硫化胶囊对全钢载重子午线轮胎质量的影响

2021-07-19陈银香王小娟

橡胶科技 2021年3期

陈银香，王小娟，刘勇

（风神轮胎股份有限公司，河南焦作 454003）

随着轮胎产业的快速发展，企业对产品质量和成本控制也越来越严[1]。硫化胶囊作为生产过程中重要的消耗性辅件，是硫化成本中重要的控制要素，而且硫化过程中轮胎内部由硫化胶囊支撑，硫化胶囊不仅影响轮胎的外观质量，也影响轮胎的均匀性、动平衡性，甚至高速和耐久等性能[2-3]。

1 硫化胶囊类型

全钢载重子午线轮胎硫化胶囊按生产方式分为模压法和注射法；按外形分为直筒形和灯笼形；按硫化机类型则分为A型、B型、AB型和C型4种。我公司使用的硫化胶囊为灯笼形B型硫化胶囊。

2 硫化胶囊对轮胎质量的影响因素

在使用过程中调查分析确定，硫化胶囊影响成品轮胎质量的关键因素有硫化胶囊选型及厚度和排气线设计。

2.1 硫化胶囊选型

如果使用的硫化胶囊与轮胎尺寸不匹配，在硫化过程中会引起不同程度的质量问题。硫化胶囊过小，在定型过程中硫化胶囊与胎坯内部不能很好地贴合在一起，积存空气会造成胎里欠硫；硫化胶囊过大，在定型压力作用下硫化胶囊不易在胎坯内部充分伸展，造成胎里不平或硫化胶囊打褶问题。因此，硫化胶囊选型应根据轮胎尺寸及硫化胶囊的外直径和断面周长计算直径伸张比和断面周长伸张比。直径伸张比为15%～25%、断面周长伸张比为15%～20%可保证定型时硫化胶囊外部与胎坯内部轮廓紧密地贴合在一起，减少胎里欠硫和胎里不平等问题的发生。硫化胶囊各部位尺寸参数如图1所示。

图1 硫化胶囊各部位尺寸参数

ρD＝DK/DB

ρL＝（L＋D－Db－2b）/LB

式中，ρD和ρL分别为硫化胶囊的直径伸张比和断面周长伸张比，DK和DB分别为轮胎内直径和硫化胶囊外直径，L为轮胎断面内周长，D为轮胎着合直径，Db为硫化胶囊夹缘内直径，b为硫化胶囊夹缘宽度，LB为硫化胶囊断面周长。

2.2 硫化胶囊厚度

厚度是影响硫化胶囊传热的主要因素，同时也会影响硫化胶囊的使用寿命。硫化胶囊厚度过大或过小会使硫化过程中热量传递过慢或过快，从而造成胎里硫化过慢或过快。如果胎里与胎面的硫化速度不匹配，就会造成轮胎内外硫化程度不一致。硫化胶囊厚度过小还会造成早期龟裂损坏，增加硫化胶囊使用成本。

对中心厚度（见图1）分别为9和7 mm的两个型号硫化胶囊进行对比试验发现，减小硫化胶囊厚度对提高轮胎硫化过程中的温度和最终的硫化程度有利，但由于轮胎各部位胶料厚度和硫化速率有所差异，其对胎肩和胎圈部位的影响不一致。胎圈部位和胎肩部位等效硫化时间和硫化程度对比分别如图2和3所示，硫化温度为151 ℃。

图2 胎圈部位等效硫化时间和硫化程度对比

图3 胎肩部位等效硫化时间和硫化程度对比

从图2和3可以看出，硫化胶囊中心厚度减小2 mm，胎圈部位胶料最终的等效硫化时间可延长约4 min，等效硫化程度提升1%～2%，而胎肩部位胶料等效硫化时间延长7 min，等效硫化程度因后期达到正硫化平坦期，差异不大。

硫化胶囊厚度小有利于热量传递，硫化时间可相应缩短，提升硫化效率，而且有利于硫化胶囊与胎坯贴合和排气，降低胎里缺陷发生率，但是硫化胶囊寿命会相对缩短，容易出现硫化胶囊龟裂问题，在使用过程中需加强对硫化胶囊的检查。硫化胶囊试验结果如表1所示。

表1 硫化胶囊试验结果

2.3 硫化胶囊排气线设计

为方便胎坯装模定型时排出胶囊与胎坯之间的空气，减少轮胎因窝气产生的欠硫问题，硫化胶囊外表面设置一定形状和数量的排气线。

硫化胶囊排气线的形状主要分为斜纹形、网格形和碎石形三大类，如图4所示。

图4 硫化胶囊排气线形状

斜纹形排气线硫化胶囊与胎坯贴合良好，容易装胎，不会造成胎里露线，有利于硫化胶囊检查，胎里也相对美观，但不利于排气，成品轮胎容易出现窝气缺陷，且对匹配性设计要求高；网格形排气线的排气效果相对较好，但不利于装胎，硫化胶囊容易出现褶皱，而且在网格端点位置容易因应力集中而出现早期老化裂口，硫化胶囊寿命不稳定；碎石形排气线的排气效果较好，硫化胶囊使用寿命也较长，但由于表面碎石形状的存在，容易造成硫化胶囊表面和成品轮胎胎里质量检查困难。综合考虑，在满足轮胎质量要求的条件下，可优先选择碎石形排气线。

硫化胶囊排气线的设计还包括深度和密度。如果排气线深度过小，随着使用次数的增加，硫化胶囊塑性变形越来越大，造成排气线深度几乎接近于零，无法很好地起到排气的作用，造成胎里窝气；如果排气线深度过大，则硫化胶囊容易出现裂口，缩短使用寿命。同时，排气线过于稀疏也不利于胎坯与胶囊之间气体的排出，从而造成胎里欠硫问题，而排气线过密同样会影响硫化胶囊的使用寿命。