電子輻照預(yù)硫化在載重子午線輪胎內(nèi)襯層生產(chǎn)中的應(yīng)用

李 鵬，王培濱，孫寶余，劉 謙

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

輪胎輻照預(yù)硫化技術(shù)的研究在國(guó)外始于20世紀(jì)50年代末，到70年代，米其林、大陸等世界著名輪胎制造商在輪胎生產(chǎn)中開(kāi)始使用該技術(shù)，后憑借其可提高輪胎產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率等優(yōu)勢(shì)，歐美輪胎制造商開(kāi)始大量應(yīng)用，且都在轎車(chē)子午線輪胎簾布的生產(chǎn)中采用該技術(shù)[1-2]。隨著汽車(chē)工業(yè)和輪胎行業(yè)的迅速發(fā)展，這項(xiàng)新技術(shù)和新工藝越來(lái)越受載重子午線輪胎生產(chǎn)廠家的青睞，成為提高輪胎產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要技術(shù)。電子束輻照預(yù)硫化是通過(guò)電子加速器發(fā)射的高能電子束在橡膠基體中激活橡膠分子，產(chǎn)生橡膠大分子自由基，使橡膠大分子交聯(lián)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。輻照在常溫常壓下就可以進(jìn)行，電子束輻照除產(chǎn)生離子、電子外，還促進(jìn)生成高活性自由基，引發(fā)分子裂解、重排、電子轉(zhuǎn)移等多種反應(yīng)[3-4]。在載重子午線輪胎內(nèi)襯層生產(chǎn)中采用電子束預(yù)硫化技術(shù)，對(duì)膠料起到預(yù)交聯(lián)的作用，穩(wěn)定膠部件尺寸，減小成型工序中的拉伸，改善輪胎均勻性；膠料表面流動(dòng)性減弱，防止膠料出現(xiàn)移動(dòng)或厚度不均勻，改善胎里顯線質(zhì)量問(wèn)題；優(yōu)化半成品尺寸，使輪胎輕量化以降低成本。

目前，我公司在全鋼載重子午線輪胎內(nèi)襯層壓延工藝中試驗(yàn)電子束輻照預(yù)硫化技術(shù)，取得了較為理想的效果，并開(kāi)始推廣用于工業(yè)化生產(chǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)配方

試驗(yàn)選取正常生產(chǎn)的內(nèi)襯層膠為對(duì)象。試驗(yàn)配方為：天然橡膠 100，炭黑 58，氧化鋅 8，增粘樹(shù)脂 2，其他 8.35。

1.2 主要設(shè)備和儀器

MDR2000型硫化儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；TS-2000M型電子拉力機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；電子束輻照預(yù)硫化設(shè)備，日本NHV公司產(chǎn)品；內(nèi)襯層壓延機(jī)，德國(guó)貝爾斯托夫公司產(chǎn)品；輪胎四鼓成型機(jī)，荷蘭VMI公司產(chǎn)品；輪胎耐久性試驗(yàn)機(jī)，天津賽象科技股份有限公司產(chǎn)品。

1.3 輻照預(yù)硫化工藝

采用單層內(nèi)襯層膠片進(jìn)行輻照預(yù)硫化，設(shè)備加速器電壓為400 kV，輻照劑量分別為0，40，50和60 kGy，并選取1.3，2.7和3.4 mm三個(gè)壓延厚度膠片進(jìn)行預(yù)硫化。

1.4 性能測(cè)試

膠料物理性能按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

輪胎耐久性能按照GB/T 4501—2008《載重汽車(chē)輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)條件為：充氣壓力 930 kPa，額定負(fù)荷 3 550 kg，試驗(yàn)速度 56 km·h-1。完成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定程序后，每10 h負(fù)荷增大10%繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，負(fù)荷率至140%保持恒定至輪胎損壞為止。

2 結(jié)果與討論

2.1 輻照預(yù)硫化對(duì)膠料門(mén)尼粘度和焦燒時(shí)間的影響

輻照劑量對(duì)內(nèi)襯層膠門(mén)尼粘度和焦燒時(shí)間的影響如圖1和2所示。

圖1 輻照劑量對(duì)內(nèi)襯層膠門(mén)尼粘度的影響

圖2 輻照劑量對(duì)內(nèi)襯層膠焦燒時(shí)間的影響

從圖1和2可以看出：隨著輻照劑量的增加，3種厚度的膠片門(mén)尼粘度都快速上升，之后趨于平緩，最后下降，不同厚度的膠片門(mén)尼粘度值隨輻照劑量變化趨勢(shì)類(lèi)似，但同一輻照劑量不同厚度的膠片門(mén)尼粘度不相同，對(duì)比1.3和2.7 mm厚度的膠片（同批次橡膠），同一輻照劑量，膠片越薄，門(mén)尼粘度越高；隨著輻照劑量的增加，3種厚度的膠片焦燒時(shí)間都快速下降，之后會(huì)趨于平緩，不同厚度的膠片焦燒時(shí)間隨輻照劑量變化趨勢(shì)類(lèi)似，但同一輻照劑量不同厚度的膠片焦燒時(shí)間并不相同，膠片厚度越大，焦燒時(shí)間越長(zhǎng)。

2.2 輻照預(yù)硫化對(duì)硫化特性的影響

經(jīng)不同輻照劑量輻照預(yù)硫化后的內(nèi)襯層膠硫化儀數(shù)據(jù)如表1所示，試樣厚度為2.7 mm。

表1 預(yù)硫化膠片硫化特性（150 °C）

從表1可以看出，輻照預(yù)硫化后，硫化膠的最大轉(zhuǎn)矩略有增大，輻照劑量對(duì)膠料的硫化特性影響不大。在輻照過(guò)程中，橡膠分子通過(guò)碳-碳鍵交聯(lián)形成網(wǎng)狀大分子，相對(duì)分子質(zhì)量不斷增大，同時(shí)輻照導(dǎo)致橡膠分子的化學(xué)鍵斷裂，相對(duì)分子質(zhì)量減小。在交聯(lián)與降解的共反應(yīng)中，輻照劑量是膠料輻照預(yù)硫化工藝的重要參數(shù)。

2.3 輻照預(yù)硫化對(duì)膠料拉伸性能的影響

輻照劑量對(duì)內(nèi)襯層膠100%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率的影響如圖3—5所示。

從圖3—5可以看出，隨著輻照劑量的變化，3種厚度未硫化膠片的100%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率變化不大，輻照劑量間的差異也較小，可見(jiàn)預(yù)硫化對(duì)未硫化膠的拉伸性能影響較小。

圖3 輻照劑量對(duì)內(nèi)襯層膠100%定伸應(yīng)力的影響

圖4 輻照劑量對(duì)內(nèi)襯層膠拉伸強(qiáng)度的影響

圖5 輻照劑量對(duì)內(nèi)襯層膠拉斷伸長(zhǎng)率的影響

綜合輻照預(yù)硫化對(duì)單層膠片加工工藝安全性和拉伸物理性能的影響情況，選擇最佳輻照劑量為40 kGy進(jìn)行試驗(yàn)輪胎試制。

3 輪胎試制

試制12R22.5輪胎，對(duì)復(fù)合內(nèi)襯層進(jìn)行電子束輻照預(yù)硫化，輻照劑量為40 kGy。

內(nèi)襯層復(fù)合工藝和輻照方向如圖6所示。

圖6 內(nèi)襯層復(fù)合工藝和輻照方向示意

（1）工藝質(zhì)量。輻照后內(nèi)襯層表面粘性稍有降低，在輪胎生產(chǎn)過(guò)程中，未出現(xiàn)接頭不粘和內(nèi)襯層與鋼絲簾布的貼合質(zhì)量問(wèn)題，試驗(yàn)輪胎經(jīng)X光機(jī)和動(dòng)平衡機(jī)檢測(cè)，無(wú)異常，動(dòng)平衡檢測(cè)結(jié)果均為A級(jí)。

（2）氣密性。抽取試驗(yàn)輪胎與正常生產(chǎn)輪胎各1條，充入930 kPa的壓力，并在氣門(mén)嘴上裝上氣壓表，60天后正常生產(chǎn)輪胎的氣壓為794 kPa，試驗(yàn)輪胎的氣壓為816 kPa，試驗(yàn)輪胎的氣密性能略好。

（3）輪胎切面分析與膠料滲透性。輪胎成型時(shí)在內(nèi)襯層與胎體層間貼彩色膠片，如圖7所示。預(yù)硫化（右半部分，標(biāo)注“預(yù)”字）和未預(yù)硫化（左半部分，標(biāo)注“正”字）成品輪胎斷面肩部切面如圖8所示。

圖7 成型工藝加貼彩色膠片

圖8 成品輪胎斷面肩部切面

從圖8可以看出，經(jīng)電子輻照預(yù)硫化的內(nèi)襯層膠片，門(mén)尼粘度升高，膠料整體流動(dòng)性減弱，與內(nèi)襯層膠相鄰的彩色膠片下表面形成一條平滑直線，而正常未預(yù)硫化輪胎斷面，內(nèi)襯層膠料流動(dòng)性大，彩色膠片形成整體的凹凸小弧填充進(jìn)鋼絲間的空隙。這表明輪胎內(nèi)襯層部件經(jīng)輻照預(yù)硫化后，可有效預(yù)防胎里顯線和防止膠料向鋼絲簾線遷移產(chǎn)生輪胎使用早期的肩部病象。

（4）成品輪胎性能。采用40 kGy劑量電子輻照預(yù)硫化，試驗(yàn)輪胎規(guī)格為12R22.5，與正常生產(chǎn)輪胎進(jìn)行耐久性測(cè)試對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，內(nèi)襯層生產(chǎn)線采用電子輻照預(yù)硫化工藝后，成品輪胎的耐久性能比正常產(chǎn)品有所提高，試制輪胎符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝生產(chǎn)要求。試驗(yàn)輪胎裝車(chē)路試4個(gè)月，行駛8萬(wàn)km，未出現(xiàn)漏氣、胎里露線和胎側(cè)脫層等質(zhì)量問(wèn)題。

表2 成品輪胎耐久性測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)論

輪胎內(nèi)襯層經(jīng)過(guò)輻照預(yù)硫化，膠料（未熱硫化）的硫化特性、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和膠片粘合性能等變化不大；膠料的焦燒時(shí)間縮短，門(mén)尼粘度升高，膠層間滲透流動(dòng)減弱；輪胎內(nèi)襯層部件在生產(chǎn)中的尺寸穩(wěn)定性和輪胎承載均勻性能提高；有效防止氣密層膠料向鋼絲簾線遷移而產(chǎn)生輪胎使用早期病象，輪胎耐久性能和安全性提高。