周 勇，姜在勝，劉 娟，張?jiān)?，董秀?/p>

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

橡膠是熱的不良導(dǎo)體，對(duì)于工程機(jī)械輪胎這樣的橡膠厚制品，在硫化過(guò)程中會(huì)形成一定的溫度場(chǎng)。輪胎內(nèi)部與模具及膠囊（或水胎）之間形成一定的溫度梯度，當(dāng)輪胎表面達(dá)到正硫化時(shí)，硫化薄弱點(diǎn)仍處于欠硫狀態(tài)甚至剛開(kāi)始發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中又必須保證輪胎硫化薄弱點(diǎn)達(dá)到正硫化，此時(shí)輪胎表面處于過(guò)硫狀態(tài)，性能下降。輪胎尺寸越大，薄弱點(diǎn)與輪胎表面的硫化程度相差越大，因此在保證輪胎硫化薄弱點(diǎn)硫化程度的基礎(chǔ)上，研究制定一種合適硫化工藝，降低輪胎表面過(guò)硫度，提高輪胎使用性能就變得尤為重要。

工程機(jī)械斜交輪胎傳統(tǒng)過(guò)熱水硫化工藝是在打內(nèi)壓結(jié)束后向膠囊內(nèi)部通入一定溫度的過(guò)熱水進(jìn)行循環(huán)，由內(nèi)部向輪胎傳熱，在蒸汽室通入一定溫度（壓力）的飽和蒸汽進(jìn)行循環(huán)，加熱模具，由外部向輪胎傳熱。循環(huán)一定時(shí)間后排凈蒸汽室和膠囊內(nèi)部介質(zhì)，取出輪胎置于后充氣設(shè)備上，充入一定壓力的氣體，進(jìn)行后充氣冷卻。

傳統(tǒng)過(guò)熱水硫化工藝的弊端是硫化排壓時(shí)輪胎硫化薄弱點(diǎn)硫化程度滿(mǎn)足要求，但輪胎表面過(guò)硫嚴(yán)重，硫化均勻性差，出罐時(shí)胎體簾線(xiàn)溫度較高，輪胎從開(kāi)始排內(nèi)壓到進(jìn)行后充氣期間輪胎已發(fā)生一定程度的收縮，輪胎質(zhì)量穩(wěn)定性差。

內(nèi)冷卻硫化工藝是在過(guò)熱水和外溫蒸汽循環(huán)一定時(shí)間后，將內(nèi)溫過(guò)熱水循環(huán)切換為冷卻水循環(huán)，并提前關(guān)閉外溫蒸汽進(jìn)汽閥門(mén)，冷卻一定時(shí)間后排凈蒸汽室和膠囊內(nèi)部介質(zhì)，取出輪胎進(jìn)行后充氣。工程機(jī)械輪胎尺寸厚，冷卻效應(yīng)傳遞慢，通入內(nèi)冷卻水后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)輪胎肩部及冠部中心溫度仍處于升溫狀態(tài)，只是降低了輪胎胎體和輪胎外表面的溫度。這樣可以在保證薄弱點(diǎn)硫化程度的基礎(chǔ)上降低輪胎表面和胎體過(guò)硫度。同時(shí)通入內(nèi)冷卻水降低了輪胎出罐時(shí)胎體溫度，從而減少輪胎從出罐到進(jìn)行后充氣過(guò)程中的尺寸收縮，質(zhì)量穩(wěn)定性好。

為分析確定合適的內(nèi)冷卻硫化工藝條件，本工作選取18.00－25 40PR TL510規(guī)格采用內(nèi)冷卻硫化工藝條件進(jìn)行硫化測(cè)溫試驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要設(shè)備和儀器

WL-IV型微電腦硫化測(cè)溫儀，北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院產(chǎn)品；LB-85型單模定型硫化機(jī)，桂林橡膠塑料機(jī)械有限公司產(chǎn)品。WL-IV型微電腦硫化測(cè)溫儀可以同時(shí)測(cè)定24個(gè)測(cè)溫點(diǎn)不同時(shí)刻的溫度值，每10 s記錄一次數(shù)據(jù)，配備靈敏度高、復(fù)制性好的T型熱電偶。

1.2 熱電偶埋覆

為對(duì)比分析兩種不同硫化工藝下輪胎硫化狀況，成型兩條18.00－25規(guī)格試驗(yàn)輪胎，分別進(jìn)行內(nèi)冷卻硫化工藝和傳統(tǒng)過(guò)熱水硫化工藝測(cè)溫試驗(yàn)，在成型過(guò)程中熱電偶埋覆分布如圖1所示。

圖1 熱電偶埋覆位置

1.3 硫化

測(cè)溫硫化工藝條件見(jiàn)表1。

采用表1中硫化工藝條件分別硫化兩條試驗(yàn)輪胎，使用WL-IV型微電腦硫化測(cè)溫儀收集硫化過(guò)程各測(cè)溫點(diǎn)數(shù)據(jù)。

表1 測(cè)溫硫化工藝條件

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化溫度分布

為對(duì)比兩種硫化工藝下輪胎硫化升溫情況，選取具有代表性的測(cè)溫點(diǎn)數(shù)據(jù)作溫度曲線(xiàn)。胎圈及肩部測(cè)溫點(diǎn)中分別選取升溫速度較慢的測(cè)溫點(diǎn)，緩沖部位測(cè)溫點(diǎn)選取通入內(nèi)冷水后降溫最快的測(cè)溫點(diǎn)。內(nèi)冷卻硫化工藝測(cè)溫點(diǎn)溫度曲線(xiàn)如圖2所示。過(guò)熱水硫化工藝測(cè)溫點(diǎn)溫度曲線(xiàn)如圖3所示。

圖2 內(nèi)冷卻硫化工藝測(cè)溫點(diǎn)溫度曲線(xiàn)

圖3 過(guò)熱水硫化工藝測(cè)溫點(diǎn)溫度曲線(xiàn)

從圖2和3可以看出，兩種工藝測(cè)溫時(shí)升溫最快的是氣密層中心、胎冠表面中心升溫速度高于胎側(cè)表面、胎冠中心升溫速度最慢。

內(nèi)冷卻硫化工藝測(cè)溫后期胎冠表面中心及胎側(cè)表面溫度開(kāi)始下降；通入冷卻水后氣密層中心、緩沖層中心、下模胎圈部位溫度下降明顯。

分析如下：

（1）兩種硫化工藝內(nèi)溫過(guò)熱水溫度遠(yuǎn)高于飽和蒸汽溫度，因此測(cè)定膠囊外表面的氣密層中心測(cè)溫點(diǎn)升溫最快；

（2）胎冠表面中心及胎側(cè)表面測(cè)溫點(diǎn)是測(cè)定模具內(nèi)表面溫度的，模具冠部與蒸汽接觸較胎側(cè)部位充分，因此胎冠表面中心升溫速度快；

（3）該規(guī)格輪胎冠部與肩部尺寸相差較小，冠部花紋塊較大，受模具傳熱較肩部慢，因此胎冠中心升溫速度最慢；

（4）內(nèi)冷卻硫化工藝外溫蒸汽循環(huán)關(guān)閉早，因此測(cè)定模具內(nèi)表面溫度的胎冠表面中心及胎側(cè)表面測(cè)溫點(diǎn)在硫化后期溫度出現(xiàn)下降；

（5）內(nèi)冷卻水溫度低，通入后硫化內(nèi)溫迅速降低，在內(nèi)冷卻效應(yīng)的作用下，氣密層中心測(cè)溫點(diǎn)溫度迅速下降，因此受內(nèi)溫影響大的緩沖層中心及胎圈部位溫度也明顯下降。

通入冷卻水后緩沖層中心溫度下降明顯，說(shuō)明通入內(nèi)冷水可以明顯降低胎體及緩沖層部位出罐時(shí)溫度，有利于降低簾線(xiàn)收縮。

2.2 測(cè)溫薄弱點(diǎn)升溫曲線(xiàn)對(duì)比

兩次測(cè)溫升溫速度最慢的均是胎冠中心，說(shuō)明兩種硫化工藝下硫化薄弱點(diǎn)均在冠部。選取兩次測(cè)溫薄弱點(diǎn)數(shù)據(jù)作對(duì)比曲線(xiàn)如圖4所示。

圖4 兩種硫化工藝測(cè)溫薄弱點(diǎn)升溫曲線(xiàn)

從圖4可以看出，兩種硫化工藝測(cè)溫前期薄弱點(diǎn)升溫情況基本一致，測(cè)溫后期內(nèi)冷卻硫化工藝薄弱點(diǎn)升溫速度降低，但硫化結(jié)束時(shí)仍呈升溫趨勢(shì)。

分析如下：

（1）測(cè)溫前期兩種硫化工藝下輪胎受內(nèi)外溫影響基本一致，因此測(cè)溫薄弱點(diǎn)升溫情況一致；

（2）內(nèi)冷卻硫化工藝測(cè)溫后期，外溫蒸汽提前關(guān)閉，內(nèi)溫過(guò)熱水切換為冷卻水，因此薄弱點(diǎn)升溫速度降低；

（3）工程機(jī)械輪胎部件厚，過(guò)熱水切換為冷卻水后，冷卻效應(yīng)傳遞至肩部及胎冠中心所需時(shí)間較長(zhǎng)，且膠料交聯(lián)反應(yīng)釋放熱量，因此硫化結(jié)束時(shí)測(cè)溫薄弱點(diǎn)溫度仍呈上升趨勢(shì)。

2.3 數(shù)據(jù)分析

兩次測(cè)溫最薄弱點(diǎn)均是胎冠中心，運(yùn)用阿累尼烏斯方程對(duì)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：

式中，t為溫度為θ時(shí)的正硫化時(shí)間；t0為溫度為145℃時(shí)的正硫化時(shí)間；θ為實(shí)際測(cè)定溫度；θ0為基準(zhǔn)溫度，145 ℃。

計(jì)算得到過(guò)熱水硫化工藝條件測(cè)溫排壓時(shí)薄弱點(diǎn)累計(jì)等效硫化程度為298.9%，內(nèi)冷卻硫化工藝條件測(cè)溫排壓時(shí)薄弱點(diǎn)累計(jì)等效硫化程度為237.1%。可以看出采用內(nèi)冷卻硫化工藝可降低輪胎過(guò)硫化程度。

2.4 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)可知，采用內(nèi)冷卻硫化工藝條件可以降低排壓時(shí)薄弱點(diǎn)硫化程度，但仍偏高。為確定合適的硫化條件，對(duì)內(nèi)冷卻硫化工藝測(cè)溫時(shí)薄弱點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，如圖5所示。

圖5 內(nèi)冷卻硫化工藝薄弱點(diǎn)數(shù)據(jù)處理曲線(xiàn)

內(nèi)冷卻之前，輪胎受熱情況一致，認(rèn)為冷卻之前升溫曲線(xiàn)相同。

運(yùn)用阿累尼烏斯方程對(duì)處理后數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，在內(nèi)冷卻提前30 min、硫化周期縮短20 min條件下排內(nèi)壓時(shí)測(cè)溫薄弱點(diǎn)硫化程度為141.5%，考慮測(cè)溫薄弱點(diǎn)與實(shí)際薄弱點(diǎn)位置差異、膠料性能及硫化動(dòng)力條件的波動(dòng)，該硫化程度滿(mǎn)足要求。

采用內(nèi)冷卻提前30 min、硫化周期縮短20 min內(nèi)冷卻硫化工藝條件與過(guò)熱水硫化工藝條件相比，排壓時(shí)胎冠表面中心硫化程度從702.1%降低至415.3%，緩沖層中心硫化程度從1 023.5%降低至579.1%，過(guò)硫化程度明顯降低。

2.5 成品物理性能

對(duì)兩種硫化工藝測(cè)溫成品輪胎進(jìn)行物理性能對(duì)比試驗(yàn)，分析硫化工藝對(duì)輪胎性能的影響，成品輪胎物理性能對(duì)比如表2所示。

從表2可以看出，內(nèi)冷卻硫化工藝輪胎物理性能較傳統(tǒng)硫化工藝好，說(shuō)明采用內(nèi)冷卻硫化工藝降低輪胎過(guò)硫程度后，輪胎性能提高。

表2 成品輪胎物理性能對(duì)比

3 結(jié)論

（1）在保證內(nèi)冷卻壓力滿(mǎn)足要求的前提下，采用內(nèi)冷卻硫化工藝可降低輪胎的過(guò)硫程度，改善輪胎硫化均勻性，提高輪胎質(zhì)量。

（2）工程機(jī)械輪胎尺寸大，內(nèi)冷卻效應(yīng)傳遞至輪胎肩部及胎冠中心所需時(shí)間較長(zhǎng)，通入內(nèi)冷卻水后肩部及胎冠中心溫度仍處于升溫狀態(tài)。

（3）采用內(nèi)冷卻硫化工藝可以降低出罐時(shí)胎體簾線(xiàn)溫度，從而減少輪胎出罐至上后充氣期間的簾線(xiàn)收縮，提高輪胎質(zhì)量穩(wěn)定性。

（4）采用內(nèi)冷卻硫化工藝，提前關(guān)閉外溫蒸汽和過(guò)熱水循環(huán)可降低輪胎硫化能耗。