半鋼子午線輪胎氮氣硫化工藝的改進(jìn)

唐信軍，余 雷，趙 強，朱建陽，高忠吉

（山東興鴻源輪胎有限公司，山東 蒙陰 276200）

硫化是輪胎制造過程中至關(guān)重要的一步，硫化工藝的選擇與制定直接影響輪胎的硫化效果，最終影響輪胎的使用壽命[1]。近年來，氮氣保壓變溫硫化工藝有了長足的發(fā)展，成為眾多知名輪胎制造商的首選[2]。但如何提高硫化過程中的能源利用率、減少硫化廢氣排放一直是困擾輪胎行業(yè)的難題[3-5]。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，利用技術(shù)手段可以準(zhǔn)確分析輪胎的硫化歷程，這使制定更高效的硫化工藝成為可能。

為有效提高硫化熱能的利用率，減少硫化廢氣排放，我公司通過大量試驗對半鋼子午線輪胎氮氣硫化工藝進(jìn)行改進(jìn)，取得了良好效果。

1 實驗

1.1 主要設(shè)備和儀器

LLY-B1220×1800×2型液壓式硫化機，山東歐美亞機械科技股份有限公司產(chǎn)品；ZR-RX45型數(shù)據(jù)記錄儀，歐姆龍自動化（中國）有限公司產(chǎn)品；TJR-2-PC（Y）型轎車輪胎耐久高速性能試驗機，天津久榮車輪技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

1.2 硫化工藝方案

在現(xiàn)行硫化工藝的基礎(chǔ)上設(shè)計多種硫化工藝方案，通過硫化測溫篩選出最佳硫化工藝，并以發(fā)泡點試驗的形式進(jìn)行驗證。

原氮氣保壓變溫硫化工藝基本流程為：硫化膠囊通入高溫蒸汽（200～210 ℃），時間為3.5～5.5 min，期間蒸汽排凝3次，總時間為33 s；接著通入高壓氮氣（1.9～2.3 MPa），期間氮氣排凝2次，排凝總時間為30 s，保壓，達(dá)到設(shè)定時間后進(jìn)行氮氣回收、泄壓、抽真空、開模、卸胎、后充氣，整個輪胎硫化過程結(jié)束。原硫化工藝排凝時間較長，不僅造成了熱能的流失，也增加了廢氣排放。為解決此工藝問題，選取215/60R16 95H XP1半鋼子午線輪胎為例，設(shè)計了4種硫化工藝方案（見表1）并進(jìn)行試驗驗證。

表1 硫化工藝方案 s

胎坯成型后分別在距1#帶束層邊緣5 mm處、距胎體反包邊緣5 mm處、距胎圈80 mm的氣密層表面預(yù)埋E型耐高溫補償導(dǎo)線，測溫點如圖1所示。硫化時連接歐姆龍數(shù)據(jù)記錄儀，設(shè)定以2 s每次的頻率精確記錄硫化過程中的溫度變化；最后利用阿累尼烏斯公式計算出180 ℃下的等效硫化時間，并計算等效硫化程度[3]。阿累尼烏斯公式如下：

圖1 測溫點示意

式中T1和T2——硫化溫度，K；

t1——溫度為T1時的正硫化時間，min；

t2——溫度為T2時的正硫化時間，min；

R——氣體常數(shù)，8.314 J·（mol·K）-1；

E——硫化反應(yīng)活化能，kJ·mol-1。

2 結(jié)果與討論

2.1 測溫結(jié)果

對硫化過程記錄的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和分析，得到方案1—4輪胎各部位的等效硫化程度見表2。由表2可以看出，采用方案4，即高溫蒸汽排放時間分別為12，3和3 s，氮氣排放時間為3 s時，帶束層、胎體和內(nèi)襯層等主要評價點上下模等效硫化程度較大。

表2 等效硫化程度 %

方案4各測溫點在整個硫化過程中的溫度歷程如圖2所示。

圖2 方案4各測溫點在整個硫化過程中的溫度歷程

從圖2可以看出：在0～5.5 min期間，即蒸汽通入階段，溫度上升迅速；在5.5～12.5 min期間，即氮氣通入階段，溫度緩慢上升并逐漸達(dá)到最高溫度。在這兩個階段，溫度并沒有因排凝而降低，說明該方案排凝時間比較合理，因此選取方案4進(jìn)行進(jìn)一步試驗驗證。

2.2 發(fā)泡點試驗

方案4的發(fā)泡點試驗結(jié)果見表3，氣泡點示例見圖3。

表3 方案4的氣泡點時間、硫化時間和硫化程度

圖3 氣泡點示例

由表3可見，在不改變硫化時間的情況下，采用新工藝硫化的不同規(guī)格輪胎硫化程度依然較高。

2.3 成品性能

對采用改進(jìn)硫化工藝硫化的215/60R16 95H成品輪胎按照GB/T 4502—2016進(jìn)行高速性能和耐久性試驗[4]。表4和5分別示出了輪胎高速性能和耐久性試驗條件。結(jié)果表明，輪胎在高速性能試驗中累計行駛時間為1.88 h，耐久性試驗中累計行駛時間為70.58 h，均達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 輪胎高速性能試驗條件

表5 輪胎耐久性試驗條件

2.4 效果

采用改進(jìn)硫化工藝后，半鋼子午線輪胎硫化工藝蒸汽和氮氣排凝時間分別縮短了45%和90%，整個硫化過程中廢氣減排67%。改進(jìn)硫化工藝在提升輪胎品質(zhì)的同時充分利用熱能，大幅降低了廢氣排放，為公司的綠色發(fā)展提供了有力支撐。

3 結(jié)語

在原氮氣保壓變溫硫化工藝的基礎(chǔ)上對半鋼子午線輪胎的硫化工藝進(jìn)行改進(jìn)。結(jié)果表明，采用高溫蒸汽排放時間分別為12，3和3 s，氮氣排放時間為3 s的改進(jìn)硫化工藝，蒸汽和氮氣排凝時間大幅縮短，廢氣減排顯著，輪胎氣泡點時間相近，硫化程度符合要求，成品輪胎的高速性能和耐久性能均達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)要求。