通過降低硫化機(jī)外溫提高輪胎綜合性能

朱宇石，辛國義，張立增

（朝陽浪馬輪胎有限責(zé)任公司，遼寧 朝陽 122009）

天然橡膠配方膠料在低溫硫化時的物理性能通常優(yōu)于高溫硫化時的膠料[1]。但是從硫化效率方面考慮，很多輪胎企業(yè)設(shè)定的硫化機(jī)外溫都較高，且同一家輪胎企業(yè)對于不同規(guī)格輪胎通常采用相同的外溫條件。我公司原工藝也是如此，這種設(shè)定不夠科學(xué)，會造成膠料性能下降。分析認(rèn)為：（1）由于配方不同，膠料的耐熱性能也有所不同；（2）不同輪胎企業(yè)的硫化機(jī)測溫點(diǎn)位置、模具厚度和材質(zhì)不同，造成硫化機(jī)實(shí)際傳遞給輪胎的熱效率也不同；（3）不同規(guī)格輪胎的結(jié)構(gòu)和使用的硫化膠囊不同，造成不同規(guī)格輪胎在相同外溫條件下所達(dá)到的最高硫化溫度和最大硫化程度也有所差異。因此最科學(xué)的外溫設(shè)定要求是使輪胎各部位所達(dá)到的最高硫化溫度和最大硫化程度都符合膠料最佳性能要求。

考慮到以上因素，我公司決定對一些市場返回率較高的產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)工藝改進(jìn)，通過降低硫化機(jī)外溫來提高輪胎的綜合性能。

1 主要設(shè)備和儀器

GX-YLQ-15A型輪胎斷面切割機(jī)，青島高校測控技術(shù)有限公司產(chǎn)品；輪胎耐久性試驗(yàn)機(jī)，天津久榮車輪技術(shù)有限公司產(chǎn)品；TC-USB型硫化測溫儀，北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院有限公司產(chǎn)品。

2 改進(jìn)目標(biāo)

（1）胎面實(shí)際硫化的最高溫度從現(xiàn)有的（152±2） ℃降低到不超過147 ℃。

（2）降低帶束層和基部膠的最高硫化溫度和硫化程度。

（3）硫化效率控制在總時間延長不超過2 min。

（4）其余部件的硫化程度保持基本不變。

（5）提高輪胎綜合性能，減小市場返回率。

3 外溫條件的設(shè)定

3.1 模套設(shè)定溫度

降低胎面的最高啟模溫度主要是通過降低模套溫度來實(shí)現(xiàn)，因此要先確定合適的模套溫度。當(dāng)模套設(shè)定溫度分別為164，160，155，153和150℃時，對應(yīng)的胎面實(shí)際啟模溫度分別為152～153，150～152，148～150，146～147和145～146 ℃?？梢钥闯觯?dāng)模套設(shè)定溫度低于153 ℃時，實(shí)際啟模溫度滿足要求?？紤]到對硫化效率的影響，試驗(yàn)?zāi)Ｌ诇囟冗x取為153 ℃。

3.2 外溫條件與發(fā)泡點(diǎn)時間的關(guān)系

采用3個方案的外溫條件進(jìn)行發(fā)泡點(diǎn)試驗(yàn)。方案1：模套溫度 160 ℃，側(cè)板溫度 146 ℃，其他程序不變；方案2：模套溫度 153 ℃，側(cè)板溫度146 ℃，其他程序不變；方案3：模套溫度 153℃，側(cè)板溫度 144 ℃，內(nèi)壓程序調(diào)整。方案1—3的發(fā)泡點(diǎn)時間分別為40，41和40 min?？梢钥闯?，在其他程序不變的情況下，降低模套溫度會使發(fā)泡點(diǎn)時間延長。

為了保證不降低硫化效率，調(diào)整內(nèi)壓程序，以提高輪胎的傳熱速度。在提高胎肩傳熱速度的同時，也可以提高胎圈和胎側(cè)的傳熱速度。為了保證胎圈和胎側(cè)的整體硫化程度不變，通過降低2 ℃?zhèn)劝宓脑O(shè)定溫度來平衡內(nèi)壓程序調(diào)整對胎側(cè)和胎圈的影響。最終確定采用方案1和3進(jìn)行對比試驗(yàn)。

4 測溫試驗(yàn)

4.1 溫度對比

輪胎各部位的最高溫度和啟模溫度見表1。

從表1可以看出，與方案1相比，方案3的胎面最高溫度降至146～147 ℃之間，胎冠和胎側(cè)等位置的最高溫度都明顯降低，膠囊和三角膠中心位置的最高溫度基本持平。

表1 輪胎各部位的最高溫度和啟模溫度 ℃

綜合來看，方案3的硫化溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.2 硫化程度對比

輪胎各部位在不同時間的硫化程度見表2。

從表2可以看出，與方案1相比，方案3的胎面膠、基部膠、胎體反包端點(diǎn)、胎圈表面和胎側(cè)表面位置在各時間段的硫化程度減小，三角膠中心位置在各時間段的硫化程度都有所增大，胎面中心處、胎肩墊膠端點(diǎn)以及4#帶束層與胎面之間的位置在啟模時的硫化程度都有所增大，后硫化時的硫化程度減小，總硫化程度基本一致。

表2 輪胎各部位在不同時間的硫化程度 %

5 成品試驗(yàn)

經(jīng)過測溫試驗(yàn)，確定方案3的硫化條件是可行的，因此采用該方案進(jìn)行成品試驗(yàn)。

5.1 室內(nèi)性能試驗(yàn)

成品輪胎室內(nèi)性能試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 成品輪胎室內(nèi)性能試驗(yàn)結(jié)果

從表3可以看出，與方案1輪胎相比，方案3輪胎的胎圈耐久性能不變，耐久和高速性能提高。

5.2 物理性能和粘合性能

成品輪胎耐久性試驗(yàn)前后的物理性能和粘合性能見表4。

表4 成品輪胎耐久性試驗(yàn)前后的物理性能和粘合性能

從表4可以看出：（1）方案1和3輪胎胎面膠和三角膠的拉伸強(qiáng)度在耐久性試驗(yàn)前基本一致；（2）方案3輪胎胎面膠和三角膠的拉伸強(qiáng)度在耐久性試驗(yàn)前后變化不大，說明耐久性試驗(yàn)過程中的再硫化沒有使膠料的等效硫化時間超出平坦期，而方案1輪胎胎面膠和三角膠的拉伸強(qiáng)度在耐久性試驗(yàn)后有所減小，說明耐久性試驗(yàn)過程中的再硫化破壞了膠料原有合適的交聯(lián)鍵，出現(xiàn)了硫化返原現(xiàn)象；（3）方案1和3輪胎胎面膠和三角膠的拉斷伸長率變化趨勢與拉伸強(qiáng)度基本一致；（4）方案1和3輪胎胎面膠和三角膠的300%定伸應(yīng)力在耐久性試驗(yàn)前后的差異不大，拉斷永久變形有所減小；（5）方案3輪胎的胎面-帶束層和2#-3#帶束層之間的剝離強(qiáng)度在耐久性試驗(yàn)后均大于方案1輪胎，說明外溫條件的改變使帶束層的最高溫度和硫化程度均低于現(xiàn)有條件，有利于改善帶束層的耐老化性能；（6）方案1和3輪胎胎側(cè)-胎體之間的剝離強(qiáng)度在耐久性試驗(yàn)前后基本一致。

6 裝車路試

輪胎室內(nèi)試驗(yàn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，在黑龍江和廣州進(jìn)行兩個方案的路試。在廣州采用方案1和3生產(chǎn)的成品輪胎累計(jì)磨耗里程分別為13 024和17 067 km·mm-1，在黑龍江采用方案1和3生產(chǎn)的成品輪胎累計(jì)磨耗里程分別為15 462和18 000 km·mm-1。路試結(jié)果表明方案3輪胎性能提高。

7 市場反饋

輪胎市場返回率見表5。從表5可以看出，降低硫化機(jī)外溫，可以使輪胎的總返回率減小26.6%，尤其是胎肩冠部的返回率明顯減小。

表5 輪胎市場返回率 %

8 結(jié)論

降低硫化機(jī)外溫，可以在不降低硫化效率的前提下改善輪胎的綜合性能，減小輪胎市場返回率，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益；同時能節(jié)省外壓蒸汽，達(dá)到節(jié)能減排的效果。