輪胎硫化溫度均一性的改進

尚文躍

（寧夏神州輪胎有限公司，寧夏 銀川 750011）

輪胎硫化是指對外胎的硫化，采用模型加壓方式進行。輪胎硫化前內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)為線形高分子，是具有粘彈性的可塑性橡膠，易變形、強度較低，無使用價值；通過硫化，使可塑性橡膠內(nèi)的線形高分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，生成網(wǎng)絡(luò)狀的高分子材料，宏觀上表現(xiàn)為固化，成為具有使用價值的高彈性橡膠。

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對輪胎的性能要求逐漸提高。輪胎常在復(fù)雜和苛刻的條件下使用，在行駛過程中承受著各種變形、負荷以及高低溫作用，因此必須具有較高的承載能力、牽引性能和緩沖性能。硫化是輪胎生產(chǎn)過程中非常重要的環(huán)節(jié)，而硫化溫度是硫化的關(guān)鍵條件，因此人們對輪胎硫化溫度的研究也不斷加深[1-8]。

本工作主要研究我公司的蒸鍋式硫化機輪胎硫化溫度均一性的改進方法。

1 主要設(shè)備和儀器

Φ1 651 mm（65英寸）蒸鍋式硫化機，桂林橡膠機械有限公司產(chǎn)品；TC-USB型溫度記錄儀，北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計院有限公司產(chǎn)品。

2 外溫蒸汽進入蒸鍋的溫度差異問題

蒸鍋式硫化機外溫蒸汽是從蒸鍋外溫蒸汽進口（見圖1）直接噴射進硫化機蒸鍋內(nèi)，然后蒸汽從硫化機蒸鍋內(nèi)前端到后端，由下至上進行流動（按外溫蒸汽進口位置進行衡量），外溫蒸汽流過整個硫化機有一定的時間差，從而導(dǎo)致硫化時輪胎在蒸汽進口位置附近的地方升溫快，距離蒸汽進口位置較遠的地方升溫相對較慢，造成輪胎硫化時各部位產(chǎn)生溫差。測溫可得硫化機外溫蒸汽進口端與后端溫度最大可相差12.9 ℃，平均溫差為5.8 ℃。蒸鍋式硫化機蒸汽進口端與后端溫差較大導(dǎo)致輪胎硫化時蒸汽進口位置的硫化程度比后端的硫化程度高，這就導(dǎo)致在硫化時間一定的情況下，輪胎不是靠近蒸汽進口位置有過硫情況，就是在距蒸汽進口位置遠端處有欠硫風(fēng)險。

圖1 蒸鍋式硫化機及外溫蒸汽進口

3 溫度均一性改進

3.1 安裝外溫盤管

為了避免外溫蒸汽在蒸鍋式硫化機內(nèi)流動時間長造成輪胎硫化蒸汽進口端與后端溫差問題，對蒸鍋式硫化機進行改造，在原外溫蒸汽進口位置加裝了一個周向的外溫盤管，其采用周向開有斜向上小孔的無縫鋼管制作而成（見圖2），開孔數(shù)量和大小根據(jù)原外溫蒸汽進口的面積計算確定，并計算確定外溫盤管開孔斜向上的角度。

圖2 外溫盤管及其開孔

加裝外溫盤管后，當(dāng)外溫蒸汽進入硫化機蒸鍋后，蒸汽不再是直接進入硫化機蒸汽室，而是先進入外溫盤管，由于距離外溫蒸汽進口位置近的盤管上小孔開孔面積較小，蒸汽基本是先順著盤管流動，待蒸汽流動到盤管末端時，由于壓力，其會從盤管上開的小孔處全部噴出，這就使得外溫蒸汽近乎同步噴到蒸汽室各處，從而減小蒸鍋內(nèi)各部位的溫差。

3.2 試驗驗證

為了驗證加裝外溫盤管后的效果，在蒸鍋內(nèi)周向安裝了7個測溫裝置，改進前后各時間溫差均值見表1，各測溫點硫化溫度曲線見圖3。

由表1可見，改進前、后各時間點的平均溫差分別為5.83和2.24 ℃。說明加裝外溫盤管后蒸鍋內(nèi)各處的溫差明顯減小，起到改進作用。

表1 改進前后各時間溫差均值 ℃

由圖3可見，改進前各點溫度曲線重合性不理想，改進后各點溫度曲線重合性很好。

圖3 改進前后硫化曲線對比

通過改進前后的測溫數(shù)據(jù)及硫化曲線對比可以看出：改進前輪胎在整個硫化階段，尤其是硫化升溫階段各點溫差較大，距離外溫蒸汽進口位置最近的測量點2與距離外溫蒸汽進口位置最遠的測量點7的溫度曲線重合性最差，其他各測溫點的溫度曲線也有不同程度的偏離；而改進后由于外溫盤管的作用，7個測溫點的溫差明顯減小，溫度曲線重合性很好。

試驗結(jié)果表明，加裝外溫盤管后輪胎硫化溫度均一性明顯提升，改進效果明顯。

4 成品輪胎性能對比

使用255/70R22.5 16PR輪胎進行驗證。

4.1 耐久性能

輪胎耐久性試驗按照GB/T 4501—2016進行，試驗條件如下：充氣停放時間 1.12 h，充氣停放溫度 31.5～37.2 ℃，標(biāo)準負荷 2 500 kg，檢測輪輞 7.50，充氣壓力 830 kPa，環(huán)境溫度35.9～40.6 ℃。輪胎耐久性能測試階段如表2所示。

表2 輪胎耐久性能測試階段

測試結(jié)果表明：改進前后輪胎在第4階段停機觀察時外觀均完好；改進前輪胎在第8階段行駛0.17 h后胎肩脫層，累計行駛時間為77.42 h，累計行駛里程為5 735.22 km；改進后輪胎完成第8階段10 h運行未損壞，累計行駛時間為87.25 h，累計行駛里程為6 628.2 km。由此可見，改進后輪胎的耐久性能提高。

4.2 高速性能

輪胎高速性能根據(jù)我公司高速性能標(biāo)準GS01測試，試驗條件如下：充氣停放時間 15.72 h，充氣停放溫度 22～24 ℃，標(biāo)準負荷 2 500 kg，檢測輪輞 7.50，充氣壓力 830 kPa，環(huán)境溫度23.7～27.7 ℃。輪胎高速性能測試階段如表3所示。

表3 輪胎高速性能測試階段

測試結(jié)果表明：改進前后輪胎在第2階段停機觀察時外觀均完好；改進前輪胎在第8階段行駛1.03 h后花紋溝裂口，累計行駛時間為18.03 h，累計行駛里程為1 539.3 km；改進后輪胎在第10階段行駛1.4 h后胎肩脫層，累計行駛時間為22.4 h，累計行駛里程為2 133.47 km。由此可見，改進后輪胎的高速性能提高。

成品輪胎性能測試結(jié)果表明，硫化溫度均一性提升后，輪胎的耐久性能和高速性能明顯提高。

5 結(jié)論

（1）按現(xiàn)行的蒸鍋式硫化機外溫蒸汽進入方式，蒸鍋內(nèi)最大溫差為12.9 ℃，平均溫差為5.83℃，溫差較大；加裝外溫盤管后，蒸鍋內(nèi)最大溫差為5.14 ℃，平均溫差為2.24 ℃，溫差明顯減小，提高了輪胎硫化溫度的均一性。

（2）成品輪胎性能測試結(jié)果表明，輪胎硫化溫度均一性提升后，輪胎的耐久性能和高速性能明顯提高。