全鋼載重子午線輪胎三角膠貼合卷折問題的原因分析及解決措施

魯 強(qiáng)，郭念貴，孫寶余

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

三角膠與鋼絲圈的貼合件是輪胎的重要部件，直接影響輪胎的胎圈性能[1-2]。其質(zhì)量不佳時，會導(dǎo)致輪胎胎圈部位的早期損壞或使用壽命縮短[3-4]，并且影響生產(chǎn)效率，浪費(fèi)生產(chǎn)資源。當(dāng)前國內(nèi)輪胎廠生產(chǎn)三角膠與鋼絲圈的貼合件主要有兩種方式，一種是先在壓出線生產(chǎn)三角膠，裁斷，然后使用貼合件成型鼓進(jìn)行鋼絲圈與裁斷后的三角膠貼合；另一種是使用擠出機(jī)、運(yùn)輸輔線和貼合鼓一體的熱貼生產(chǎn)線直接生產(chǎn)[5-7]。

無論采用何種方式生產(chǎn)貼合件，都會在三角膠與鋼絲圈貼合后發(fā)生三角膠卷折現(xiàn)象，如圖1所示。本工作對三角膠卷折現(xiàn)象的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的解決措施。

圖1 三角膠卷折現(xiàn)象

1 原因分析

生產(chǎn)現(xiàn)場跟蹤發(fā)現(xiàn)，部分規(guī)格三角膠在貼合后出現(xiàn)卷折現(xiàn)象，而其他規(guī)格的三角膠未出現(xiàn)或較少出現(xiàn)卷折現(xiàn)象，下面從三角膠尺寸、膠料特性、貼合方式和貼合溫度4個方面進(jìn)行分析。

1.1 三角膠尺寸

為了研究三角膠高寬比對三角膠卷折的影響，對三角膠尺寸進(jìn)行分析，高寬尺寸如圖2所示。L取三角膠整體高度，寬度分別取底座最寬點(diǎn)H、次寬點(diǎn)H1和距離三角膠外端點(diǎn)40%L處H2（此點(diǎn)根據(jù)三角膠的卷折部位選取）。各規(guī)格三角膠的高寬比數(shù)據(jù)如表1所示。

圖2 三角膠高寬示意

現(xiàn)場生產(chǎn)時，復(fù)合3和復(fù)合7三角膠出現(xiàn)卷折現(xiàn)象較多。從表1可以看出，L/H與L/H1沒有明顯規(guī)律性，而復(fù)合3和復(fù)合7三角膠的L/H2明顯大于其他復(fù)合三角膠。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)查，L/H2較大的復(fù)合1和復(fù)合4三角膠也有一定概率的卷折現(xiàn)象發(fā)生，而L/H2較小的復(fù)合6、復(fù)合8和復(fù)合9三角膠則完全沒有卷折現(xiàn)象發(fā)生。因此，認(rèn)為三角膠端部的尺寸更容易影響三角膠的卷折現(xiàn)象。

表1 各規(guī)格三角膠的高寬比數(shù)據(jù)

我們注意到，單3和單5三角膠的L/H2也較大，但在生產(chǎn)過程中并未出現(xiàn)卷折現(xiàn)象。

1.2 膠料特性

當(dāng)前各輪胎廠的三角膠主要有復(fù)合三角膠和單三角膠兩種，復(fù)合三角膠由下三角膠和上三角膠組成。一般情況下，下三角膠采用硬度較大的膠料，上三角膠采用硬度較小的膠料，以實(shí)現(xiàn)由鋼絲圈到胎側(cè)的剛性過渡。單三角膠膠料的硬度通常介于復(fù)合三角膠的上、下三角膠之間。單三角膠膠料為A，復(fù)合三角膠下三角膠膠料為B1，上三角膠膠料為B2。

考慮膠料的變形性能，對3種膠料的應(yīng)力松弛時間進(jìn)行測定，膠料A，B1和B2的應(yīng)力松弛時間分別為8，9和10 s。

應(yīng)力松弛是指在恒定的溫度和形變條件下，高聚物內(nèi)部的應(yīng)力隨時間延長而逐漸衰減的現(xiàn)象。也就是說，膠料的應(yīng)力松弛時間越短，膠料內(nèi)部分子改變構(gòu)象的能力越強(qiáng)，膠料受力變形后可很快達(dá)到新的平衡狀態(tài)，膠料不易發(fā)生變形或卷折[8]。相反，膠料應(yīng)力松弛時間越長，越不能快速達(dá)到新的平衡狀態(tài)而保持形狀，則可能產(chǎn)生變形或卷折現(xiàn)象。

單三角膠膠料A的應(yīng)力松弛時間較短，是單三角膠貼合后不易發(fā)生卷折的原因。而復(fù)合三角膠，尤其是上三角膠膠料B2的應(yīng)力松弛時間最長，其發(fā)生卷折的可能性最大。另外，上下三角膠的應(yīng)力松弛時間不同，兩者之間的相互作用也易使三角膠發(fā)生卷折。

1.3 貼合方式

三角膠與鋼絲圈的貼合主要有立式和臥式兩種方式，立式又分為機(jī)械式和膠囊式，其設(shè)備如圖3—5所示。

圖3 立式機(jī)械式貼合鼓

臥式貼合方式對于設(shè)備和三角膠膠料性能的要求較高，否則易出現(xiàn)貼合不實(shí)[9-10]、拉伸不均勻和三角膠卷折等問題。臥式貼合易出現(xiàn)三角膠卷折現(xiàn)象是因?yàn)槿撟游缇€輪胎尤其是載重輪胎的三角膠高度較大，有時可達(dá)160 mm以上，這就導(dǎo)致貼合時三角膠底部與端部行程差距過大，處于完全不同的拉伸狀態(tài)，使三角膠整體受力不均勻。

圖4 立式膠囊式貼合鼓

圖5 臥式貼合盤

立式機(jī)械式貼合方式貼合到位，貼合后三角膠較為直挺，缺點(diǎn)是周向拉伸不均勻。與立式機(jī)械式貼合方式相比，立式膠囊式貼合鼓貼合后拉伸比較均勻，但貼合不到位，易出現(xiàn)卷折現(xiàn)象。

1.4 貼合溫度

選取偶有卷折現(xiàn)象發(fā)生的三角膠復(fù)合1，采取臥式貼合方式進(jìn)行不同溫度下的貼合試驗(yàn)，1周統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示。

從表2可以看出，貼合溫度越低，發(fā)生卷折的三角膠占比越小。這是因?yàn)橘N合溫度越低，在自然冷卻至室溫的過程中其尺寸變化越小。降低貼合溫度時要考慮膠料的粘性，不能影響三角膠的接頭質(zhì)量和三角膠與鋼絲圈的貼合質(zhì)量。

表2 不同貼合溫度下三角膠的卷折發(fā)生情況

2 解決措施

為了解決三角膠貼合卷折問題，建議在三角膠設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中采取以下措施。

（1）新設(shè)計(jì)三角膠尤其是復(fù)合三角膠尺寸時，建議三角膠的L/H2控制在12左右，最好不要超過14.5。

（2）在滿足強(qiáng)度、硬度、粘度等性能的前提下，縮短三角膠膠料的應(yīng)力松弛時間。

（3）對于已投產(chǎn)、易發(fā)生卷折現(xiàn)象的三角膠規(guī)格，建議使用立式機(jī)械式貼合鼓進(jìn)行貼合件生產(chǎn)。

（4）在保證貼合質(zhì)量的前提下，貼合溫度越低，越有利于減少三角膠卷折現(xiàn)象的發(fā)生。

3 結(jié)語

通過分析三角膠尺寸、膠料特性、貼合方式和貼合溫度對三角膠貼合卷折問題的影響，得到卷折發(fā)生的具體原因，從而在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中采取相應(yīng)措施規(guī)避，減少了生產(chǎn)資源的浪費(fèi)，降低了輪胎殘次品率，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。