實心輪胎生產(chǎn)過程中常見的質(zhì)量問題和解決方法

宋國星，左義軍，路瑞彪，張 爍，馮瑞東，馮守賢

[YOKOHAMA TWS特瑞堡輪胎工業(yè)（河北）有限公司，河北 邢臺 054000]

實心輪胎以不需要充氣、不存在刺穿漏氣、負(fù)荷下變形小、載荷量大、啟動阻力小以及使用維修方便等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于叉式起重機和載貨拖車等工程機械車輛上，尤其適用于易燃易爆環(huán)境及苛刻路面低速高載環(huán)境，而充氣輪胎無法滿足這些使用環(huán)境和車輛的要求。

實心輪胎按材料可以分為橡膠實心輪胎、聚氨酯輪胎和填充輪胎。實心輪胎是非公路型輪胎，結(jié)構(gòu)特殊，為避免輪胎使用過程中因過熱導(dǎo)致?lián)p壞，不得用于公路運輸及超速、長距離、長時間連續(xù)運行。

實心輪胎生產(chǎn)工藝精簡，硫化是其重要的工序，雖然很多問題出現(xiàn)在硫化工序，但實際上與前面工序有著密切的關(guān)系，甚至與設(shè)計也存在著本質(zhì)的關(guān)聯(lián)。

根據(jù)多年的工作經(jīng)驗，本研究主要介紹橡膠實心輪胎（以下簡稱實心輪胎）在硫化工序中呈現(xiàn)出來的主要問題，分析問題產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)的解決方法[1-5]。

1 膠層氣泡或脫層

實心輪胎氣泡問題主要出現(xiàn)在胎冠，局部有明顯鼓泡現(xiàn)象，輕者用手按壓有回彈感，一般不會很深，如圖1所示；嚴(yán)重的鼓泡（見圖2）是按壓不動的，無回彈感，切開斷面后會發(fā)現(xiàn)其在偏中心位置，且至少有2層膠片脫開，伴有蜂窩狀氣孔。

圖1 表面氣泡

圖2 冠部鼓泡

1.1 原因分析

（1）硫化不充分，蒸汽溫度和硫化壓力低，導(dǎo)致輪胎表面有氣泡（鼓包），嚴(yán)重的會在輪胎內(nèi)部呈蜂窩海綿狀。

（2）在成型時膠層間未壓實或膠料混煉不均勻，致使單層膠片內(nèi)留有微小氣泡和層間被裹入氣體，導(dǎo)致輪胎表面或內(nèi)部出現(xiàn)氣泡。

（3）膠層間有油污雜質(zhì)、水、褶子、窟窿和膠料中揮發(fā)分較多等，使氣體在后續(xù)合模排氣過程中未完全排出模腔，并在硫化過程中受熱膨脹，從而形成氣泡或脫層。

（4）成型時胎坯膠料不足，膠料在模腔內(nèi)致密性差，沒有充分充滿模腔，合模時未能通過膠料的擠壓排出模腔內(nèi)氣體。

1.2 解決方法

（1）增大蒸汽溫度和硫化壓力檢測頻率，保證硫化參數(shù)符合工藝要求，可增加溫度、壓力報警指示和自動調(diào)節(jié)裝置，確保異常狀態(tài)時及時響應(yīng)；調(diào)整硫化工藝參數(shù)，延長硫化時間和提高硫化壓力，確保硫化過程中有足夠的時間和壓力；規(guī)范工藝操作，縮短胎坯入模時間，保證烘胎房溫度穩(wěn)定和烘胎時間，必須做到先進(jìn)先出；調(diào)整膠料配方或使用其他助劑，提高硫化速率。

（2）胎坯裝模后增加合模排氣次數(shù)，使模腔內(nèi)氣體充分排出；增加模具關(guān)鍵部位的排氣孔；延長粗煉和細(xì)煉時間，確保膠料混煉均勻；采用門尼粘度較大的膠料時，增大成型壓輥的壓力，纏繞時及時刺破膠料上的氣泡，胎坯從冠部交叉刺扎氣孔，深度控制在冠厚的1/2。

（3）成型前認(rèn)真檢查混煉膠膠片表面是否有未干的隔離劑及是否在停放期內(nèi)，要特別注意膠料使用前的防潮措施，必要時可進(jìn)行干燥；成型前認(rèn)真檢查成型機上是否有潤滑脂，發(fā)現(xiàn)后要及時清理干凈，并增加油脂防溢裝置；成型過程中發(fā)現(xiàn)膠片打褶和有窟窿時要返工重新操作；加強工藝操作培訓(xùn)，制定胎坯外觀質(zhì)量規(guī)范，避免出現(xiàn)不良胎坯。

（4）嚴(yán)格執(zhí)行工藝操作規(guī)范，成型時確保施工質(zhì)量符合要求；根據(jù)溢出膠料重新計算適宜的溢膠量，可適當(dāng)增大溢膠量，以提高膠料在模腔內(nèi)的致密性，通過膠料的擠壓排出窩存的氣體；定期校驗成型秤，保證其使用精確度。

2 表面雜質(zhì)印痕、重皮

重皮多發(fā)生在胎側(cè)，局部有重疊分層的現(xiàn)象，輪胎在使用時易從該部位裂開造成報廢，如圖3所示，胎冠表面雜質(zhì)印痕如圖4所示。

圖3 胎側(cè)重皮

圖4 胎冠表面雜質(zhì)印痕

2.1 原因分析

膠料在生產(chǎn)過程中加工溫度過高，硫化時裝模溫度過高，胎坯在模具內(nèi)停留時間過長、升溫過快及膠料焦燒時間過短等都容易引起胎側(cè)重皮；胎坯形狀不合理及與模具側(cè)部尺寸差距過大等使膠料在模腔內(nèi)的流動距離過大，容易產(chǎn)生胎側(cè)重皮；胎坯變形過大及有油污、雜質(zhì)也容易產(chǎn)生表面雜質(zhì)印痕、重皮。

2.2 解決方法

嚴(yán)格控制膠料生產(chǎn)工藝，防止膠料發(fā)生焦燒；嚴(yán)格控制胎坯的形狀和尺寸，掌握烘胎停放時間，防止胎坯變形，并可根據(jù)胎坯形狀和尺寸加工專用停放工具；保持胎坯表面清潔，被污染時應(yīng)清潔干凈；胎坯裝入模具后應(yīng)及時合模加壓硫化，在合模發(fā)現(xiàn)異常時，應(yīng)暫停裝模硫化；調(diào)整膠料配方中的防焦劑用量，延長膠料焦燒時間，提高操作安全性。

3 橡膠與金屬粘合不良

壓配式、粘合式實心輪胎的生產(chǎn)都是在金屬與橡膠間涂刷膠粘劑開姆洛克，然后經(jīng)高溫硫化粘合在一起。輪胎在使用過程中發(fā)生的脫層現(xiàn)象多是橡膠與金屬輪輞分離（見圖5），直接造成輪胎報廢，損失嚴(yán)重，因此杜絕因粘合不良發(fā)生的脫層是行業(yè)內(nèi)非常重視和需要控制的關(guān)鍵問題。

圖5 橡膠與輪輞脫開

3.1 原因分析

（1）金屬件表面處理不當(dāng)，拋丸時間短，拋丸不徹底；鋼丸顆粒磨損嚴(yán)重，鋼丸硬度低，導(dǎo)致金屬表面粗糙度小；拋丸不均勻，局部未拋丸到；拋丸后未吹灰或吹灰處理不干凈。

（2）涂刷開姆洛克工藝穩(wěn)定性差，涂刷不均勻及太薄、漏涂和污染等都影響粘合效果。底涂和面涂過厚和流掛（見圖6），膠粘劑層內(nèi)出現(xiàn)剪切破壞、斷裂；拋丸后未及時涂刷開姆洛克，金屬基材已被污染或氧化；開姆洛克過期或涂刷后超時失效；開姆洛克攪拌不均勻，底涂和面涂的工具混用；漏涂其中一種開姆洛克；開姆洛克干燥時間短，未完全干透；涂刷后的金屬基材表面未進(jìn)行遮蓋保護(hù)。

圖6 開姆洛克流掛

（3）膠料與金屬件上的開姆洛克硫化性能不匹配，不能產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，粘合力小。

（4）硫化溫度和壓力過低，膠料在模腔內(nèi)致密性差，與金屬接觸壓力小，粘合效果不良。

3.2 解決方法

（1）嚴(yán)格執(zhí)行工藝操作規(guī)范，金屬基材拋丸、吹灰、涂刷開姆洛克要均勻；及時更換拋丸機鋼丸，保證拋丸均勻一致，達(dá)到拋丸工藝要求的效果。

（2）加強和完善開姆洛克涂刷工藝，確保開姆洛克攪拌均勻，防止開姆洛克漏涂、少涂、流掛，發(fā)現(xiàn)涂刷不良應(yīng)及時返工處理；對拋丸后的金屬基材應(yīng)在8 h內(nèi)涂刷開姆洛克，并使用塑料薄膜保護(hù)，防止污染；禁止使用過期的開姆洛克，已涂刷開姆洛克的金屬基材需在規(guī)定時間內(nèi)使用，如果超過規(guī)定時間，需重新拋丸和涂刷；底涂和面涂避免混用涂刷工具，并依據(jù)涂刷面積選擇合適的工具；底涂后應(yīng)確保完全干燥再進(jìn)行面涂；推薦開姆洛克干膜厚度為：底涂5～10 μm，面涂15～25 μm。

（3）改進(jìn)膠料配方，提高膠料與金屬的粘合力，必要時可開發(fā)粘合層膠料；優(yōu)化硫化和補強體系，使粘合層起到過渡作用，防止膠料與金屬脫層。

（4）適當(dāng)調(diào)整硫化工藝參數(shù)，提高硫化壓力和溫度，保證開姆洛克發(fā)揮最大粘合效果；增加合模排氣次數(shù)，防止金屬與膠料間存有空氣而影響粘合效果。

（5）在與膠料粘合的金屬表面增加排氣孔，硫化過程中有利于金屬與膠料間的空氣排除，排氣孔在使用過程中發(fā)揮散熱作用。

4 表面撕裂和膠須斷裂

輪胎表面撕裂和膠須斷裂常發(fā)生在開模時，輪胎被模具刮傷，膠須根部斷裂形成凹孔會影響輪胎整體外觀，嚴(yán)重時造成直接報廢，如圖7所示。

圖7 膠須斷裂

4.1 原因分析

（1）脫模方式不合理，輪胎在出模時傾斜；脫模劑溶質(zhì)沉淀、噴涂霧化不均勻。

（2）硫化條件制定不合理，硫化溫度過高等導(dǎo)致輪胎過硫化，造成膠料拉伸強度等物理性能下降。

（3）模具設(shè)計排氣孔過深，膠須過長，且排氣孔加工粗糙，膠須在排氣孔中受熱吸附力增大，脫離困難，導(dǎo)致從根部斷裂。

4.2 解決方法

（1）規(guī)范工藝操作，脫模劑霧化噴涂均勻；改善輪胎出模方式，不得暴力出模；使用脫模劑前應(yīng)充分?jǐn)嚢琛?/p>

（2）調(diào)整膠料配方，提高膠料的抗拉伸性能；通過適當(dāng)調(diào)整硫化工藝參數(shù)，縮短硫化時間等減小輪胎過硫化程度。

（3）改變模具排氣孔方向，縮短排氣孔長度。

5 變色

變色主要發(fā)生在環(huán)保無痕型輪胎表面，輪胎表面有嚴(yán)重色差（見圖8），影響外觀質(zhì)量。

圖8 輪胎變色

5.1 原因分析

（1）膠料混煉不均勻，硫化劑和促進(jìn)劑等用量過大，遷移到輪胎表面。

（2）防老劑在胎側(cè)表面發(fā)生氧化反應(yīng)，生成紅褐色物質(zhì)，造成輪胎表面略帶紅褐色。

（3）芳烴油析出膠料后在陽光照射下反光，造成輪胎色差較大。

（4）模具有污垢，硫化過程中污垢進(jìn)入輪胎表面。

（5）硫化機熱板上、下溫度不均勻，導(dǎo)致膠料中硫黃等物質(zhì)析出。

5.2 解決方法

（1）加強膠料混煉工藝控制，提高膠料混煉均勻性，使膠料中各種配合劑分散均勻；采用不溶性硫黃和其他不易析出的助劑。

（2）改進(jìn)膠料配方，調(diào)整防老化體系，采用防老劑DTPD/4020并用，提高膠料的耐老化性能、耐臭氧性能和耐屈撓性能。

（3）選擇優(yōu)質(zhì)芳烴油，并加強對芳烴油的質(zhì)量檢測，杜絕使用雜質(zhì)含量高的芳烴油。

（4）加強模具清洗，對模具內(nèi)表面進(jìn)行鍍鉻處理。

（5）調(diào)節(jié)硫化蒸汽溫度，保證熱板上、下溫度均勻一致。

6 花紋塊窩氣和花紋塊棱角呈圓形

輪胎花紋塊窩氣常表現(xiàn)為局部有濕潤感，如圖9所示，窩氣嚴(yán)重會使花紋塊棱角呈圓形，表層有蜂窩狀小細(xì)孔，如圖10所示。

圖9 花紋塊窩氣

圖10 花紋塊棱角呈圓形

6.1 原因分析

（1）模腔內(nèi)局部滯留氣體，合模時未完全排出，影響傳熱，從而形成花紋塊窩氣和棱角呈圓形。

（2）模腔排氣孔堵塞，排氣不暢，傳熱不良，導(dǎo)致硫化不均勻，使花紋塊出現(xiàn)窩氣和棱角呈圓形。

（3）膠料中有氣體或揮發(fā)性物質(zhì)，閉模硫化過程中氣體和揮發(fā)性物質(zhì)無法完全排出。

（4）成型施工標(biāo)準(zhǔn)不合理，胎坯膠料不足，硫化壓力低，模腔內(nèi)氣體無法完全排出。

6.2 解決方法

（1）對模具特定位置增加排氣孔，保證膠料進(jìn)入型腔后處于真空狀態(tài)；增加合模排氣次數(shù)；在模具上增加溢膠槽；在模具活側(cè)板、活鋼圈底部增加排氣孔。

（2）對模具特殊位置排氣孔打通，確保模具死角位置的氣體可以排出。

（3）調(diào)整膠料配方，使硫化曲線平坦期延長，進(jìn)一步優(yōu)化混煉工藝，保證膠料混煉均勻。

（4）調(diào)整施工質(zhì)量，適宜的溢膠量可將模腔內(nèi)氣體擠壓排凈；調(diào)整胎坯尺寸，胎坯外直徑應(yīng)接近模腔內(nèi)直徑。

7 崩花掉塊

崩花掉塊嚴(yán)重影響輪胎外觀質(zhì)量（見圖11），修復(fù)也很困難，嚴(yán)重時直接造成報廢，給企業(yè)帶來很大損失。

圖11 花紋崩花掉塊

7.1 原因分析

（1）膠料混料不均勻，降低膠料的拉斷伸長率、拉伸強度和抗撕裂性能。

（2）輪胎局部過硫化，而模具排氣孔直徑由內(nèi)向外增大且方向與出胎方向垂直，輪胎在脫出時受到的撕裂力較大。

（3）脫模劑噴涂時未充分霧化，噴涂不足或不均勻，未形成隔離膜，致使硫化時輪胎在模腔內(nèi)粘附力大，出模時造成損傷。

（4）啟模操作不當(dāng)，快速或暴力出模，致使輪胎被模具刮傷。

（5）模具花紋復(fù)雜、排氣孔多，且花紋塊數(shù)量多而密集，出模過程中輪胎傾斜，花紋塊被模具損傷。

7.2 解決方法

（1）確保膠料混煉均勻；加強膠料快檢工作，嚴(yán)格控制不合格膠料摻用比例，并且確保摻用均勻。

（2）縮短硫化時間，或重新測溫確定新的硫化工藝參數(shù)；調(diào)整胎面膠配方，防止輪胎表面膠料過硫化。

（3）胎坯裝模前確保脫模劑霧化噴涂均勻，必要時可多噴一遍脫模劑；灌裝脫模劑前必須攪拌均勻，防止溶質(zhì)沉淀而起不到脫模效果。

（4）規(guī)范啟模操作，禁止暴力出模，造成輪胎損傷。

（5）花紋復(fù)雜的模具可改造成活絡(luò)式，方便輪胎出模；合理設(shè)置模具排氣孔，減少出胎時花紋塊被撕裂的現(xiàn)象；對于特殊花紋模具，可設(shè)計為能沿花紋方向轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)模具。

8 冠部裂口

輪胎冠部裂口發(fā)生在上下模縫之間（見圖12），常伴有模縫膠邊過厚缺陷，影響外觀質(zhì)量。輕微裂口發(fā)生在表面，長度不超過1/5圓周，深度不超過3 mm；嚴(yán)重裂口深度達(dá)到5 mm，長度超過1/3圓周，直接造成輪胎報廢。

圖12 冠部裂口

8.1 原因分析

（1）模具設(shè)計溢膠槽尺寸過小或位置和方向不合理，合模時多余的膠料不能有效排出。

（2）胎坯成型施工質(zhì)量設(shè)計值偏大，合模過程中模腔內(nèi)多余的膠料不能排出。

（3）膠料配方設(shè)計不合理，胎面膠的硫化速率快于內(nèi)部膠料。

（4）硫化蒸汽溫度過高，導(dǎo)致模具溫度高，胎面膠的硫化速率上升快于內(nèi)部膠料，從而使內(nèi)部膠料開始硫化時向外膨脹，造成裂口；上下模具溫度不一致，溫差較大。

（5）硫化壓力高，合模力不足，在硫化中后期模具會輕微張開。

（6）模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硫化過程中膠料中的揮發(fā)物從冠部合模位置集中釋放，突破冠部已完全固化表面，形成裂口。

（7）硫化設(shè)備壓力不穩(wěn)定，液壓系統(tǒng)間歇式掉壓和補償壓力。

8.2 解決方法

（1）增大模具溢膠槽尺寸，調(diào)整周向和縱向溢膠槽分布，使模腔內(nèi)多余的膠料可流動排出。

（2）標(biāo)定胎坯質(zhì)量和溢膠率，適當(dāng)減小胎坯施工標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量，溢膠率控制在0.5%～1%。

（3）調(diào)整膠料配方，可通過測溫試驗分析和改進(jìn)，使胎面膠與內(nèi)部膠料的硫化速率匹配。

（4）降低硫化蒸汽溫度，保證上下模具溫度一致，確保傳熱速度相同。

（5）根據(jù)實際情況，重新測算并降低硫化過程中的設(shè)定壓力。

（6）對于花紋復(fù)雜的模具，可以在花紋處增加彈簧氣套。

（7）通過壓力表檢測設(shè)備狀態(tài)，如有異常應(yīng)停止裝模并檢修液壓系統(tǒng)。

9 冠部露中間層

輪胎冠部露中間層是完全不允許的，會嚴(yán)重影響整體膠層分布結(jié)構(gòu)，對輪胎使用性能造成不良影響。露中間層一般發(fā)生在模縫的溢膠槽處，如圖13所示。

圖13 冠部露中間層

9.1 原因分析

（1）胎坯成型時，尺寸及質(zhì)量不符合施工標(biāo)準(zhǔn)，胎坯過大或胎側(cè)包膠過厚，施工質(zhì)量設(shè)計不合理。

（2）上下熱板不平整，合模后模具有縫隙，模腔膠料會從縫隙過多流出。

（3）胎坯裝模時未裝平，合模時受力不均勻，對離模口近的一側(cè)造成擠壓變形。

（4）模具溢膠槽設(shè)計不合理，過多和過大都會影響排膠，造成單個溢膠槽溢膠多，影響整體膠層結(jié)構(gòu)分布。

（5）硫化時模具未在熱板或墊板正中，模具受力不均勻，造成單個溢膠槽溢膠多。

（6）模具模口有磕碰或凹陷損傷，硫化過程中膠料從縫隙處流出過多，帶出中間層膠。

9.2 解決方法

（1）嚴(yán)格執(zhí)行施工標(biāo)準(zhǔn)，胎側(cè)包膠不應(yīng)過厚；對施工尺寸和寬度重新標(biāo)定，可根據(jù)標(biāo)定結(jié)果調(diào)整施工質(zhì)量，溢膠率控制在0.5%～1%。

（2）檢查硫化機上下熱板水平度，對不平整的熱板進(jìn)行修復(fù)。

（3）確保每條胎坯裝模平正，必要時增加模具對中輔助工具。

（4）減小模具溢膠槽尺寸，并將溢膠槽數(shù)量減少至3—4個。

（5）輪胎硫化時確保模具在熱板或墊板正中。

（6）檢查模具模口是否有磕碰損傷，對凹陷損傷位置進(jìn)行修復(fù)。

10 結(jié)語

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計并結(jié)合經(jīng)驗，靈活采用以上措施，及時調(diào)整操作工藝規(guī)程，使操作標(biāo)準(zhǔn)化、制度化、穩(wěn)定化；對成型問題較多的規(guī)格產(chǎn)品制定專用的生產(chǎn)工藝，重新確定硫化條件，同時對膠料配方硫化速率匹配性進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，使成品輪胎一次合格率由99.1%提高到99.8%，成品回修率和市場退賠率由調(diào)整前的1%和0.2%降低到0.45%和0.05%，用戶滿意度大幅提高，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。