低斷面輪胎專用硫化膠囊的研究與設計

張曉潔，張恩銘，劉 佳

（1.威海金泓高分子有限公司，山東 威海 264211；2.威海市潤通橡膠有限公司，山東 威海 264400）

近年來，低斷面輪胎的市場普及率越來越高，并向著大規格（20英寸及以上）更大輪胎方向研發和生產。目前，低斷面輪胎帶動的市場效益有目共睹，但其生產成本居高不下，已成為行業面臨的重大難題[1-3]。

本工作通過分析低斷面輪胎缺陷及硫化膠囊損壞的原因，設計了全新的低斷面輪胎專用硫化膠囊，以提高低斷面輪胎的產品合格率及其專用硫化膠囊的使用壽命[4]。

1 低斷面輪胎缺陷統計及分析

1.1 輪胎缺陷分析

低斷面輪胎產品合格率低的主要原因是窩氣，也稱胎里失氣[5-7]。在沒有選取最匹配硫化膠囊的情況下，每更換一條新硫化膠囊，前50次硫化的輪胎均存在不同程度的窩氣現象。

1.2 硫化膠囊壽命統計分析

目前，低斷面輪胎選配硫化膠囊的使用壽命僅能達到200～250次，相比正常硫化膠囊的使用壽命（400次），相差約50%，極大地增加了輪胎的制造成本[8]。

2 窩氣及硫化膠囊低壽命原因分析

2.1 窩氣

窩氣現象主要發生在輪胎胎肩部位，呈隔氣硫化狀態。其主要原因是在硫化過程中，硫化膠囊部位1和2（見圖1）未能緊密貼合，導致硫化膠囊與輪胎之間未排出的空氣聚集在部位3，從而產生隔氣硫化的現象。

圖1 輪胎窩氣位置示意

2.2 硫化膠囊低壽命原因分析

如圖1所示，在硫化膠囊膨脹時，部位2沒有緊密貼合至部位1，導致部位2仍有伸張余量，形成了過度伸張，從而產生排氣線變寬等一系列加劇老化裂口的現象。即使是選型匹配時，選取的硫化膠囊膨脹因數在理論膨脹因數范圍內也會出現硫化膠囊局部過度膨脹現象，從而導致硫化膠囊早期局部損壞。在高溫高壓下，硫化膠囊的局部過度伸張會加速其局部老化，嚴重影響其使用壽命。

3 低斷面輪胎硫化膠囊結構設計

3.1 硫化膠囊膨脹因數的確定

對斷面高寬比大于40%的輪胎，其適配硫化膠囊膨脹因數的范圍為1.15～1.25，計算公式如下：

式中，n為硫化膠囊膨脹因數，a為輪胎著合直徑，b為硫化膠囊夾緣內徑（夾盤夾緣內徑），c為硫化膠囊夾緣寬度（夾盤寬度間隙），d為輪胎內輪廓弧長，e為硫化膠囊斷面周長。

根據式（1）選取適配膠囊，只要膠囊排氣線深度達到0.4 mm以上，排氣線寬度達到1.2 mm以上，排氣線節距范圍為12～15 mm，均可生產出合格輪胎（僅考慮適配因素）。相比高寬比大于40%的輪胎胎肩，低斷面輪胎胎肩角度偏小，即使用硫化膠囊時，硫化膠囊完全貼合至胎肩角部的難度增大，因此，從匹配角度考慮，硫化膠囊膨脹因數應相應減小，同時要兼顧硫化膠囊使用至后期的打褶問題，硫化膠囊膨脹因數可定為1.12～1.15。

3.2 硫化膠囊冠部寬度尺寸確定

確定硫化膠囊膨脹因數后，還要考慮硫化膠囊在使用過程中的形變量，即硫化膠囊膨脹后其冠部寬度與輪胎冠部寬度相匹配，才能保證硫化膠囊肩部區域能有效貼合至輪胎肩部，從而實現使用時硫化膠囊肩部與輪胎肩部有效貼合。

硫化膠囊膨脹后的冠部寬度應略大于輪胎胎里冠部寬度，如225/35R18輪胎的胎里冠部寬度為190～200 mm，則硫化膠囊膨脹后的冠部寬度可為220～230 mm。

合理的硫化膠囊設計為冠部最薄（其膨脹因數最大），向夾緣部位過渡增厚，通過測算及硫化膠囊實際膨脹測量，對于整體膨脹因數為1.15的硫化膠囊，冠部膨脹因數可按照1.20計算。即硫化膠囊冠部寬度（f）滿足下式：

式中，h為輪胎胎里冠部寬度。

3.3 硫化膠囊等厚尺寸確定

之后，需要對胎肩位置對應的硫化膠囊部位做等厚設計。等厚設計長度等于輪胎胎里冠部寬度加上肩部弧長（要計算膨脹），通常該尺寸等于輪胎名義斷面寬。同時要考慮硫化膠囊冠部厚度（范圍為4.2～4.7 mm），以達到適應硫化膠囊膨脹的效果。

4 低斷面輪胎專用硫化膠囊的優點及效果驗證

（1）低斷面輪胎專用硫化膠囊可以有效提升輪胎產品合格率。由于低斷面輪胎專用硫化膠囊與輪胎貼合更緊密，尤其是硫化膠囊肩部與輪胎肩部緊密貼合使胎坯與硫化膠囊之間的空氣可以有效排出，窩氣的發生量從之前的50條降至零，最大限度地提升了輪胎的硫化合格率。

（2）低斷面輪胎專用硫化膠囊可以提升硫化膠囊的使用壽命。低斷面輪胎專用硫化膠囊在原有基礎上延長了硫化膠囊冠部尺寸，使硫化膠囊肩部既可以與輪胎形成更緊密的貼合，同時減小了硫化膠囊肩部的膨脹因數，避免了因過度膨脹導致排氣線裂口的早期發生，從而提升了硫化膠囊的使用壽命。

實際使用證明，硫化膠囊使用壽命可從之前的250次提升至350次。

5 結語

在目前輪胎扁平化的產品發展趨勢下，使用低斷面輪胎專用硫化膠囊可以極大地提升輪胎產品合格率，并能有效延長硫化膠囊的使用壽命，從兩個方面降低輪胎的制造成本，從而提升了產品的競爭力，可為企業創造效益。