一致，刺眼間距為10～20 mm，風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速為5 000 r·min-1。

2.2.2 風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速

為驗證風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速的影響，選取1條成型好的7.50－10胎坯，以胎面中心為界限，左邊用轉(zhuǎn)速為17 000 r·min-1的風(fēng)鉆刺扎胎坯，右邊用轉(zhuǎn)速為5 000 r·min-1的風(fēng)鉆刺扎胎坯。刺扎區(qū)域?qū)挾葹?50 mm、長度從中間至兩邊胎肩，并用白色記號筆標(biāo)注刺扎區(qū)域?qū)挾燃稗D(zhuǎn)速大小的區(qū)分，方便后期進(jìn)行解剖分析。刺扎時保持刺眼速度一致，刺眼間距為10～20 mm，刺針直徑為6 mm。

圖7示出了不同風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速下刺扎的胎坯情況。

3 結(jié)果分析

3.1 刺針直徑的影響

圖7 不同轉(zhuǎn)速刺扎的胎坯

風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速相同、刺扎方法和刺眼速度一樣、刺針直徑分別是6和4 mm的試驗胎坯硫化后的解剖斷面如圖8所示。從圖8可以看出，斷面中刺針直徑不同的兩邊都未發(fā)現(xiàn)簾線劈縫和膠料局部自硫等問題。試驗時刺眼數(shù)量很多，但未發(fā)現(xiàn)簾線有劈縫現(xiàn)象，說明刺眼數(shù)量和刺針直徑（6 mm以下）對輪胎漏氣沒有影響。

圖8 刺針直徑不同的試驗輪胎斷面

3.2 風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速的影響

刺針直徑相同、刺扎方法和速度一樣、風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速分別為17 000和5 000 r·min-1的試驗胎壞硫化后解剖斷面如圖9所示。從圖9可以看出，斷面中風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速為17 000 r·min-1的一邊明顯發(fā)現(xiàn)多處簾線劈縫，但風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速為5 000 r·min-1的一邊沒有發(fā)現(xiàn)簾線劈縫等問題。為了進(jìn)一步驗證，進(jìn)行了3次切割觀察斷面，均在風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速大的一邊找到簾線劈縫的地方，風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速小的一邊則沒有發(fā)現(xiàn)。由此可以推斷，胎坯刺眼工序中風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速過大是造成輪胎漏氣的主要原因。風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速過大，刺扎時操作速度太慢，胎坯中的刺針與膠料摩擦升溫過高，會造成膠料局部自硫甚至炭化，則輪胎硫化時，自硫或炭化的膠料與正常膠料不發(fā)生交聯(lián)而形成裂縫。但風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速不能太小，用轉(zhuǎn)速為5 000 r·min-1的風(fēng)鉆刺扎胎體簾布層數(shù)10層以上的胎坯時非常困難，刺扎不透；風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速為8 000～10 000 r·min-1時刺扎較厚胎坯比較順暢，且成品輪胎解剖后未發(fā)現(xiàn)簾線劈縫或膠料局部自硫等問題。此外，在生產(chǎn)現(xiàn)場還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)刺扎尖端彎曲或中部局部彎曲嚴(yán)重時會造成簾線斷裂。

圖9 風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速不同試驗輪胎斷面

4 結(jié)語

通過試驗?zāi)M無內(nèi)胎輪胎胎坯刺眼工序中風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速、刺針直徑、刺眼數(shù)量和刺眼速度的影響，判定刺眼工序中風(fēng)鉆轉(zhuǎn)速過大是造成無內(nèi)胎輪胎漏氣的主要原因。