橡膠履帶質(zhì)量問題的原因分析及解決措施

王麗莉，王克成

（1.樺林佳通輪胎有限公司，黑龍江 牡丹江 157032；2.浙江富銘工業(yè)機械有限公司，浙江 臨海 317000）

橡膠履帶由橡膠部分和鋼絲簾線、纖維簾布、芯金（鐵齒）組成，橡膠部分包括花紋側(cè)膠、底膠、鋼絲簾線膠、簾布膠、緩沖膠、齒膠和輪側(cè)膠。橡膠履帶結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 橡膠履帶結(jié)構(gòu)

裂口、氣泡、鋼絲簾線斷裂是橡膠履帶常見質(zhì)量問題，這些問題給橡膠履帶生產(chǎn)企業(yè)和用戶造成較大的經(jīng)濟損失。下面介紹橡膠履帶裂口、氣泡、鋼絲簾線斷裂的產(chǎn)生原因，并提出相應(yīng)的解決措施。

1 帶體裂口

橡膠履帶在生產(chǎn)和使用過程中產(chǎn)生的裂口影響其使用壽命，通過改進生產(chǎn)工藝、優(yōu)化帶體結(jié)構(gòu)和膠料配方，可以有效減少橡膠履帶裂口，提高橡膠履帶質(zhì)量。

1.1 硫化過程中產(chǎn)生的裂口

1.1.1 接頭部位花紋側(cè)膠裂口

橡膠履帶硫化過程中接頭部位花紋側(cè)膠裂口如圖2所示。

圖2 橡膠履帶硫化過程中接頭部位花紋側(cè)膠裂口

（1）原因分析

①橡膠履帶采用二次硫化工藝。在一次硫化時帶體4個端部對應(yīng)的平板部位需要通循環(huán)冷卻水，以控制端部的硫化程度，以便二次硫化時帶體接頭硫化。如果一次硫化時公共齒接頭部位外側(cè)表層已硫化，內(nèi)層卻嚴(yán)重欠硫，二次硫化時花紋側(cè)膠表層和內(nèi)層間出現(xiàn)層流，花紋側(cè)膠被擠壓、重疊，形成裂口。

②花紋側(cè)膠底角度過渡圓弧半徑偏小，由于一次硫化時花紋側(cè)膠體積膨脹，在二次硫化時造成花紋側(cè)膠表層被模具擠壓出痕跡，形成裂口。

（2）解決措施

①標(biāo)定硫化時通冷卻水時間和冷卻水溫度、流量，生產(chǎn)作業(yè)時嚴(yán)格控制這些指標(biāo)，同時采取大循環(huán)供水系統(tǒng)，縮小供水系統(tǒng)溫差。

②優(yōu)化橡膠履帶花紋塊結(jié)構(gòu)，提高模具加工精度。

1.1.2 輪側(cè)膠裂口

橡膠履帶硫化過程中輪側(cè)膠裂口如圖3所示。

圖3 橡膠履帶硫化過程中輪側(cè)膠裂口

（1）原因分析

①一次硫化時接頭公共齒輪側(cè)膠部位過熟，二次硫化時造成輪側(cè)膠表層接頭痕跡，形成重皮或裂口。

②輪側(cè)膠施工長度或質(zhì)量偏大，造成部分輪側(cè)膠擠入一次硫化已硫化的部位，形成重皮或裂口。

③模具溫度過高，膠料焦燒時間過短，致使膠料在硫化合模和排氣時早期硫化。

（2）解決措施

①按指標(biāo)嚴(yán)格控制一次硫化時通冷卻水時間和冷卻水溫度、流量。

②標(biāo)定施工標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)作業(yè)時嚴(yán)格執(zhí)行。

③降低模具溫度，改進輪側(cè)膠配方，延長輪側(cè)膠焦燒時間。

1.1.3 二次硫化時模具邊部內(nèi)側(cè)花紋側(cè)膠裂口

橡膠履帶二次硫化時模具邊部內(nèi)側(cè)花紋側(cè)膠裂口如圖4所示。

圖4 橡膠履帶二次硫化時內(nèi)側(cè)花紋側(cè)膠裂口

（1）原因分析

①一次硫化時欠硫區(qū)域過大，達(dá)到二次硫化的模具邊部。

為描述系統(tǒng)的切換拓?fù)淝樾危x分段函數(shù)σ:[0,)→Λ={1,2,…,M}，其中M表示系統(tǒng)所有可能的通信拓?fù)淝闆r.同時，為描述系統(tǒng)通信拓?fù)渲械臅r延情形，令τr(t)∈{τij(t):i,j=1,2,…,n,i≠j}，其中r=1,2,…,m(mn(n-1))，并且假設(shè)存在常數(shù)τ0使0<τr(t)>τr(t)

②二次硫化時帶體壓齒數(shù)少，不能承受合模時產(chǎn)生的擠壓力。

③鋼絲簾線周長偏小，裝模時過分拉伸定位。

④合模操作不規(guī)范，加壓排氣次數(shù)過多，合模擠壓力過大。

⑤二次硫化時接頭施工長度和質(zhì)量偏大，擠壓流失膠料過多。

（2）解決措施

①通過熱電偶測溫，準(zhǔn)確控制帶體欠硫區(qū)域的硫化程度。帶體欠硫程度隨著距模具端部距離增大呈遞減趨勢。帶體欠硫區(qū)域控制在距模具端部270 mm以內(nèi)。

②確定二次硫化時帶體的壓齒數(shù)，即齒節(jié)距在96 mm以上時，壓齒數(shù)不小于2；齒節(jié)距在72～96 mm時，壓齒數(shù)不小于3；齒節(jié)距在52.5～72 mm時，壓齒數(shù)不小于4；齒節(jié)距在48～52.5 mm時，壓齒數(shù)不小于5。

③鋼絲簾線成型盤直徑定位準(zhǔn)確，保證鋼絲簾線周長公差在規(guī)定范圍內(nèi)。裝模時拉伸定位適宜。

⑤一次硫化出模的帶體需要二次定長，按預(yù)成型施工標(biāo)準(zhǔn)裁切，使裁切帶體尺寸接近模具內(nèi)輪廓，即保證裝模后模腔內(nèi)仍有一定空間，以利于膠料流動，使膠料充滿模腔并利于排氣。

1.1.4 芯金根部、芯金側(cè)部膠裂口

橡膠履帶硫化過程中芯金根部和芯金側(cè)部膠裂口如圖5所示。

圖5 橡膠履帶硫化過程中芯金根和芯金側(cè)部膠裂口

（1）原因分析

①芯金與模具吻合不當(dāng)，造成膠料流動受阻。

②膠料施工質(zhì)量偏小，造成缺膠。

③膠料流動性不佳，未充滿模腔。

④模具表面不潔或結(jié)垢過多，膠料不易流動。

⑤模具排氣線及排氣孔分布不合理、不足或堵塞，致使輪側(cè)膠與模腔壁間的空氣未完全排出。

（2）解決措施

①按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計芯金，杜絕使用不合格的芯金。

②嚴(yán)格按預(yù)成型施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)稱取膠料。

③降低輪側(cè)膠門尼粘度，提高其流動性。

④定期清洗模具，保持模具表面無垢、清潔。

⑤合理分布模具排氣孔和排氣線，排氣線間互相連通，相鄰排氣線的排氣孔均勻錯開，疏通堵塞的排氣孔。

1.2 使用過程中產(chǎn)生的裂口

1.2.1 芯金上輪側(cè)膠裂口

橡膠履帶使用過程中產(chǎn)生的芯金上輪側(cè)膠裂口如圖6所示。

圖6 橡膠履帶使用過程中芯金上輪側(cè)膠裂口

（1）原因分析

①齒膠粘合強度低，橡膠履帶使用過程中齒膠與芯金剝離，使附著在芯金上的輪側(cè)膠被機械齒輪碾壓，形成裂口。

②芯金處理和使用不規(guī)范，表面不潔或粘上灰塵，導(dǎo)致芯金松動，直至與齒膠剝離。

③硫化機電加熱管損壞未及時發(fā)現(xiàn)，造成鋼絲簾線膠和齒膠產(chǎn)生欠硫氣泡，橡膠履帶使用過程中出現(xiàn)齒膠與輪側(cè)膠脫層，形成裂口。

④鋼絲簾線浸漬膠漿中的溶劑揮發(fā)不凈、鋼絲簾線壓合不實、鋼絲頭部翹起，造成鋼絲簾線膠與齒膠產(chǎn)生窩氣，橡膠履帶使用過程中出現(xiàn)齒膠與輪側(cè)膠脫層，直至形成裂口。

（2）解決措施

①改進齒膠配方，提高齒膠與芯金粘合強度。

②除盡芯金拋丸處理后的噴砂殘渣，并對芯金表面進行磷化處理，使其形成微晶磷化膜，防止芯金表面出現(xiàn)銹跡、污漬和氧化層。

③對硫化機進行改進，增加電路故障報警器，及時維修硫化機電路，同時按規(guī)定延時硫化產(chǎn)品。

④鋼絲簾線浸漬膠漿的濃度適當(dāng)，鋼絲簾線浸膠均勻，上無積膠現(xiàn)象，浸漬膠漿后熱風(fēng)吹干，待膠漿中的溶劑充分揮發(fā)后包膠片和纖維帆布，以免硫化后帶體脫層、鼓泡，直至裂口。

1.2.2 接頭區(qū)域開裂

橡膠履帶使用過程中出現(xiàn)的接頭區(qū)域開裂如圖7所示。

圖7 橡膠履帶使用過程中接頭區(qū)域開裂

（1）原因分析

①花紋側(cè)膠施工尺寸過小，帶體接頭靠硫化合模時擠壓完成。

②花紋側(cè)膠二次定長時接頭部位未整理好，接頭界面粘合性能不好。

③接頭區(qū)域或其外側(cè)欠硫，造成接頭部位拉伸強度和定伸應(yīng)力等物理性能下降。

④接頭區(qū)域或其外側(cè)過硫，造成接頭部位撕裂強度和拉斷伸長率等物理性能下降。

（2）解決措施

①對二次硫化花紋側(cè)膠施工尺寸進行標(biāo)定、調(diào)整，使之與一次硫化的帶體壓接上，改擠壓對接方式為壓接方式。

②一次硫化帶體與花紋側(cè)膠的各端部修整出45°斜面，便于粘合。

③接頭部位二次硫化區(qū)域包括所有一次硫化的欠硫部位，二次硫化時確保欠硫部位完成硫化。

④二次硫化時接頭區(qū)域壓齒數(shù)過多、尺寸過大時相應(yīng)硫化平板部位必須通冷卻水，確保已硫化的部位不再升溫硫化。

1.2.3 花紋側(cè)膠裂口

橡膠履帶使用中發(fā)生的花紋側(cè)膠裂口如圖8所示。

圖8 橡膠履帶使用過程中花紋側(cè)膠裂口

（1）原因分析

①膠料混煉加工不均勻，造成帶體局部物理性能不均勻。

②花紋側(cè)膠硬度過大，耐屈撓龜裂性能和耐龜裂增長性能下降。

③機械自質(zhì)量大，行駛速度快。

（2）解決措施

①膠料采用2段混煉，以提高并用膠的相容性和炭黑在膠料中的分散性。

②改進花紋側(cè)膠配方，提高含膠率，降低硬度，從而提高花紋側(cè)膠的耐屈撓龜裂性能和耐龜裂增長性能。

③根據(jù)機械的用途和性能變化，開發(fā)不同的橡膠履帶，以適應(yīng)市場需求。

2 帶體氣泡

橡膠履帶硫化時在膠料中、鋼絲簾線間以及纖維簾布間產(chǎn)生氣泡，表現(xiàn)為在帶體表面、鐵齒溝槽間出現(xiàn)明疤，這不僅影響橡膠履帶外觀質(zhì)量，而且影響橡膠履帶性能。橡膠履帶硫化時產(chǎn)生氣泡的主要因素有原材料、混煉膠、半成品、設(shè)備和模具等。

2.1 原材料

原材料因素致使橡膠履帶產(chǎn)生氣泡的原因及解決措施如下。

（1）原因分析

①天然橡膠水分與揮發(fā)分含量超標(biāo)。

②橡膠助劑在倉儲、運輸和配料等環(huán)節(jié)受潮，水分含量增大。

③鋼絲簾線浸漬膠漿未干或鋼絲簾線受潮。

④纖維簾布受潮。

（2）解決措施

①天然橡膠切膠后烘烤，嚴(yán)格控制其水分和揮發(fā)分含量。

②增加助劑防潮措施，尤其在雨季、霧天避免助劑在倉儲、運輸和配料等過程中受潮、淋濕，配好的原料用塑料袋封裝。

③鋼絲簾線在使用前1 h打開包裝，保持室內(nèi)濕度不超標(biāo)，避免鋼絲簾線受潮。

④纖維簾布壓延前加熱烘干，簾布在進壓延機前回潮率小于1%。

2.2 混煉膠

混煉膠因素致使橡膠覆帶產(chǎn)生氣泡的原因及解決措施如下。

（1）原因分析

①混煉膠分散性能不理想。

②混煉溫度偏低，水分揮發(fā)不凈；二段混煉排膠溫度高，在開煉機上加硫黃時硫黃熔化或膠料焦燒。

③混煉膠停放時間不足或沒有停放就直接使用。

④膠料熱煉不均勻，出型膠料表面不光滑。

⑤熱煉時膠料表面包裹空氣，出型膠料窩藏空氣。

（2）解決措施

①優(yōu)化膠料配方，選用易分散助劑或使用分散劑、均勻劑等加工助劑以提高膠料的分散性能。

②膠料混煉采用2段密煉工藝，一段混煉時提高混煉溫度，讓原材料中的水分與揮發(fā)分充分揮發(fā)。膠料停放后再進行二段混煉，控制二段排膠溫度，避免硫黃熔化或膠料焦燒。

③嚴(yán)格控制塑煉、一段混煉、二段混煉、出型膠料的停放時間，保證各種橡膠助劑充分?jǐn)U散，提高膠料的均勻性。

④熱煉時通過割刀、落盤、搗膠等操作使膠料混煉均勻。采用熱煉與出型分開的作業(yè)方式，提高出型膠料表面的光滑程度。

⑤采用擠出工藝擠出膠料，出型膠料不窩藏空氣。

2.3 半成品

半成品因素致使橡膠履帶產(chǎn)生氣泡的原因及解決措施如下。

（1）原因分析

①開煉機輥筒溫度、熱煉供膠溫度、擠出排膠溫度控制不嚴(yán)格，半成品表面有氣泡。

②簾布及簾布膠中留存空氣，導(dǎo)致壓延簾布中包裹空氣，成型和硫化時難以排凈。

③出型半成品部件厚度、寬度和質(zhì)量公差大，影響膠料在模腔中流動。

④預(yù)成型時膠料多層疊起，窩藏空氣。

⑤鋼絲簾線之間空隙大，覆膠時易窩藏空氣。

⑥硫化壓力偏低，膠料致密性能差，易產(chǎn)生氣泡。

⑦硫化升溫不夠，產(chǎn)生欠硫氣泡。

（2）解決措施

①控制開煉機容量、輥筒溫度，防止供膠溫度和擠出排膠溫度過高而致使氣泡裹在膠料中難以除去。

②順著壓延簾布經(jīng)線排布多組棉線和在壓延簾布卷取裝置前增設(shè)刺氣泡裝置，提升簾布層間排氣效果。

③修正擠出口型板結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格控制半成品的施工尺寸及公差，且?guī)餍螤钣欣谀z料充模。

④預(yù)成型時多層膠料疊起，膠層壓排氣線，以減少膠層間存留空氣。同時，膠料刺貫穿孔，或用氣泡針刺破膠料表層氣泡。

⑤鋼絲簾線覆膠工藝由涂刷膠漿和貼膠片改為擠出覆膠，以降低覆膠鋼絲簾線空氣含量。

⑥合理設(shè)定硫化壓力，保證膠料流動，充滿模腔。

⑦嚴(yán)格控制硫化溫度，改手控操作為自控操作。

2.4 設(shè)備與模具

（1）原因分析

①平板硫化機溫控系統(tǒng)偏差大，模腔溫度偏高，縮短了膠料的充模流動時間。

②模具表面損傷、凹凸不平，影響膠料的流動性。

③模具表面結(jié)垢，影響膠料的流動性。

④模具排氣線與排氣孔分布不合理，排氣線偏細(xì)，排氣孔直徑偏小，影響排氣效果。

⑤模具輪側(cè)芯金溝槽、導(dǎo)角處結(jié)構(gòu)不合理，膠料進入時產(chǎn)生層次，致使膠料夾帶的氣體不能排凈，合模排氣時膠料在此處易產(chǎn)生渦流、湍流、重疊。

（2）解決措施

①調(diào)整硫化機測溫點和改進溫控傳感系統(tǒng)，準(zhǔn)確控制模腔溫度。

②修復(fù)模具表面損傷處，防止模具表面損傷。

③定時對模具表面進行清洗、拋光，保證模具表面光潔度。

④改進模具排氣線和排氣孔布局，合理布局排氣線和排氣孔，排氣線適當(dāng)加粗，且縱橫貫通，加大排氣孔直徑，提升排氣效果。

⑤優(yōu)化模具的輪側(cè)芯金溝槽、導(dǎo)角處結(jié)構(gòu)，避免或減少膠料在此處產(chǎn)生渦流、重疊現(xiàn)象。

3 鋼絲簾線斷裂

橡膠履帶中的鋼絲簾線層又稱強力層，是橡膠履帶中承受張力和傳遞動力的骨架層。解決橡膠履帶因鋼絲簾線斷裂而報廢的問題是橡膠履帶行業(yè)重要的課題。

3.1 鋼絲簾線膠脫層

橡膠覆帶鋼絲簾線膠脫層導(dǎo)致的鋼絲簾線斷裂如圖9所示。

圖9 橡膠履帶鋼絲簾線膠脫層導(dǎo)致的鋼線簾線斷裂

（1）原因分析

①鋼絲簾線擠出或纏繞時排列過密，導(dǎo)致鋼絲簾線縫隙間無覆膠，或鋼絲簾線與鋼絲簾線膠粘合強度低等造成鋼絲簾線膠脫層，致使鋼絲簾線斷裂。

②鋼絲簾線和鋼絲簾線膠表面不潔（有油污和灰塵）、鋼絲簾線膠噴霜等造成鋼絲簾線膠脫層。

③鋼絲簾線與芯金間距過小，造成鋼絲簾線膠與鋼絲簾線、鋼絲簾線膠與芯金粘合強度低，造成鋼絲簾線膠脫層。

④二次硫化前帶體接頭部位未補貼好鋼絲簾線膠，或未包好、壓實，窩藏有空氣，降低了鋼絲簾線與鋼絲簾線膠的粘合強度，造成鋼絲簾線膠局部脫層。

⑤鋼絲簾線浸漬膠漿后汽油揮發(fā)不凈就覆膠，硫化時鋼絲簾線與鋼絲簾線膠間鼓泡，鋼絲簾線膠脫層。

（2）解決措施

①在鋼絲簾線擠出或纏繞時嚴(yán)格按施工標(biāo)準(zhǔn)控制排列密度，防止鋼絲簾線疊起，保證鋼絲簾線間覆膠。

②加強鋼絲簾線及鋼絲簾線膠的作業(yè)現(xiàn)場管理，保持其表面清潔。

③鋼絲簾線擠出或纏繞時膠片厚度達(dá)標(biāo)，在芯金與鋼絲簾線間增加一定厚度和寬度的膠片。

④二次硫化前將接頭部位鋼絲簾線修整好，補貼鋼絲簾線膠后壓實，防止窩藏空氣。

⑤鋼絲簾線浸漬膠漿濃度達(dá)標(biāo)，膠漿干后再覆膠。

3.2 帶體裂口

橡膠覆帶帶體裂口導(dǎo)致的鋼絲簾線斷裂如圖10所示。

圖10 橡膠履帶帶體裂口導(dǎo)致的帶體鋼絲簾線斷裂

（1）原因分析

①接頭裂口直至開裂，造成鋼絲簾線層進水，導(dǎo)致鋼絲簾線腐蝕生銹、斷裂。

②接頭區(qū)域欠硫、花紋側(cè)膠不耐磨，帶體在很短的時間出現(xiàn)禿花掉塊、裂口現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼絲簾線腐蝕生銹、斷裂。

（2）解決措施

①一次硫化時嚴(yán)格控制接頭區(qū)域硫化程度，確保接頭公共齒一半全硫化另一半欠硫；二次硫化時花紋側(cè)膠搭在欠硫部位兩端，避免接頭區(qū)域膠料對接。

②一次硫化時接頭區(qū)域控制在2個齒以內(nèi)，二次硫化時端部壓齒不少于3個，避免接頭區(qū)域間欠硫。

3.3 橡膠履帶使用不當(dāng)

橡膠覆帶使用不當(dāng)導(dǎo)致的鋼絲簾線斷裂如圖11所示。

圖11 橡膠履帶使用不當(dāng)導(dǎo)致的鋼絲簾線斷裂

（1）原因分析

①橡膠履帶與其所用機械不匹配，造成橡膠履帶鋼絲簾線承受的總體抗拉強度增大、局部鋼絲簾線負(fù)荷增大、受力不均勻等，導(dǎo)致鋼絲簾線斷裂。

②機械作業(yè)時帶體刺破、劃破，造成鋼絲簾線外露，致使鋼絲簾線腐蝕生銹、斷裂。

（2）解決措施

①加強橡膠履帶使用標(biāo)準(zhǔn)的推廣，建立產(chǎn)品跟蹤信息數(shù)據(jù)庫，保證橡膠履帶與機械匹配。

②加強橡膠履帶使用與保養(yǎng)的宣傳，避免或減少機械作業(yè)時帶體刺破、劃破。

4 結(jié)語

通過嚴(yán)格控制工藝條件、改進工藝操作、加強工藝管理、嚴(yán)格執(zhí)行施工標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)化部件和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及規(guī)范產(chǎn)品裝配和使用，可以有效解決橡膠履帶裂口、氣泡、鋼絲簾線斷裂問題，延長橡膠履帶使用壽命。