實心輪胎變溫硫化工藝的研究

李元敬，茍登峰

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

輪胎作為一種橡膠厚制品，在硫化過程中會出現明顯的溫度梯度，從而導致硫化不均勻。在橡膠厚制品硫化過程中，持續(xù)加熱一定時間后停止熱循環(huán)，依靠設備及橡膠內部積蓄的熱量保證制品硫化程度最弱部位持續(xù)硫化到終點，制品其余部位過硫程度大幅降低，從而提高輪胎硫化程度的均勻性[1-4]。

實心輪胎的傳統硫化工藝均以輪胎中心部件的硫化效應作為硫化終點的判定標準。該標準雖然能保證輪胎整體硫化程度均達到正硫化，但是輪胎外層膠料在硫化后期均處于過硫狀態(tài)，輪胎整體硫化程度差異很大，特別是胎面膠過硫程度高會直接影響輪胎的使用性能[5-6]。

本工作主要基于硫化過程中持續(xù)加熱一定時間后停止熱循環(huán)，降溫后輪胎較深部位受影響較小仍可繼續(xù)硫化，既保證了輪胎內部充分硫化，又能避免或減少輪胎外部的過硫現象的原理進行研究，并開展該原理在實心輪胎硫化工藝領域的實際應用及相關的試驗驗證。

1 實驗

1.1 試驗方案

選取6.50－10/5.0-OB502實心輪胎，分別在其胎面膠、中間膠和基部膠的中心位置埋入測溫線，測定硫化過程中各部位的溫度變化，并計算等效硫化時間。

普通硫化工藝如下:硫化溫度為（145±2）℃，硫化機合模壓力為21 MPa，硫化過程持續(xù)加熱210 min出模，輪胎出模后在室溫下自然冷卻。

變溫硫化工藝如下:硫化溫度為（145±2）℃，硫化機合模壓力為21 MPa，硫化過程持續(xù)加熱165 min，停止蒸汽循環(huán)持續(xù)45 min，總硫化時間為210 min，輪胎出模后在室溫下自然冷卻。

1.2 埋線及硫化過程溫度的測定

實心輪胎的埋線測溫點如圖1所示。

圖1 實心輪胎的埋線位置示意

分別采用普通硫化工藝和變溫硫化工藝對實心輪胎進行硫化，每隔3 min記錄1次各測溫點的實際溫度，輪胎出模后持續(xù)記錄后硫化溫度的變化。

2 結果與討論

2.1 硫化過程中的溫度分布

在輪胎硫化過程中，各測溫點的硫化溫度如表1所示。

從表1可以看出:在變溫時間點之前，變溫硫化工藝與普通硫化工藝各測溫點的溫度非常接近，變溫時間點之后的溫度差異逐漸明顯；變溫階段變溫硫化輪胎基部膠和胎面膠的溫度逐漸降低，中間膠的升溫速度也明顯變慢；在變溫硫化過程中胎面表層溫度僅在變溫時間段內與普通硫化過程有較為明顯的差異；胎面膠在變溫硫化過程的后硫化階段溫度均比普通硫化工藝低6～8 ℃?？梢娫谝欢ǖ臏囟群蛪毫ο卤３譄嵫h(huán)后，停止熱循環(huán)，持續(xù)到硫化結束，硫化溫度在硫化過程中緩慢下降。

表1 變溫和普通硫化過程及后硫化期間輪胎各測溫點的硫化溫度 ℃

變溫和普通硫化過程及后硫化期間輪胎胎面膠的溫度曲線如圖2所示。

從圖2可以看出，采用變溫硫化工藝后輪胎胎面膠在變溫時間點之前的溫度變化較小，在變溫時間點之后直至后硫化效應結束硫化溫度明顯低于普通硫化工藝，該溫度條件下輪胎的硫化程度也大幅降低。說明采用變溫硫化工藝可以明顯降低輪胎的過硫程度，提高輪胎的硫化均勻性。

圖2 變溫和普通硫化過程及后硫化期間輪胎胎面膠的溫度曲線

變溫和普通硫化過程及后硫化期間輪胎中間膠的溫度曲線如圖3所示。

從圖3可以看出:由于輪胎在變溫之前已經持續(xù)加熱165 min，橡膠及硫化模具已積蓄了足夠的熱量，變溫硫化與普通硫化過程中輪胎中間膠在輪胎出模前的硫化溫度變化較小；輪胎出模后，由于胎面膠和基部膠的溫度均有不同程度降低，輪胎積蓄的熱量也在硫化過程中被大量消耗，因此硫化溫度開始有較大幅度的降低。

圖3 變溫和普通硫化過程及后硫化期間輪胎中間膠的溫度曲線

2.2 等效硫化時間及過硫程度

變溫和普通硫化過程及后硫化期間輪胎各部位的等效硫化時間變化曲線如圖4所示。

從圖4可以看出:在變溫硫化過程中，胎面膠的等效硫化時間上升速率明顯低于普通硫化過程；中間膠的等效硫化時間上升速率略有下降，這表明實心輪胎的硫化均勻性明顯提高。

圖4 變溫和普通硫化過程及后硫化期間輪胎各部位的等效硫化時間變化曲線

輪胎后硫化結束時各部位的等效硫化時間及過硫程度如表2所示。

從表2可以看出，與普通硫化工藝相比，變溫硫化工藝輪胎后硫化結束后各部位中心位置的過硫程度明顯降低，輪胎硫化均勻性明顯提升，胎面表層因為緊靠熱源，過硫程度下降不明顯。

表2 輪胎后硫化結束時各部位的等效硫化時間及過硫程度

2.3 成品性能

2.3.1 耐久性能

分別采用普通硫化工藝和變溫硫化工藝制備6.50－10/5.0-OB502實心輪胎，按GB/T 22391—2017《實心輪胎耐久性能試驗方法》進行耐久性測試，試驗結果如表3所示。

從表3可以看出，采用變溫硫化工藝制備的輪胎的耐久性能明顯優(yōu)于采用普通硫化工藝制備的輪胎。

表3 成品輪胎的耐久性試驗結果

2.3.2 物理性能

對成品輪胎胎面膠進行物理性能測試，結果如表4所示。

表4 成品輪胎胎面膠的物理性能

從表4可以看出，采用變溫硫化工藝生產的成品輪胎胎面膠的物理性能比采用普通硫化工藝生產的成品輪胎胎面膠略有提高。根據數據判斷，實際生產中采用變溫硫化工藝，輪胎胎面膠過硫程度大幅降低，有效減輕了實心輪胎硫化程度不均勻的現象。

2.3.3 外觀質量

針對實心輪胎花紋掛壞問題而影響一次合格率的情況，選取合格率較低的幾種規(guī)格輪胎，分別采用變溫硫化工藝和普通硫化工藝進行生產，成品出模掛壞發(fā)生率對比結果如表5所示。

從表5可以看出，采用變溫硫化工藝后，成品出模掛壞發(fā)生率明顯降低。

表5 成品出模掛壞發(fā)生率對比

3 結論

（1）采用變溫硫化工藝可以提高實心輪胎硫化均勻性，使成品外觀缺陷減少，合格率提高。

（2）在變溫硫化工藝生產過程中可調節(jié)變溫時間點所占比例，既能保證輪胎整體達到正硫化，同時可大幅度降低輪胎表面過硫程度，該工藝值得在實心輪胎生產工藝領域推廣。

（3）由于變溫硫化工藝在變溫階段停止了蒸汽熱循環(huán)，蒸汽使用量會略有減小，從長期連續(xù)生產來看，可以降低能源消耗。