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硫化工艺对成品轮胎性能的影响

发表时间：2021/8/9 来源：《探索科学》2021年7月13期作者：贾肖阳邓龙齐林连刚邓龙

[导读] 目前，我国的综合国力的发展迅速，硫化是轮胎生产中的重要环节之一，需要消耗大量的能量，约占轮胎生产总能耗的60%。为了提高轮胎生产效率，加大产出，需要对硫化工艺进行优化。全钢载重子午线轮胎的胎圈、胎肩等部件容易出现硫化程度不均匀，这些关键部件出现欠硫或过硫，将严重影响轮胎的使用性能，同时各部件的不同硫化程度也将在一定程度上影响轮胎的使用性能。

八亿橡胶有限责任公司贾肖阳邓龙齐林连刚邓龙山东枣庄 277000

摘要：目前，我国的综合国力的发展迅速，硫化是轮胎生产中的重要环节之一，需要消耗大量的能量，约占轮胎生产总能耗的60%。为了提高轮胎生产效率，加大产出，需要对硫化工艺进行优化。全钢载重子午线轮胎的胎圈、胎肩等部件容易出现硫化程度不均匀，这些关键部件出现欠硫或过硫，将严重影响轮胎的使用性能，同时各部件的不同硫化程度也将在一定程度上影响轮胎的使用性能。
关键词：硫化工艺；成品轮胎性能；影响
        引言
        随着工业的发展，能源的消耗越来越快，这是地球难以承受的负担。在政策的积极响应下，更多的工厂创新技术，生产低耗能产品，以降低能源的使用，保障自然环境的可持续性。在汽车领域中，由于汽车长时间的行驶，对轮胎的损坏更高，所以轮胎的质量需要达到更高的水平，如耐磨损性、高耐热性、稳定性等。其中轮胎硫化过程是轮胎生产中最重要的一步，轮胎的质量取决于硫化程度的高低。但硫化耗能也是最高，并存在严重的过硫问题，所以怎样优化配方、改善工业硫化是一项重要的研究课题，亟待解决。
        1硫化温度分布
        为对比两种硫化工艺下轮胎硫化升温情况，选取具有代表性的测温点数据作温度曲线。胎圈及肩部测温点中分别选取升温速度较慢的测温点，缓冲部位测温点选取通入内冷水后降温最快的测温点。内冷却硫化工艺测温后期胎冠表面中心及胎侧表面温度开始下降；通入冷却水后气密层中心、缓冲层中心、下模胎圈部位温度下降明显。分析如下：（1）两种硫化工艺内温过热水温度远高于饱和蒸汽温度，因此测定胶囊外表面的气密层中心测温点升温最快；（2）胎冠表面中心及胎侧表面测温点是测定模具内表面温度的，模具冠部与蒸汽接触较胎侧部位充分，因此胎冠表面中心升温速度快；（3）该规格轮胎冠部与肩部尺寸相差较小，冠部花纹块较大，受模具传热较肩部慢，因此胎冠中心升温速度最慢；（4）内冷却硫化工艺外温蒸汽循环关闭早，因此测定模具内表面温度的胎冠表面中心及胎侧表面测温点在硫化后期温度出现下降；（5）内冷却水温度低，通入后硫化内温迅速降低，在内冷却效应的作用下，气密层中心测温点温度迅速下降，因此受内温影响大的缓冲层中心及胎圈部位温度也明显下降。通入冷却水后缓冲层中心温度下降明显，说明通入内冷水可以明显降低胎体及缓冲层部位出罐时温度，有利于降低帘线收缩。
        2全钢载重子午线轮胎硫化机自动化改造的现状
        就我国现阶段发展状况来看，在进行轮胎制造过程中所使用的硫化机大都是半自动的，在对轮胎进行硫化操作过程中，需要相关工作人员先进行卸胎以及装胎的工作，而一般情况下工作人员需要同时对五到六台硫化机进行看管以及操作，但是在一些发达的西方国家，其在进行轮胎硫化机生产过程中，已经基本上实现了全自动化生产，并不需要工作人员进行卸胎以及装胎，这也是我国目前与西方国家在轮胎硫化机自动化程度上面的差距。除此以外，在现阶段发展过程中，轮胎制造厂商还面临着一些硫化机自动化问题，比如说（1）硫化机在实际运行过程中功能的实现效果并不是十分的稳定，导致生产出来的轮胎质量一致性较差;（2）硫化机在运行中并没有完善的自我保护体系，相应的控制机制以及程序等也有待完善，即使有的硫化机具有控制程序，但是控制程序较为落后并不符合现阶段发展要求，这也导致硫化机的生产效率较低;（3）硫化机的定性压力并不是十分的稳定，而且工作人员在进行装胎的过程中，硫化胶囊会从硫化机的缝隙中挤压出来，导致装胎效果较差，既会对轮胎造成一定的损伤，又会在极大程度上影响其实际运行效果;（4）硫化机在进行硫化胶囊以及模具喷涂的过程中并不是很稳定，导致喷涂达不到相应的效果。

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        3优化措施分恩熙
        3.1硫化测温技术
        轮胎由多层橡胶制作而成，由外向里的分层传递热量，导致内外热量的不均匀扩散而形成动态温度差，以致于硫化不统一进而影响轮胎质量。但是常规的测温方式并不能得到准确的结果，则需要采用硫化测温技术。硫化测温技术包括硫化测温和硫化计算。硫化测温以热电偶作为温度传感器，以热电效应为基础。硫化测温中的热电偶能实现温度信号到热电势信号的转变，确立位置、时间、温度三者的动态变化，是硫化测温仪重要的组成部分，工业中常用的T型热电偶，拥有高精度、高灵敏等优异性能，能精确的测定轮胎硫化程度及各部位温度差异的实时变化。硫化测温仪主要分为3种：高档型、简易型、智能型。硫化计算则是结合测定的大数据，通过计算来分析硫化工艺的可行性，并研究测定轮胎的质量水平。在硫化测温得到的实验数据中只能粗略了解时间-温度-位置三者之间的动态关系，而要细致的分析测定轮胎的硫化程度，还需进行复杂的数学计算得到过硫度、硫化时间、活化能值等准确数据。
        3.2硫化工艺
        以硫化测温技术为基础，通过数据分析验证不同的硫化工艺下轮胎的成型质量，进而对轮胎工艺进行有效的改善。轮胎由橡胶构成，橡胶在制造轮胎过程中，会产生硫化现象。所以，对橡胶的理化性质要进一步探讨研究。硫化大致经过3个阶段：①活性剂、硫磺、促进剂的化学反应。②橡胶大分子相互反应产生交联现象。③交联反应经过熟化、短化、重排、改性等过程，交联键逐渐稳固。橡胶的线性大分子在一定的压力、温度下通过物理化学作用而生成三维网状结构，这个过程就是硫化。硫化工艺的改善是在硫化测温的基础上进行，因此测温的数据能更直观的反映出生产轮胎的质量水平，从而改善硫化工艺和硫化配方。硫化测温发展多年，随着以前误差大、精度小的不成熟阶段到现在精度高、误差低的高技术阶段的转变，硫化测温对轮胎生产硫化过程的影响逐渐提升，因此，要制造出性能优越的轮胎，需要更好、更成熟的硫化测温技术。因此，以下通过实验具体分析在测温技术下对硫化工艺的改进。
        3.3氮气蒸汽硫化
        硫化作为轮胎生产中最重要的一步，是决定轮胎质量和使用时间的决定性因素，因此硫化工艺的技术革新至关重要，在长时间的发展中，轮胎硫化技术从等温等压转变为变温，使用的硫化介质也从高压蒸汽转变为氮气硫化工艺从而转变为氮气蒸汽硫化。在氮气蒸汽硫化中，氮气供压、蒸汽产热的方式既简单又高效，被广泛的应用于轮胎生产中。氮气的优点体现在以下几个方面：（1）氮气为无污染气体，能直接排放在空气中，降低工艺成本。（2）氮气的比热容较低，因此吸收的热量更少，这样对硫化中的温度影响更小，硫化质量更高。（3）氮气与水的不相溶性，因此压力的损失更小，并且可以在一定范围内调试，极大提高生产过程。（4）氮气化学性质稳定，不会与周围物质产生化学作用，因此不会对材料产生破坏。
        结语
        本工作根据气泡法试验及硫化测温结果，适当调整高压蒸汽时间和氮气硫化时间，优化轮胎各部件硫化程度，尤其是轮胎胎圈三角胶等关键部件的硫化程度，结果表明：成品轮胎胶料的物理性能相当；成品轮胎胎圈的耐久性试验累计行驶时间延长526min，行驶里程提高5.97%；成品轮胎的耐久性试验累计行驶时间延长810min，行驶里程提高11.29%，成品轮胎的耐久性能明显提高，同时生产成本降低。
参考文献
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