子午線航空輪胎帶束條擠出工藝技術(shù)研究

王超群，吳洪全，齊立平，常愛修，李德功

(青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400)

在飛機起飛和降落的過程中，航空輪胎必須能夠經(jīng)受住強大離心力和巨大沖擊力。斜交航空輪胎使用多層覆膠簾子布組成的胎體帶束層，是輪胎的受力骨架層，其結(jié)構(gòu)和重量優(yōu)化難度較大。為減輕輪胎重量，子午線航空輪胎優(yōu)化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：除了使用3～6層覆膠簾線外，還要采用纏繞帶束條的方法形成胎體帶束層。

采用壓延法生產(chǎn)的胎體簾布，經(jīng)過分裁形成的帶束條存在的主要問題是：在分裁過程中，一定寬度的帶束條兩側(cè)邊部覆膠被切刀裁掉，簾線裸露。此露線帶束條若用于纏繞航空輪胎帶束層，因簾線之間覆膠量減少，經(jīng)硫化后易形成無數(shù)微小氣泡，對航空輪胎高速性能造成致命的質(zhì)量安全隱患。

為提高子午線航空輪胎成型質(zhì)量，我公司開發(fā)了一種擠出法生產(chǎn)的帶束條，經(jīng)纏繞形成的環(huán)形網(wǎng)狀帶束層結(jié)構(gòu)，在輪胎結(jié)構(gòu)受力中發(fā)揮重要作用，滿足子午線航空輪胎苛刻的使用性能需求。

1 帶束條擠出法概述

子午線航空輪胎使用尼龍/芳綸復(fù)合簾線作帶束層骨架材料，帶束條由7～8根尼龍/芳綸復(fù)合簾線經(jīng)整齊排列，擠出法生產(chǎn)獲得，寬度10～12 mm，如圖1所示，利用航空輪胎專用成套纏繞裝置單條多圈“S”形纏繞獲得帶束層環(huán)形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

圖1 帶束條截面圖

尼龍/芳綸復(fù)合簾線的經(jīng)線由2根對位芳綸初捻絲與1根尼龍66復(fù)捻絲混捻而成，由于采用了不同材料，后者的線密度大于前者線密度，使不同材料的性能得到互補，提高了航空輪胎高速、耐沖擊性能。本尼龍/芳綸復(fù)合簾線表面摩擦系數(shù)大，黏合性能突出，可實現(xiàn)與多種橡膠的良好黏合；斷裂伸長率高，特別適合作為航空輪胎的骨架材料。由于采用了價格低的尼龍66為原料，大幅度降低了航空輪胎的制造成本。

尼龍/芳綸復(fù)合簾線是一種耐疲勞性能優(yōu)異并可以改善滲膠性能的芳綸復(fù)合簾線，采用較小的單絲和簾線直徑，可以保證在相同覆膠厚度的前提下，使帶束條擠出厚度更薄、膠料用量更省，滿足輪胎輕量化要求，并且可以降低滾動阻力，獲得較高的輪胎安全強度性能。

擠出法獲得帶束條的工藝流程如圖2所示。

2 擠出法生產(chǎn)帶束條技術(shù)特點

2.1 技術(shù)優(yōu)勢

傳統(tǒng)的航空輪胎胎體帶束層成型方法是將一定角度的全寬度的簾布沿輪胎周向包裹到胎體層上，每塊帶束層之間形成搭接，搭接接頭控制不到位會影響到輪胎的靜平衡差度。新型帶束層成型方法是將擠出法生產(chǎn)的帶束條沿輪胎周向并與輪胎中心線呈一定角度螺旋纏繞到胎體層上，纏繞式無接頭帶束條組成整個環(huán)形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)帶束層，安全強度顯著提升，滿足航空輪胎高速、耐沖擊、耐負荷、平衡性的使用性能。

新型擠出法生產(chǎn)的帶束條比較壓延法分裁而成的帶束條，經(jīng)纏繞所制成的航空輪胎，經(jīng)簾布層間黏著強度等相關(guān)物理性能測試，帶束層之間以及與其他膠部件結(jié)合更加緊密。經(jīng)激光無損檢測，沒發(fā)現(xiàn)任何微小氣泡，從而解決纏繞帶束層密實性不足、高速行駛條件下航空輪胎肩部和冠部生熱脫層問題。

單條多圈“S”形復(fù)雜曲線纏繞形成的環(huán)形網(wǎng)狀帶束層結(jié)構(gòu)對胎體、胎冠部具有緊箍作用，有效解決了胎體膨脹的問題，可大大降低航空輪胎冠部的離心力，能滿足航空輪胎高負荷、超高速的性能要求[1～2]。

2.2 簾線工藝性能

子午線航空輪胎胎體帶束層所用芳綸復(fù)合簾線，其工藝性能如表1所示。

表1 芳綸復(fù)合簾線結(jié)構(gòu)性能

2.3 覆膠配方及性能

帶束條的簾線覆膠，其配方及性能如表2所示。

圖2 帶束條擠出工藝流程

3 各工位技術(shù)方案和工藝控制要素

帶束條擠出法生產(chǎn)線主要由錠子架、整形排線裝置、銷釘機筒冷喂料擠出機、齒輪泵、覆膠機頭、溫控裝置、冷卻牽引裝置、雙工位存儲裝置、雙工位卷取裝置及電氣控制系統(tǒng)組成[4]。如圖3所示。

圖3 帶束條擠出法生產(chǎn)線工藝布局

3.1 復(fù)合簾線錠子安裝工位

錠子架主要由框架、線軸存放架、出口端排線機構(gòu)、導(dǎo)線機構(gòu)和對射式光電傳感器組成?？蚣苡删匦喂芙M焊而成。線軸存放架可沿中心軸轉(zhuǎn)動，使線軸更換方便快捷。更換線軸時，可提起插銷，轉(zhuǎn)動線軸架180°后進行更換，完成后返回原位，放下插銷鎖住存放架。存放架可存放20～28個線軸，其中6～14個備用。錠子架工位工藝控制要素如表3所示。

3.2 排線機構(gòu)工位

出口端排線機構(gòu)主要由陶瓷導(dǎo)線鉤和斷線訊號臂組成。簾線分別穿過導(dǎo)線鉤和斷線訊號臂上陶瓷環(huán)，一旦簾線斷開，訊號臂脫離觸發(fā)光電傳感器，生產(chǎn)線立即故障停機。

表2 帶束條覆膠配方及性能[3]

表3 錠子架工位工藝控制要素

導(dǎo)線機構(gòu)主要由2根T型槽板、導(dǎo)線器、張緊機構(gòu)和陶瓷導(dǎo)線鉤組成。導(dǎo)線器和張緊機構(gòu)固定在各自對應(yīng)的T型槽板內(nèi)，每個線軸對應(yīng)一組導(dǎo)線器和張緊機構(gòu)，便于單根簾線張力控制。線軸簾線通過張緊機構(gòu)和導(dǎo)線器上的固定柱，根據(jù)不同角度盤繞會產(chǎn)生6種張力值(2.5～4.5 N），移動固定導(dǎo)線器的T型槽板，可整體對該排的線軸簾線進行統(tǒng)一張緊。排線及導(dǎo)向裝置工藝控制要素如表4所示。

表4 排線及導(dǎo)向裝置工藝控制要素

3.3 銷釘式冷喂料擠出機工位

冷喂料擠出機螺桿主要技術(shù)參數(shù)：直徑65mm；螺桿長徑比（L/D）12：1。其結(jié)構(gòu)包括：冷喂料擠出機、橡膠齒輪泵、E型機頭、液壓系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等（見圖4）。冷喂料擠出機與橡膠齒輪泵之間用手動C形夾鎖緊連接；機頭與齒輪泵體為鉸鏈連接，機頭可沿鉸鏈旋轉(zhuǎn)打開或關(guān)閉，關(guān)閉后用液壓C形夾鎖緊機頭與齒輪泵之間法蘭；在橡膠齒輪泵與機頭之間安裝兩級過濾網(wǎng)。來自排線器的復(fù)合簾線經(jīng)過E型機頭內(nèi)部梳子架、排線板、口型板引出，膠料經(jīng)過擠出機、齒輪泵、過濾器、分配錐、流道塊、口型板排出，復(fù)合簾線與膠料在口型板出口前匯合覆膠后擠出，形成覆膠帶束條。擠出機工位工藝控制要素如表5所示。

圖4 銷釘式冷喂料擠出機示意圖

表5 擠出機工位工藝控制要素

3.4 牽引冷卻工位

牽引冷卻裝置由一臺交流變頻調(diào)速電機驅(qū)動。牽引線速度最大20 m/min，正常工作速度3～15 m/min，至少四個冷卻鼓，冷卻鼓為隔套式，內(nèi)部經(jīng)磷化防腐處理，外表鍍鉻噴砂。牽引冷卻工位工藝控制要素如表6所示。

3.5 儲料工位

儲料裝置主要由機架、動力牽引裝置、浮動輥輪組件、一組固定輥輪和一組活動輥輪組成。其活動輥輪組可沿直線導(dǎo)軌上、下運動。通過動力牽引改變活動輥筒和固定輥筒間的相對距離實現(xiàn)儲料（升高）或放料（卷曲時降低）。通過檢測浮動輥位置變化實現(xiàn)前后裝置的速度匹配以及輸出張力大小調(diào)節(jié)。儲料裝置存儲能力不少于12 m。儲料裝置用來協(xié)調(diào)卷取和牽引之間的速度，同時為換卷時儲存一定量的帶束層，最大儲存量50 m。兩條帶束層在每個單獨旋轉(zhuǎn)的滾輪上運行，確保兩根帶束條運行平穩(wěn)。儲布工位工藝控制要素如表7所示。

表6 牽引冷卻工位工藝控制要素:

表7 儲布工位工藝控制要素

3.6 雙工位卷取工位

分條輸送裝置主要用于從儲料裝置到卷取小貯料裝置的帶束層的輸送，另外帶束層塑料墊布導(dǎo)開及貼合也在分條輸送裝置上完成。分條輸送裝置由機架、輸送換向輥筒、塑料墊布導(dǎo)開裝置、塑料墊布貼合裝置等組成。

卷曲裝置主要由支架、單工位卷取單元、帶束條止回機構(gòu)、墊布張力機構(gòu)、氣動元件等組成。帶束條擠出線卷曲裝置，設(shè)置2個卷曲工位，每個工位可收取4 000 m。每一套卷取單元主要由框架、工字輪、工字輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)、排線裝置、工字輪支承機構(gòu)等組成。雙工位卷曲工位工藝控制要素如表8所示。

表8 雙工位卷曲工位工藝控制要素

本裝置用于對帶束條襯著墊布一同進行螺旋卷取，為成型工序作備用。帶束條經(jīng)存儲裝置由浮動輥輪導(dǎo)入到卷取單元。兩套卷取單元纏繞卷取張力由浮動輥輪的重力設(shè)定，可通過增加或減小浮動輥輪的重量來實現(xiàn)不同的張力要求。墊布張力大小通過氣動減壓閥手工調(diào)節(jié)合適的張緊力使用。

4 生產(chǎn)過程中企待解決的問題

擠出法生產(chǎn)帶束條能提高子午線航空輪胎的成型質(zhì)量，滿足航空輪胎高負荷、高沖擊、高速度下的使用性能，但在技術(shù)裝備的性能提升上也同時存在著急需改進的方面。

子午線航空輪胎擠出法生產(chǎn)帶束條專用設(shè)備，國內(nèi)尚處于研制、驗證階段，急需投入資金和人力進行研發(fā)生產(chǎn)。國內(nèi)大部分航空輪胎研制廠家都是在現(xiàn)有全鋼零度擠出生產(chǎn)線經(jīng)改造工裝后來生產(chǎn)帶束條，卷曲質(zhì)量存在著外觀不平整、擠出覆膠質(zhì)量存在并線、壓壞、缺膠、露線等質(zhì)量缺陷，且生產(chǎn)效率滿足不了批量化生產(chǎn)需求。但是，擠出法生產(chǎn)帶束條相比較壓延分裁法生產(chǎn)的帶束條在覆膠質(zhì)量上仍然有著無可比擬的優(yōu)越性，研制和生產(chǎn)航空輪胎纏繞帶束層專用纖維簾線帶束條勢在必行。

帶束條擠出生產(chǎn)線在設(shè)備功能優(yōu)化、自動化程度提升、擠出效率提升方面還需要進一步加強?，F(xiàn)有擠出法生產(chǎn)線簾線的覆膠能力較鋼絲覆膠能力存在差距，這就限定了帶束條的擠出速度，否則會出現(xiàn)帶束條擠出覆膠質(zhì)量變差，出現(xiàn)帶束條表面麻點現(xiàn)象?，F(xiàn)有帶束條擠出線速度經(jīng)現(xiàn)場實踐驗證，最大可達到15 m/min，相比較鋼絲擠出線速度30 m/min，存在一半的差距。同時，帶束條在成型纏繞過程中要進行“S”形螺旋纏繞，在一定纏繞寬度的兩邊需要折返，這就限定了帶束條的擠出寬度，最大擠出寬度控制在12 mm以內(nèi)。在帶束條的用量上，根據(jù)航空輪胎規(guī)格的不同，每條航空輪胎的使用量在300～800 m不等，遠遠高于全鋼零度冠帶條的用量。這就要求帶束條生產(chǎn)線研制廠家在擠出效率上挖掘潛力，提高生產(chǎn)效率，以便航空輪胎生產(chǎn)廠家減少設(shè)備數(shù)量和資金投入。

5 結(jié)語

帶束層骨架材料是航空輪胎的關(guān)鍵部件，采用高強度、高模量、低定伸、低生熱芳綸混合尼龍簾線，對提高子午線航空輪胎的胎體強度、減輕了輪胎重量、提高胎體尺寸的穩(wěn)定性具有決定性的作用。在國內(nèi)，隨著航空輪胎關(guān)鍵項目的逐步突破，帶束條的生產(chǎn)應(yīng)用表現(xiàn)出越來越重要的作用，從專用設(shè)備研制和開發(fā)、生產(chǎn)工藝技術(shù)的優(yōu)化到結(jié)構(gòu)和配方的調(diào)整完善等一系列工作都需要進一步深入研究，也為參與此方面技術(shù)攻關(guān)的設(shè)備供應(yīng)廠家、航空輪胎制造廠家提供了廣闊的發(fā)展空間。