全鋼載重子午線輪胎內(nèi)襯層生產(chǎn)工藝的研究

張 彬，吳會忠，應(yīng)鑫盛，施 晶，劉德通

[1.杭州中策清泉實業(yè)有限公司，浙江 杭州 311404；2.杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310008；3.中策橡膠（建德）有限公司，浙江 建德 311607]

內(nèi)襯層是輪胎的重要部件，位于輪胎的最內(nèi)層，對于有內(nèi)胎輪胎來說，其作用是減少胎體與內(nèi)胎間的摩擦，防止空氣滲透到胎體內(nèi)部。而對于無內(nèi)胎輪胎來說，內(nèi)襯層，特別是氣密層，還具有保持輪胎內(nèi)壓的作用。

全鋼載重子午線輪胎的內(nèi)襯層一般由氣密層和過渡層兩層復(fù)合組成，氣密層具有良好的氣密性，可起保壓和防止空氣滲透的作用；而過渡層作為氣密層與胎體簾布間的中間層，與胎體簾布有良好的粘合性，促使各層間緊密結(jié)合，防止氣泡和層間脫開等病疵的產(chǎn)生[1-3]。

在傳統(tǒng)的輪胎內(nèi)襯層生產(chǎn)中，主要有型輥壓延法和四輥壓延法兩種生產(chǎn)工藝，其生產(chǎn)的內(nèi)襯層幅寬大，質(zhì)量相對穩(wěn)定，但壓延設(shè)備相對復(fù)雜，成本高、維護保養(yǎng)難度大，同時生產(chǎn)一定形狀內(nèi)襯層使用的型套價格高、制作周期長，對生產(chǎn)和設(shè)備維護不利。全鋼載重子午線輪胎內(nèi)襯層生產(chǎn)主要采用型輥壓延法。

綜合傳統(tǒng)內(nèi)襯層生產(chǎn)工藝的優(yōu)劣勢，桂林橡膠設(shè)計院有限公司設(shè)計開發(fā)了口型＋單輥筒擠出（以下簡稱口型擠出法）的內(nèi)襯層生產(chǎn)線。本工作主要對型輥壓延法和口型擠出法內(nèi)襯層生產(chǎn)工藝進行對比研究[4-9]。

1 生產(chǎn)線主要設(shè)備

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

（1）型輥壓延法內(nèi)襯層生產(chǎn)線：Φ250 mm銷釘冷喂料擠出機（過渡層） 1臺，Φ200 mm銷釘冷喂料擠出機（氣密層） 1臺，橡膠雙輥壓延機（上輥可更換型套） 2臺，過渡層輻照設(shè)備 1臺，生產(chǎn)輔線 1套。

（2）口型擠出法內(nèi)襯層生產(chǎn)線：Φ250 mm銷釘冷喂料擠出機（含機頭） 2臺，過渡層輻照設(shè)備1臺，生產(chǎn)輔線 1套。

1.2 擠出機及機頭

型輥壓延法內(nèi)襯層擠出機及機頭如圖1所示，口型擠出法內(nèi)襯層擠出機及機頭如圖2所示。

圖1 型輥壓延法內(nèi)襯層擠出機及機頭示意

圖2 口型擠出法內(nèi)襯層擠出機及機頭示意

型輥壓延法內(nèi)襯層機頭配置雙輥筒壓延模式，其中上輥可調(diào)節(jié)輥筒高度及可更換型套以適應(yīng)不同規(guī)格產(chǎn)品的生產(chǎn)。同時，生產(chǎn)結(jié)束或更換膠料時，為方便清理擠出機及機頭內(nèi)的剩余膠料，擠出機通過固定軌道可向后移動。

口型擠出法內(nèi)襯層機頭及擠出機均為固定模式，不可移動，更換規(guī)格通過設(shè)置于機頭前部的口型更換來實現(xiàn)。口型擠出法的操作相對更為簡便。

2 生產(chǎn)工藝參數(shù)

兩條生產(chǎn)線在同一天生產(chǎn)相同規(guī)格的內(nèi)襯層，因過渡層擠出機型號一致，以過渡層為主對比兩種生產(chǎn)工藝的差異。試驗結(jié)果如表1所示。

表1 兩種生產(chǎn)工藝的差異

從表1可以看出：在相同擠出溫度（104 ℃）情況下，型輥壓延法的生產(chǎn)速度較口型擠出法提升20%；在相同生產(chǎn)速度（12 m·min-1）情況下，口型擠出法的擠出溫度比型輥壓延法高6 ℃。

對比兩種工藝的擠出機頭壓力，型輥壓延法的壓力較低，壓力差異與生產(chǎn)速度和擠出溫度的差異相對應(yīng)，說明擠出機頭壓力降低有利于提升內(nèi)襯層的生產(chǎn)速度和降低擠出溫度。

3 內(nèi)襯層質(zhì)量

3.1 尺寸穩(wěn)定性

內(nèi)襯層的厚度和寬度是重要的質(zhì)量控制指標(biāo)，本次試驗通過安裝于生產(chǎn)線的在線掃描設(shè)備截取內(nèi)襯層生產(chǎn)穩(wěn)定期間20 min時間內(nèi)的厚度和寬度數(shù)據(jù)，然后對所獲取的樣本數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，并計算極差和均方差，結(jié)果如表2所示。

表2 內(nèi)襯層的尺寸穩(wěn)定性分析結(jié)果 mm

通過樣本數(shù)據(jù)的極差和均方差的計算結(jié)果可以看出，無論在厚度還是寬度方面，型輥壓延法生產(chǎn)的內(nèi)襯層的數(shù)值（波動值）均小于口型擠出法，說明型輥壓延法生產(chǎn)的內(nèi)襯層尺寸穩(wěn)定性更佳，波動更小，相對口型擠出法有優(yōu)勢。

3.2 表面質(zhì)量

3.2.1 外觀質(zhì)量

兩種工藝生產(chǎn)的內(nèi)襯層的外觀質(zhì)量如圖3所示。

圖3 兩種工藝生產(chǎn)的內(nèi)襯層的外觀質(zhì)量

從圖3可以看出：型輥壓延法生產(chǎn)的內(nèi)襯層表面光滑，無熟膠、冷斑現(xiàn)象；口型擠出法生產(chǎn)的內(nèi)襯層表面輕微粗糙，無熟膠、冷斑現(xiàn)象。

兩種工藝生產(chǎn)的內(nèi)襯層的外觀質(zhì)量表現(xiàn)有所差別，型輥壓延的內(nèi)襯層表面光滑，顏色深黑，而口型擠出的內(nèi)襯層的表面則顯得粗糙，顏色也沒有型輥壓延的內(nèi)襯層黑亮。

3.2.2 表面粘性

內(nèi)襯層在輪胎成型時分別與胎體和胎側(cè)等部件結(jié)合，確保內(nèi)襯層，特別是過渡層具有良好的表面粘性，是內(nèi)襯層與胎體和胎側(cè)有效粘合的重要保證，因此，表面粘性也是內(nèi)襯層質(zhì)量控制的一個關(guān)鍵指標(biāo)。

輪胎半成品表面粘性的強弱與膠料配方、半成品加工工藝和半成品停放時間等強相關(guān)，本次試驗型輥壓延法與口型壓出法采用的膠料一致，停放時間相同。

對兩種不同工藝生產(chǎn)的過渡層取樣，采用北京萬匯一方科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的RZN-Ⅱ型橡膠自粘性測定儀進行粘性檢測。檢測方法為：在測試輪上安裝標(biāo)準(zhǔn)試樣，以20 cm·min-1的壓合速度作用檢測試樣1 s，再以20 cm·min-1的扯離速度將標(biāo)準(zhǔn)試樣與檢測試樣分離，設(shè)備自動計算出扯離力，即為表面粘性值。

在相同生產(chǎn)速度下，型輥壓延法和口型擠出法生產(chǎn)的過渡層的表面粘性分別為10.70和8.04 N；在相同擠出溫度下，型輥壓延法和口型擠出法生產(chǎn)的過渡層的表面粘性分別為10.70和9.30 N。

從檢測結(jié)果可以看出，在同等條件下，型輥壓延法生產(chǎn)的過渡層的表面粘性比口型擠出法生產(chǎn)的過渡層高10%～20%。

4 其他方面

4.1 更換規(guī)格

影響生產(chǎn)效率的因素很多，除了前面提到的生產(chǎn)速度外，規(guī)格更換時間也是一個重要的因素。

從單次更換規(guī)格的時間看，型輥壓延法因需要更換型套及擠出機后退等步驟，耗時較長，一般一次更換需要20～30 min。而口型擠出法更換規(guī)格只需要將口型盒打開，拆裝口型板，一般一次更換只需要2～3 min。相較于型輥壓延法，口型擠出法單次更換規(guī)格可節(jié)約時間90%。

更換規(guī)格時間優(yōu)勢對于需要經(jīng)常更換規(guī)格的多批次少量生產(chǎn)有利。

4.2 內(nèi)襯層的原材料成本

如前所述，內(nèi)襯層的型套由于加工成本高、周期長，一般情況下很少進行改變，使結(jié)構(gòu)工程師在進行輪胎設(shè)計時，經(jīng)常無法達到需求的內(nèi)襯層形狀，為了保證輪胎質(zhì)量，只能選用已有的結(jié)構(gòu)設(shè)計過剩的型套，造成內(nèi)襯層原材料浪費，從而使輪胎成本提高，不利于市場競爭。

我公司在引入口型擠出法生產(chǎn)線時，結(jié)構(gòu)工程師有意識地對一些產(chǎn)品的內(nèi)襯層結(jié)構(gòu)設(shè)計過剩情況進行優(yōu)化，對內(nèi)襯層結(jié)構(gòu)重新設(shè)計，使硫化后的輪胎胎里厚度更趨均勻，在確保輪胎質(zhì)量的前提下，降低內(nèi)襯層的原材料成本，提升產(chǎn)品的競爭力。

對結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的內(nèi)襯層進行成本測算，每條輪胎可節(jié)約原材料成本1～3元，年累計可節(jié)約成本100萬元以上。

4.3 輪胎病疵

內(nèi)襯層引起的輪胎病疵主要為胎里氣泡，在以往統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)，口型擠出法生產(chǎn)的內(nèi)襯層在胎里氣泡方面要明顯好于型輥壓延法。本次試驗兩種工藝生產(chǎn)的內(nèi)襯層在同一臺成型機上進行輪胎成型。輪胎胎里氣泡發(fā)生率如表3所示。

表3 輪胎胎里氣泡發(fā)生率

從表3可以看出，口型擠出法生產(chǎn)內(nèi)襯層的輪胎胎里氣泡發(fā)生率下降約23.8%，對輪胎質(zhì)量提升有利。

口型擠出的內(nèi)襯層表面稍微粗糙，在保證表面粘性的情況下，其與胎體或胎側(cè)貼合時，因表面不平整利于層間氣泡排出，而不會形成層間窩氣，進而降低病疵的發(fā)生。型輥壓延內(nèi)襯層則與之相反，其表面光滑，粘性較高，成型貼合時容易窩氣而導(dǎo)致病疵的發(fā)生。

4.4 設(shè)備維護和保養(yǎng)

型輥壓延法主機由擠出機和壓延機組成，一般采用2套PLC控制程序，存在兩套程序間的銜接問題，同時，每次更換規(guī)格需要將擠出機后退，型套內(nèi)輥抬起和落下，相對控制程序更為復(fù)雜，故障率也更高，維護保養(yǎng)的難度增加。

口型擠出法主機為一套系統(tǒng)，更換規(guī)格只需將口型盒移出再重新裝入即可，相對控制程序簡單，可大幅降低故障率和維護保養(yǎng)的難度。

5 結(jié)語

作為兩種不同的內(nèi)襯層生產(chǎn)工藝，型輥壓延法和口型擠出法存在各自的優(yōu)勢和不足，相對口型擠出法，型輥壓延法具有內(nèi)襯層表面質(zhì)量優(yōu)良、尺寸穩(wěn)定性強和生產(chǎn)速度高等優(yōu)勢，但在更換規(guī)格、成品病疵、設(shè)備維護保養(yǎng)和工裝設(shè)計加工等方面不如口型擠出法，口型擠出法可實現(xiàn)內(nèi)襯層規(guī)格快速變更，降低成本。針對兩種工藝的優(yōu)劣勢，輪胎公司可根據(jù)自身需求，合理選擇滿足自身條件的內(nèi)襯層生產(chǎn)工藝路線。