輪胎輻照預硫化系統在子午線輪胎生產中的應用

2017-07-22 09:16:34程安仁張艷霞陸永俊郭月瑩汪文昭

輪胎工業 2017年6期

程安仁，張艷霞，矯陽，陸永俊，郭月瑩，汪文昭

（北京市射線應用研究中心輻射新材料北京市重點實驗室，北京 100015）

自1977年日本安裝第1臺用于輪胎橡膠片材硫化的電子加速器以來[1]，輻照技術已應用于混煉膠的改性工作，這種能夠提高橡膠熱硫化前性能的應用技術在國外迅速實現了工業化。由于國外先進技術的封鎖以及我國電子加速器技術相對落后，直到2000年，北京市射線應用研究中心才正式面向社會推廣該項應用技術。

輪胎輻照預硫化系統（TRPS）由北射沃華核技術（北京）有限公司（以下簡稱“北射沃華”）開發，旨在為輪胎生產商提供全鋼子午線輪胎內襯層氣密層輻照生產模塊和半鋼子午線輪胎胎體層輻照生產模塊。北射沃華由北京市射線應用研究中心（以下簡稱“射線中心”）與北京沃華創新科技有限公司（以下簡稱“沃華公司”）共同出資成立。該公司依托射線中心的輻射技術專長和沃華公司多年輪胎設備專業市場的銷售經驗，以電子輻照技術為核心，完成了從輻照技術到輪胎生產工藝的無縫對接，并對子午線輪胎生產過程半成品部件進行輻照預硫化，提高材料格林強度，保持半成品部件精確結構和尺寸。

本工作研究TRPS在子午線輪胎生產中的應用。

1 TRPS簡介

1.1 TRPS組成及參數

TRPS包括自屏蔽電子加速器、束下輸送裝置、加速器附屬設備和輻射工序總控系統。其中電子加速器附屬設備包含供排水系統、配電系統、通風系統和控制系統；束下輸送裝置包含輸送系統、機電動力系統、機電一體化控制系統和水冷卻/恒溫系統。

自屏蔽電子加速器主要參數見表1。

表1 自屏蔽電子加速器主要參數

電子加速器采用俄羅斯科學院新西伯利亞核物理研究院（BINP）提供的ELV型自屏蔽電子加速器，具有結構緊湊、體積小、電能-束功率轉換效率高、束功率大、運行穩定可靠、啟動出束迅速和性價比高等優點。束下傳輸裝置、電子加速器附屬設備和輻射工序總控系統均由北射沃華自行設計，具有完全的自主知識產權，保證了加速器的穩定運行和與輪胎生產線完美對接，在保證生產線運行速度的前提下，獲得最佳射線利用率，減少設備前期投資。

1.2 子午線輪胎輻照處理工藝流程

半鋼子午線輪胎輻照處理工藝流程如圖1所示。全鋼子午線輪胎輻照處理工藝流程如圖2所示。

圖1 半鋼子午線輪胎輻照處理工藝流程

圖2 全鋼子午線輪胎輻照處理工藝流程

2 TRPS的應用

2.1 胎體簾布

TRPS對覆膠簾布進行輻照，即對胎體簾布進行了輻照，其對胎體簾布性能的影響如表2所示。從表2可以看出，TRPS對胎體簾線的58 N定伸長、拉斷力和拉斷伸長率的影響較小，說明輻照不會影響成品輪胎的安全性能。

表2 TRPS對胎體簾布性能的影響

2.2 工藝性能

TRPS對輪胎工藝性能的影響如表3所示。從表3可以看出：輻照后，混煉膠的相對生膠粘合強度降幅在20%以內，滿足生產要求，成型工藝可正常進行；TRPS對混煉膠的相對焦燒時間的影響不大，說明工藝安全性不存在問題；混煉膠的相對正硫化時間縮短，但幅度不大，不會影響混煉膠熱硫化過程的同步性。

TRPS輻照提高了過渡層膠的強度，減小了成型時的變形，因此，適當減小其厚度，可達到節約原材料目的。半成品部件減薄施工調整方案示意如圖3所示。

圖3 半成品部件減薄施工調整方案示意

2.3 胎體混煉膠

TRPS對胎體混煉膠抗變形性能的影響如表4所示。從表4可以看出：隨著相對吸收劑量增大，混煉膠的相對門尼粘度、生膠相對格林強度和生膠相對300%定伸應力增大，這說明混煉膠的抗變形能力提高，其原因可能是因為輻照后，混煉膠的交聯作用增強；當相對吸收劑量為0.86時，混煉膠的相對門尼粘度和生膠相對格林強度分別達到212%和249%。

表4 TRPS對混煉膠抗變形性能的影響

綜上所述，TRPS在胎體膠生產過程中的應用具有如下兩個方向。

（1）通過輻射預硫化處理，混煉膠的相對門尼粘度、生膠相對格林強度和生膠相對300%定伸應力增大，橡膠半成品的尺寸穩定性和粘度提高，產品質量提高。同時，半成品厚度減小，降低了原材料消耗。

（2）對于挺性要求較高的半成品，需要混煉膠的相對門尼粘度、生膠相對格林強度和生膠相對300%定伸應力較高（以下簡稱“高門尼膠料”）。為解決高門尼膠料混煉或擠出時能耗大、生產速度慢的問題，建議通過調整配方，調低混煉膠的相對門尼粘度，使其容易混煉或擠出，以降低生產過程中的能耗和設備磨損，提高生產速度。在半成品擠出后，通過輻射預硫化技術提高膠料的相對門尼粘度、生膠相對格林強度和生膠相對300%定伸應力，使半成品達到技術要求。

2.4 胎體硫化膠

TRPS對硫化膠性能的影響如表5所示。從表5可以看出，TRPS對硫化膠相對邵爾A型硬度、相對100%定伸應力和相對拉伸強度的影響較小，對硫化膠的相對拉斷伸長率、相對撕裂強度和相對H抽出力的影響約在10%以內，符合輪胎企業技術指標。

表5 TRPS對硫化膠性能的影響

2.5 成品輪胎

2.5.1 材料分布

為評價硫化過程中材料分布的變化，在內襯層和第1層簾布之間的胎肩部位貼一張200 mm×200 mm×1.0 mm的白色膠片，其位置示意如圖4所示。在成品輪胎的胎肩部位，沿垂直簾線的方向切斷面，觀察材料分布的變化，結果如圖5所示。

圖4 白色膠片位置示意

由圖5可知：無輻照輪胎在硫化過程中材料變形較大，需采用加厚過渡層的方式來防止氣密層滲透到簾布層，保證簾線與膠體的粘合性；隨著輻照吸收劑量增大，材料的變形減小，白色膠片沒有滲透到簾線中，簾線排布整齊。這說明TRPS輻照可以減小過渡層厚度。從材料分布角度看，輻照是可行的。

圖5 成品輪胎的材料分布變化

2.5.2 單條輪胎質量

經過對20條樣品輪胎質量稱量統計可知，單條輻照輪胎質量比正常輪胎減輕0.205 kg，每條輪胎大約能降低成本3～5元，經濟效益顯著。

2.5.3 動平衡和均勻性

成品輪胎動平衡性能按照GB/T 18505—2001《汽車輪胎動平衡試驗方法》進行測試，均勻性按照GB/T 18506—2001《汽車輪胎均勻性試驗方法》進行測試，試驗結果見表6和7。由表6可知，輻照輪胎的動平衡性能優于正常輪胎。由表7可知：輻照輪胎錐度值與正常輪胎相當，且均符合公司A級標準要求；輻照輪胎的徑向力小于正常輪胎，等級由C級提升為B級；與正常輪胎相比，輻照輪胎的側向力略有下降。綜合看來，輻照輪胎的均勻性有所提高。

表6 輻照輪胎與正常輪胎的動平衡性能

表7 輻照輪胎與正常輪胎的均勻性

2.5.4 外緣尺寸

外緣尺寸按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》進行測試，在耐久性試驗充氣預熱后和第3階段完成后輪胎外緣尺寸的測試結果如表8所示。從表8可以看出，充氣預熱后輻照輪胎的外周長、外直徑和斷面寬均略小于正常輪胎，變化幅度小于1%。

表8 輻照輪胎和正常輪胎外緣尺寸對比 mm

2.5.5 氣密性

成品輪胎氣密性的測量需要較長時間，采用輪胎耐久性試驗過程中輪胎氣壓表征其氣密性。耐久性試驗充氣預熱后、第3階段完成后和冷卻1 h后輪胎氣壓如表9所示。由表9可知，與正常輪胎相比，輻照輪胎的氣壓保持率變化不大，說明減薄過渡層不影響成品輪胎的氣密性。

表9 輻照輪胎和正常輪胎氣密性對比

2.5.6 耐久性能和高速性能

輪胎耐久性能按照GB/T 4502—2009《轎車輪胎性能室內試驗方法》進行測試，試驗氣壓為230 kPa，速度為80 km·h-1，試驗條件見表10。高速性能按照GB/T 7034—2009《轎車輪胎高速性能試驗方法轉鼓法》進行測試，試驗氣壓為340 kPa，負荷為365 kg，試驗條件見表11。耐久性試驗后的輪胎停放1 h，調整氣壓，繼續進行高速性能測試，試驗結果見表12。