非公路型斜交輪胎的子午化改造

陳傳慧

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

自子午線輪胎發明以來，隨著其設計和制造技術的提高以及原材料性能的不斷提升，應用越來越廣泛[1]。目前國內公路型輪胎的子午化率已基本達到100%，非公路型輪胎的子午化率也逐年提高，但進程相對較慢，這一方面是由于相較于斜交輪胎，非公路型子午線輪胎的性能優勢不如公路型子午線輪胎大，另一方面是子午線輪胎的設備投資和原材料成本高，尤其是全鋼工程機械子午線輪胎的設備投資更大。但由于子午線輪胎的結構優越性，隨著經濟的發展和市場消費水平的提高，非公路型輪胎的子午化進程也將逐漸加快。

國內外已有很多輪胎企業投資生產非公路型子午線輪胎，發達國家的非公路型輪胎子午化率已達50%以上。非公路型輪胎包括農業輪胎、工程機械輪胎、工業車輛輪胎及叉車輪胎。其作業速度在70 km·h-1及以下，大多數輪胎的作業速度在10～50 km·h-1之間，在這種相對較低的速度下，對輪胎制造精度的要求相對于公路型輪胎低一些。因此，在現有非公路型斜交輪胎裝備的基礎上，通過局部設備和工藝的改進，在少量增加投資的情況下，生產半鋼和全纖維子午線非公路型輪胎，能較大幅度地提高輪胎的使用性能，同時提高生產效率。

本工作從整個生產流程中的相關設備和工藝設計等方面對非公路型斜交輪胎的子午化改造進行簡要介紹，以期提高非公路型輪胎的性能。

1 工序設備和工藝改進

1.1 半成品的制造設備和工藝

纖維簾布壓延機，該設備絕大多數企業都有，只需要保證壓延質量即可。

胎面膠、胎側膠和胎肩墊膠擠出生產線以及胎面纏繞線，鋼絲圈生產線均可使用現有斜交輪胎的生產設備。胎圈護膠與胎側的復合可用雙復合擠出機。建議鋼絲圈的制備最好用單根鋼絲纏繞，以確保高負荷輪胎胎圈部位的質量。子午線輪胎的三角膠尺寸比斜交輪胎大，因此三角膠的擠出機要大一些，對于中大型工程機械和工業車輛輪胎，可能還需要復合型三角膠，需要用雙復合擠出機，原斜交輪胎生產設備不能滿足要求的，可用全鋼子午線輪胎的生產設備或者新購。

胎體纖維簾布裁斷可用現有的裁斷機；帶束層纖維簾布裁斷因為角度問題，現有的斜交輪胎胎體簾布裁斷機無法滿足要求，需購買新設備；鋼絲簾布的壓延和裁斷可采用半鋼或全鋼子午線輪胎的設備，如果沒有，建議外協，因為鋼絲簾布壓延和裁斷生產線投資太大。

1.2 貼合和成型設備及工藝

原斜交輪胎成型機可用于子午線輪胎的一段成型，建議只用自動化程度高、制造精度較高的成型機，為提高半成品的定位精度，需增加能自動調節寬度的定位指示燈；對于中低充氣壓力輪胎，由于簾布層數少，可以在一段成型機上增加供料架，實現簾布在成型機上層貼，以提高制造精度，保證簾線伸張的均勻性；對于高充氣壓力輪胎，由于簾布層數多，為提高成型機效率，可以先在貼合機上貼合簾布筒，再用擴布器和拉入環上到成型機上，這樣的成型精度會低一些，但只要工藝執行得好，仍能滿足質量要求；簾布筒的貼合最好用帶供料架的徑向貼合鼓，以保證制造精度，滿足簾線伸張均勻的要求。對于一段成型后胎坯到二段成型的傳遞，建議有條件的企業采用傳遞環，可減少胎坯變形并減小操作人員的勞動強度；如果沒有傳遞環，也可人工搬運或用行車吊運。

二段成型裝置需要新購，根據產品和工藝要求的不同，可以有多種選擇，在資金允許的條件下，最好選用有帶束層徑向貼合鼓、供料架和傳遞環的設備，并且能滿足纖維簾布帶束層和鋼絲簾布帶束層的使用要求，強烈建議鋼絲簾布帶束層要在徑向貼合鼓上先貼好后再用傳遞環傳送到胎坯上成型，不建議鋼絲簾布帶束層在二段充氣胎坯上直接貼合，因為精度太低，無法保證產品質量；纖維簾線帶束層可以在二段充氣胎坯上直接貼合，但也只限于速度級別不高的低充氣壓力農業輪胎，而且這種成型方式會使整個成型機的效率降低。對于中大型規格輪胎的二段卡盤，不建議使用內卡式，尤其是斷面較寬的輪胎，因為內卡式卡盤無法保證足夠的固定力使胎坯充氣后保證行駛面較平，以便于壓實、平整帶束層。二段成型后的胎面纏繞使用的三維纏繞頭需要新購或者對原斜交輪胎用纏繞頭進行改造。

盡管斜交輪胎成型機可以改造后用于子午線輪胎的一段成型，但考慮生產效率和制造精度因素仍推薦購買整套成型設備。非公路型全纖維子午線輪胎和半鋼子午線輪胎的整套成型設備的價格是同類型全鋼子午線輪胎成型機的一半左右。

1.3 硫化設備和工藝

硫化采用硫化機是最理想的，罐式膠囊或機模一體的硫化設備也可行。因為非公路型輪胎的花紋大多是橫向花紋，可以采用兩半模硫化，所以斜交輪胎的硫化設備可以用來硫化全纖維子午線輪胎或半鋼子午線非公路型輪胎；但如果要采用較深的周向花紋或混合型花紋，則需要用活絡模硫化輪胎，需要對原硫化機進行改造。如果胎體或帶束層用的是熱收縮率較低的纖維簾線，則不需要上后充氣工藝，否則輪胎需要上后充氣冷卻定型或在模具內冷卻定型。

2 子午化改造的技術要點

2.1 胎體簾線和帶束層簾線

全纖維子午線輪胎的胎體或帶束層可使用普通錦綸6或66簾線，或普通聚酯簾線，原材料成本較低，與斜交輪胎的原材料成本接近，但輪胎需要后充氣工藝或模具內的內冷工藝來消除簾線的熱收縮，即使如此輪胎的尺寸穩定性也較差，只適合生產使用質量要求不太高、速度級別較低的全纖維子午線輪胎，但其使用性能仍比斜交輪胎優異。胎體或帶束層采用改性錦綸66（熱收縮率較低）或DSP聚酯簾線，則輪胎的尺寸穩定性較好，還可以取消后充氣或模具內的內冷工藝，適合生產高品質及高速度級別的纖維子午線或半鋼子午線輪胎。相對于鋼絲簾線，纖維簾線由于強度較低，只適用于充氣壓力不大于300 kPa的子午線輪胎，而充氣壓力大于300 kPa的輪胎宜采用鋼絲簾線帶束層，以降低成本和提高成型效率，同時提高輪胎的使用性能。

由于子午線輪胎胎體簾線密度在生產過程中的變化比斜交輪胎大，為保證簾線伸張后的層間粘合力，同規格子午線輪胎胎體簾布的覆膠厚度要比斜交輪胎大約0.2 mm，同理，內襯層或氣密層的厚度要大0.3～1 mm，以防止胎里露線。帶束層纖維簾布的覆膠厚度可與斜交輪胎緩沖層簾布的覆膠厚度相當。帶束層鋼絲簾線品種可在全鋼子午線輪胎使用的品種中選擇，條件允許也可根據產品的具體情況選擇新的鋼絲簾線或覆膠厚度。

2.2 配方體系

原斜交輪胎各產品系列的配方體系基本上可以使用，也可適當提高簾布膠的性能，以提高粘合力，因為子午線輪胎的胎側剛度比斜交輪胎小、胎體變形大、下胎側及胎圈部位受力較大。同理，子午線輪胎三角膠的性能要求也比斜交輪胎高。此外，需要增加胎圈護膠的配方。配方體系最好根據子午線輪胎與斜交輪胎各部位的受力情況不同，以及胎體厚度的變化進行適當調整。

2.3 部分半成品的制備

子午線輪胎各種半成品的制造精度相對斜交輪胎高，特別是一些速度級別和負荷能力高的輪胎產品。

對于充氣壓力在300 kPa以下、作業速度在40 km·h-1以下的低速、低負荷輪胎產品，可以不用單獨配方的胎肩墊膠，用胎側膠替代即可，胎肩墊膠與胎側膠可用同一口型擠出，這樣既可以提高生產效率，又不影響輪胎的使用性能。但對于速度高、負荷大的輪胎產品，則需要單獨配方的胎肩墊膠，以降低胎肩部位的生熱，有些產品甚至需要增加單獨配方的基部膠。

胎側最好能與胎圈護膠復合擠出，如果沒有復合擠出機，也可分開擠出，再在成型時冷貼，寬度和厚度的公差要求與全鋼子午線輪胎相當。

鋼絲圈的生產無論是使用單根纏繞還是單排纏繞，都建議用膠簾布進行全纏繞。三角膠無論是冷貼還是熱貼，都要保證尺寸達到技術要求。對于較大的三角膠（主要是高度），由于一段成型鼓與全鋼子午線輪胎的不同，高度不能太大，否則無法將三角膠壓實到鼓面上，這種情況可分兩塊三角膠擠出，較小塊的上到鋼絲圈上成型，較大塊的冷貼到成型鼓上，這種方式雖然精度稍差，但基本能滿足產品的性能要求。

2.4 施工設計

子午線輪胎的胎體簾布裁斷角度一般為0°～10°，大多數的施工設計因為制造精度的原因，胎體簾布的裁斷角度在3°～8°之間，胎體簾布采用小角度交叉方式，可以避免或降低由于制造精度不夠出現的徑向側裂以及由于簾線伸張不均而造成的充氣后胎體變形不均問題。

帶束層纖維簾布或鋼絲簾布裁斷角度一般為15°～24°，也有部分輪胎產品由于工藝原因帶束層簾布裁斷角度在24°～30°之間。帶束層簾布裁斷角度的確定，要從成品輪胎行駛面的壓力分布和帶束層的伸張程度等方面綜合考慮。

對于胎體簾布直接在一段成型鼓上貼合的工藝，其一段成型鼓直徑與鋼絲圈直徑的差值在60～80 mm之間；如果由于胎體簾布層數較多，先在鼓式貼合機上貼合后，再用擴布器和傳遞環上到一段成型鼓上，由于胎體簾線已有7%～10%的伸張，則一段成型鼓的直徑可以稍大些，成型鼓直徑與鋼絲圈直徑的差值可以在80～130 mm之間。胎體簾布無論是直接在一段成型鼓上貼合還是采用套筒法成型，其成型鼓的直徑都比對應的斜交輪胎小得多。

子午線輪胎的胎圈一般都是單鋼圈，但對于高充氣壓力輪胎，由于胎體簾布層數多，也可以使用雙鋼圈。

3 可行性驗證

基于以上技術思路，結合本公司全纖維農業子午線輪胎多年的生產經驗，在農業輪胎R4系列、寬基工程機械輪胎L-3系列、普通斷面農業輪胎R-1系列、礦山自卸車輪胎E-3系列中選擇了幾個規格進行了子午化改造。這些輪胎的花紋深度及花紋形狀與斜交輪胎較接近，在充氣壓力和負荷相當或相同的情況下，子午線輪胎的質量與對應的斜交輪胎相當或略大，輪胎制造成本及原材料成本與對應的斜交輪胎相差不大，但子午線輪胎的性能具有明顯優勢。對于中高充氣壓力輪胎，即使與同規格的全鋼子午線輪胎相比，在使用性能相當的前提下，其綜合成本也具有優勢。上述產品目前已通過室內性能測試，其各項性能達到設計要求。

4 結語

利用現有的斜交輪胎生產裝備，通過相應的技術改造及添加部分裝備，并利用已有的全鋼子午線鋼絲帶束層壓延及裁斷設備，將非公路型斜交輪胎改造成全纖維或半鋼子午線輪胎是可行的，產品相比斜交輪胎具有明顯的性能優勢，性價比較高，社會效益和經濟效益顯著。