實(shí)心輪胎變溫硫化工藝的研究

李元敬，茍登峰

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550008）

輪胎作為一種橡膠厚制品，在硫化過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)明顯的溫度梯度，從而導(dǎo)致硫化不均勻。在橡膠厚制品硫化過(guò)程中，持續(xù)加熱一定時(shí)間后停止熱循環(huán)，依靠設(shè)備及橡膠內(nèi)部積蓄的熱量保證制品硫化程度最弱部位持續(xù)硫化到終點(diǎn)，制品其余部位過(guò)硫程度大幅降低，從而提高輪胎硫化程度的均勻性[1-4]。

實(shí)心輪胎的傳統(tǒng)硫化工藝均以輪胎中心部件的硫化效應(yīng)作為硫化終點(diǎn)的判定標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)雖然能保證輪胎整體硫化程度均達(dá)到正硫化，但是輪胎外層膠料在硫化后期均處于過(guò)硫狀態(tài)，輪胎整體硫化程度差異很大，特別是胎面膠過(guò)硫程度高會(huì)直接影響輪胎的使用性能[5-6]。

本工作主要基于硫化過(guò)程中持續(xù)加熱一定時(shí)間后停止熱循環(huán)，降溫后輪胎較深部位受影響較小仍可繼續(xù)硫化，既保證了輪胎內(nèi)部充分硫化，又能避免或減少輪胎外部的過(guò)硫現(xiàn)象的原理進(jìn)行研究，并開(kāi)展該原理在實(shí)心輪胎硫化工藝領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用及相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)方案

選取6.50－10/5.0-OB502實(shí)心輪胎，分別在其胎面膠、中間膠和基部膠的中心位置埋入測(cè)溫線，測(cè)定硫化過(guò)程中各部位的溫度變化，并計(jì)算等效硫化時(shí)間。

普通硫化工藝如下:硫化溫度為（145±2）℃，硫化機(jī)合模壓力為21 MPa，硫化過(guò)程持續(xù)加熱210 min出模，輪胎出模后在室溫下自然冷卻。

變溫硫化工藝如下:硫化溫度為（145±2）℃，硫化機(jī)合模壓力為21 MPa，硫化過(guò)程持續(xù)加熱165 min，停止蒸汽循環(huán)持續(xù)45 min，總硫化時(shí)間為210 min，輪胎出模后在室溫下自然冷卻。

1.2 埋線及硫化過(guò)程溫度的測(cè)定

實(shí)心輪胎的埋線測(cè)溫點(diǎn)如圖1所示。

圖1 實(shí)心輪胎的埋線位置示意

分別采用普通硫化工藝和變溫硫化工藝對(duì)實(shí)心輪胎進(jìn)行硫化，每隔3 min記錄1次各測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)際溫度，輪胎出模后持續(xù)記錄后硫化溫度的變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化過(guò)程中的溫度分布

在輪胎硫化過(guò)程中，各測(cè)溫點(diǎn)的硫化溫度如表1所示。

從表1可以看出:在變溫時(shí)間點(diǎn)之前，變溫硫化工藝與普通硫化工藝各測(cè)溫點(diǎn)的溫度非常接近，變溫時(shí)間點(diǎn)之后的溫度差異逐漸明顯；變溫階段變溫硫化輪胎基部膠和胎面膠的溫度逐漸降低，中間膠的升溫速度也明顯變慢；在變溫硫化過(guò)程中胎面表層溫度僅在變溫時(shí)間段內(nèi)與普通硫化過(guò)程有較為明顯的差異；胎面膠在變溫硫化過(guò)程的后硫化階段溫度均比普通硫化工藝低6～8 ℃?？梢?jiàn)在一定的溫度和壓力下保持熱循環(huán)后，停止熱循環(huán)，持續(xù)到硫化結(jié)束，硫化溫度在硫化過(guò)程中緩慢下降。

表1 變溫和普通硫化過(guò)程及后硫化期間輪胎各測(cè)溫點(diǎn)的硫化溫度 ℃

變溫和普通硫化過(guò)程及后硫化期間輪胎胎面膠的溫度曲線如圖2所示。

從圖2可以看出，采用變溫硫化工藝后輪胎胎面膠在變溫時(shí)間點(diǎn)之前的溫度變化較小，在變溫時(shí)間點(diǎn)之后直至后硫化效應(yīng)結(jié)束硫化溫度明顯低于普通硫化工藝，該溫度條件下輪胎的硫化程度也大幅降低。說(shuō)明采用變溫硫化工藝可以明顯降低輪胎的過(guò)硫程度，提高輪胎的硫化均勻性。

圖2 變溫和普通硫化過(guò)程及后硫化期間輪胎胎面膠的溫度曲線

變溫和普通硫化過(guò)程及后硫化期間輪胎中間膠的溫度曲線如圖3所示。

從圖3可以看出:由于輪胎在變溫之前已經(jīng)持續(xù)加熱165 min，橡膠及硫化模具已積蓄了足夠的熱量，變溫硫化與普通硫化過(guò)程中輪胎中間膠在輪胎出模前的硫化溫度變化較??；輪胎出模后，由于胎面膠和基部膠的溫度均有不同程度降低，輪胎積蓄的熱量也在硫化過(guò)程中被大量消耗，因此硫化溫度開(kāi)始有較大幅度的降低。

圖3 變溫和普通硫化過(guò)程及后硫化期間輪胎中間膠的溫度曲線

2.2 等效硫化時(shí)間及過(guò)硫程度

變溫和普通硫化過(guò)程及后硫化期間輪胎各部位的等效硫化時(shí)間變化曲線如圖4所示。

從圖4可以看出:在變溫硫化過(guò)程中，胎面膠的等效硫化時(shí)間上升速率明顯低于普通硫化過(guò)程；中間膠的等效硫化時(shí)間上升速率略有下降，這表明實(shí)心輪胎的硫化均勻性明顯提高。

圖4 變溫和普通硫化過(guò)程及后硫化期間輪胎各部位的等效硫化時(shí)間變化曲線

輪胎后硫化結(jié)束時(shí)各部位的等效硫化時(shí)間及過(guò)硫程度如表2所示。

從表2可以看出，與普通硫化工藝相比，變溫硫化工藝輪胎后硫化結(jié)束后各部位中心位置的過(guò)硫程度明顯降低，輪胎硫化均勻性明顯提升，胎面表層因?yàn)榫o靠熱源，過(guò)硫程度下降不明顯。

表2 輪胎后硫化結(jié)束時(shí)各部位的等效硫化時(shí)間及過(guò)硫程度

2.3 成品性能

2.3.1 耐久性能

分別采用普通硫化工藝和變溫硫化工藝制備6.50－10/5.0-OB502實(shí)心輪胎，按GB/T 22391—2017《實(shí)心輪胎耐久性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行耐久性測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，采用變溫硫化工藝制備的輪胎的耐久性能明顯優(yōu)于采用普通硫化工藝制備的輪胎。

表3 成品輪胎的耐久性試驗(yàn)結(jié)果

2.3.2 物理性能

對(duì)成品輪胎胎面膠進(jìn)行物理性能測(cè)試，結(jié)果如表4所示。

表4 成品輪胎胎面膠的物理性能

從表4可以看出，采用變溫硫化工藝生產(chǎn)的成品輪胎胎面膠的物理性能比采用普通硫化工藝生產(chǎn)的成品輪胎胎面膠略有提高。根據(jù)數(shù)據(jù)判斷，實(shí)際生產(chǎn)中采用變溫硫化工藝，輪胎胎面膠過(guò)硫程度大幅降低，有效減輕了實(shí)心輪胎硫化程度不均勻的現(xiàn)象。

2.3.3 外觀質(zhì)量

針對(duì)實(shí)心輪胎花紋掛壞問(wèn)題而影響一次合格率的情況，選取合格率較低的幾種規(guī)格輪胎，分別采用變溫硫化工藝和普通硫化工藝進(jìn)行生產(chǎn)，成品出模掛壞發(fā)生率對(duì)比結(jié)果如表5所示。

從表5可以看出，采用變溫硫化工藝后，成品出模掛壞發(fā)生率明顯降低。

表5 成品出模掛壞發(fā)生率對(duì)比

3 結(jié)論

（1）采用變溫硫化工藝可以提高實(shí)心輪胎硫化均勻性，使成品外觀缺陷減少，合格率提高。

（2）在變溫硫化工藝生產(chǎn)過(guò)程中可調(diào)節(jié)變溫時(shí)間點(diǎn)所占比例，既能保證輪胎整體達(dá)到正硫化，同時(shí)可大幅度降低輪胎表面過(guò)硫程度，該工藝值得在實(shí)心輪胎生產(chǎn)工藝領(lǐng)域推廣。

（3）由于變溫硫化工藝在變溫階段停止了蒸汽熱循環(huán)，蒸汽使用量會(huì)略有減小，從長(zhǎng)期連續(xù)生產(chǎn)來(lái)看，可以降低能源消耗。