過熱水硫化工藝的改進(jìn)

張繼鋒，殷允鋒，張 磊，胡思芳

（八億橡膠有限責(zé)任公司，山東 棗莊 277000）

為提高成品輪胎性能，利用低溫硫化，降低過硫化程度，可以通過前期發(fā)泡試驗(yàn)確定合理的硫化時(shí)間。同時(shí)，為減少硫化過熱水的消耗，可以延長過熱水止循環(huán)步序時(shí)間[1]。由于硫化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，且橡膠的保溫性能良好，因此輪胎內(nèi)部只要達(dá)到硫化反應(yīng)誘導(dǎo)溫度，硫化反應(yīng)就開始進(jìn)行并放出一定的熱量，這部分熱量在硫化中后期過熱水止循環(huán)階段可以保持輪胎內(nèi)部溫度，直至輪胎完成硫化。

本工作以11.00R20載重子午線輪胎為例對(duì)過熱水硫化工藝進(jìn)行改進(jìn)，并通過埋線測(cè)溫進(jìn)一步確認(rèn)輪胎關(guān)鍵部位的硫化程度。

1 硫化工藝改進(jìn)

以11.00R20載重子午線輪胎為例改進(jìn)硫化工藝，即模套溫度由156 ℃降至153 ℃，過熱水溫度由173 ℃降至170 ℃；硫化過程中過熱水止循環(huán)步序時(shí)間由原來6 min延長至15 min（總時(shí)間不變）。

表1示出了硫化測(cè)溫試驗(yàn)方案。

表1 硫化測(cè)溫試驗(yàn)方案

2 發(fā)泡

輪胎發(fā)泡試驗(yàn)的理論根據(jù)是：橡膠制品硫化時(shí)形成的氣泡或孔眼與硫化卸壓時(shí)制品的硫化程度有關(guān)，且存在一個(gè)避免氣泡形成的硫化時(shí)間極限值（屬膠料特性），這個(gè)值稱為硫化發(fā)泡點(diǎn)。11.00R20載重子午線輪胎采用過熱水止循環(huán)硫化的發(fā)泡時(shí)間為45 min，發(fā)泡位置處于下模肩部，如圖1所示。

圖1 發(fā)泡輪胎斷面示意

3 硫化測(cè)溫試驗(yàn)

3.1 測(cè)溫點(diǎn)

在輪胎各部位選取24個(gè)具有代表性的測(cè)溫點(diǎn)，如圖2所示。

3.2 測(cè)溫原理

用熱電偶測(cè)溫，用溫度記錄儀記錄整個(gè)硫化過程溫度，用阿累尼烏斯公式計(jì)算各測(cè)溫段的等效硫化時(shí)間，然后把每段時(shí)間的等效硫化時(shí)間進(jìn)行疊加，得出整個(gè)硫化過程的等效硫化時(shí)間。計(jì)算得出的等效硫化時(shí)間與151 ℃各膠料所對(duì)應(yīng)的t90相比進(jìn)行百分比換算，得出各測(cè)溫點(diǎn)相應(yīng)的硫化程度。

圖2 測(cè)溫點(diǎn)分布示意

3.3 測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)分析

各測(cè)溫點(diǎn)的溫度-時(shí)間關(guān)系曲線對(duì)比如圖3—7所示（受文章篇幅所限，只列出幾個(gè)關(guān)鍵測(cè)溫點(diǎn)）。方案1和2各測(cè)溫點(diǎn)最高溫度對(duì)比情況如表2所示，硫化程度對(duì)比如表3所示。

由圖3—6可見，輪胎內(nèi)部受內(nèi)溫影響較大的點(diǎn)在方案2中升溫所達(dá)到的最高溫度比方案1低5 ℃左右，尤其是在止循環(huán)開始時(shí)，升溫速率變緩，相應(yīng)的開模后降溫時(shí)間縮短。

圖3 測(cè)溫點(diǎn)1和2的溫度-時(shí)間關(guān)系曲線

圖4 測(cè)溫點(diǎn)3和4的溫度-時(shí)間關(guān)系曲線

圖5 測(cè)溫點(diǎn)9和10的溫度-時(shí)間關(guān)系曲線

圖6 測(cè)溫點(diǎn)14的溫度-時(shí)間關(guān)系曲線

圖7 測(cè)溫點(diǎn)21和22的溫度-時(shí)間關(guān)系曲線

表2 方案1和2各測(cè)溫點(diǎn)最高溫度對(duì)比 ℃

由圖7和表2可知，受外溫影響較大的點(diǎn)，以測(cè)溫點(diǎn)21（發(fā)泡點(diǎn)）為例，延長止循環(huán)步序時(shí)間后，硫化過程升溫曲線與之前相比變化不大，無明顯拐點(diǎn)，且溫度比之前略高2 ℃，考慮到模套實(shí)際外溫的影響，與計(jì)算得出的硫化程度進(jìn)行對(duì)比，這種差異性忽略不計(jì)。硫化測(cè)溫試驗(yàn)結(jié)果表明，受外溫影響較大的測(cè)溫點(diǎn)在止循環(huán)步序時(shí)間改變的情況下不受影響，因此斷定此規(guī)格輪胎若想縮短硫化時(shí)間，必須通過提高外溫來提高發(fā)泡點(diǎn)硫化程度，相應(yīng)地通過延長止循環(huán)步序時(shí)間，確保胎圈部位等受內(nèi)溫影響較大的膠料的硫化程度滿足要求，而無需延長硫化時(shí)間，達(dá)到既節(jié)能減排又不降低生產(chǎn)效率的目的。

表3 各測(cè)溫點(diǎn)硫化程度對(duì)比 %

由表3可以看出，過熱水止循環(huán)步序時(shí)間延長至15 min后，受內(nèi)溫影響較大的部位膠料的正硫化程度及后硫化程度降幅明顯，整體總硫化程度降幅在50%～100%，但仍保持在安全硫化范圍內(nèi)；受外溫影響較大部位的膠料總體硫化程度無明顯變化。胎圈部位各點(diǎn)硫化程度普遍高于胎面各點(diǎn)，硫化程度全部達(dá)到200%以上。胎面各點(diǎn)上下模硫化程度總體控制在250%以下，受外溫主導(dǎo)的膠料兩次測(cè)溫差異性較小，尤其是發(fā)泡點(diǎn)位置兩次測(cè)溫溫度曲線重合性較高，延長止循環(huán)步序時(shí)間，雖然硫化程度降低，但是發(fā)泡點(diǎn)不受影響，總硫化時(shí)間可以不必延長，模套溫度降低可以有效降低胎面膠的過硫化程度，從而有效提升胎面膠的耐磨性能和抗刺扎性能。熱水停止循環(huán)后靠近膠囊的內(nèi)襯層膠料開始降溫，內(nèi)部受內(nèi)溫主導(dǎo)的膠料溫度升幅明顯不如之前測(cè)溫結(jié)果，正硫化程度及過硫化程度下降明顯。

4 成品性能

采用方案2生產(chǎn)成品輪胎1條，并隨機(jī)抽取1條原方案輪胎進(jìn)行常規(guī)耐久性試驗(yàn)對(duì)比。耐久性試驗(yàn)條件和結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出，硫化工藝改進(jìn)后，成品輪胎的耐久性能優(yōu)于原硫化工藝輪胎。這進(jìn)一步驗(yàn)證了通過延長熱水止循環(huán)時(shí)間可有效降低成品輪胎內(nèi)部膠料的硫化程度，提高產(chǎn)品質(zhì)量[2]。

表4 耐久性試驗(yàn)條件和結(jié)果

5 結(jié)語

以11.00R20載重子午線輪胎為例對(duì)過熱水硫化工藝進(jìn)行改進(jìn)后，可以適當(dāng)降低輪胎過硫化程度，使輪胎的耐久性能更優(yōu)異，即通過采取延長過熱水止循環(huán)步序時(shí)間、降低硫化內(nèi)溫和外溫的措施，可以提高輪胎質(zhì)量，降低能源消耗。