姜在勝，孫寶興，張?jiān)?/p>

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

近年來(lái)，世界各國(guó)對(duì)煤炭、銅和鐵等礦產(chǎn)資源的需求迅速增長(zhǎng)，拉動(dòng)了采掘業(yè)對(duì)采掘機(jī)械及大型運(yùn)輸車輛的需求，尤其是礦用自卸車用巨型工程機(jī)械子午線輪胎的市場(chǎng)需求激增，從而造成了全球大規(guī)格工程機(jī)械輪胎供不應(yīng)求的局面。米其林、固特異和普利司通等國(guó)外輪胎巨頭對(duì)我國(guó)輪胎生產(chǎn)企業(yè)均采取技術(shù)保密措施，雖然我國(guó)有近10家輪胎生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了1 244.6 mm（49英寸）及以上巨型工程機(jī)械子午線輪胎的研發(fā)及生產(chǎn)，但由于巨型工程機(jī)械子午線輪胎體積大、部件構(gòu)成復(fù)雜，使用環(huán)境惡劣，生產(chǎn)技術(shù)難度較大，因此與國(guó)外先進(jìn)水平差距不小。

巨型工程機(jī)械子午線輪胎通常采用天然橡膠（NR），雖然NR具有優(yōu)越的強(qiáng)度特性，但對(duì)于厚壁制品來(lái)說(shuō)其硫化程度和硫化均勻性不容易控制。通常達(dá)到正硫化程度的橡膠制品具有最佳性能，但將厚壁橡膠制品均勻硫化至正硫化程度是不可能的?？拷＞呋蚰z囊表面的橡膠會(huì)經(jīng)受較長(zhǎng)的熱履歷（過(guò)硫），而位于厚壁制品中央的橡膠在硫化周期結(jié)束后可能會(huì)欠硫，而過(guò)硫或硫化返原會(huì)引起交聯(lián)密度下降以及伴隨主鏈改變而導(dǎo)致性能下降。

本工作主要從硫化工藝相關(guān)理論、硫化工藝制定方法及實(shí)際應(yīng)用情況三個(gè)方面對(duì)巨型工程機(jī)械子午線輪胎開展新型硫化工藝研究，即在原過(guò)熱水硫化工藝的基礎(chǔ)上增加內(nèi)冷水硫化工藝，通過(guò)硫化測(cè)溫及氣泡點(diǎn)方法，在保障輪胎各部位皆硫化完全的基礎(chǔ)上，合理控制過(guò)熱水及內(nèi)冷水持續(xù)硫化時(shí)間，提高巨型工程機(jī)械子午線輪胎整體硫化的均勻性，降低硫化過(guò)硫程度，提高輪胎的內(nèi)在品質(zhì)。

1 硫化工藝?yán)碚摷傲蚧に嚄l件制定準(zhǔn)則

1.1 硫化工藝?yán)碚?/h3>

輪胎硫化是輪胎制造過(guò)程中重要工序之一，對(duì)輪胎的質(zhì)量、生產(chǎn)效率及節(jié)約能源有重要的影響。研究硫化工藝的目的是使輪胎各部位達(dá)到適當(dāng)?shù)牧蚧潭?。由于輪胎結(jié)構(gòu)為由若干層橡膠和橡膠基復(fù)合材料構(gòu)成的非均質(zhì)結(jié)構(gòu)，而且橡膠和橡膠基復(fù)合材料均是熱的不良導(dǎo)體，因此輪胎特別是巨型工程機(jī)械子午線輪胎的硫化是在非等溫條件下進(jìn)行的，通常很難實(shí)現(xiàn)輪胎硫化的均一性。

為了減少硫化返原，達(dá)到改善輪胎性能、提高生產(chǎn)效率的目的，通?？梢赃M(jìn)行以下兩方面的工作：（1）調(diào)整輪胎各部位膠料的硫化速度及匹配性，盡量做到各部位膠料同時(shí)達(dá)到正硫化；（2）利用硫化測(cè)溫的方法，合理調(diào)整硫化時(shí)間和溫度。目前比較成熟的子午線輪胎硫化工藝主要有過(guò)熱水硫化工藝、變溫硫化工藝及充氮硫化工藝。巨型工程機(jī)械子午線輪胎由于冠部非常厚，用以上的方法及硫化工藝硫化后硫化效應(yīng)較大，輪胎過(guò)硫化程度較為嚴(yán)重。因此，在現(xiàn)有巨型工程機(jī)械子午線輪胎硫化管路上增設(shè)了一套內(nèi)冷水循環(huán)管道，在巨型工程機(jī)械子午線輪胎硫化過(guò)程中胎肩部位最薄弱點(diǎn)達(dá)到一定硫化溫度后，由循環(huán)過(guò)熱水切換為循環(huán)內(nèi)冷水，可以迅速降低輪胎表面的溫度，而輪胎內(nèi)部的溫度上升一段時(shí)間后會(huì)逐步降低。該新型硫化工藝大幅降低了巨型工程機(jī)械子午線輪胎表面的過(guò)硫化程度，同時(shí)輪胎內(nèi)部在足夠的循環(huán)內(nèi)冷水壓力下繼續(xù)硫化，有效解決了巨型工程機(jī)械子午線輪胎由于肩部厚導(dǎo)致的硫化程度不均勻的問(wèn)題。

1.2 硫化工藝條件制定標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)內(nèi)外常用熱電偶輪胎硫化測(cè)溫法（簡(jiǎn)稱測(cè)溫法）、氣泡點(diǎn)法以及這兩種方法結(jié)合來(lái)確定硫化工藝條件。巨型工程機(jī)械子午線輪胎主要使用測(cè)溫法確定硫化工藝條件，然后用氣泡點(diǎn)法驗(yàn)證，充分利用了兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，又避免了氣泡點(diǎn)需要多次反復(fù)硫化、解剖分析的缺點(diǎn)。以熱電偶作為溫度傳感器的熱電偶輪胎硫化技術(shù)實(shí)際上包括硫化測(cè)溫點(diǎn)埋線、硫化測(cè)溫和硫化計(jì)算三部分[1]。

硫化測(cè)溫的目的是實(shí)現(xiàn)輪胎硫化的均一性，即在巨型工程機(jī)械子午線輪胎胎冠和胎肩區(qū)域的胎面膠和基部膠不同深度處埋測(cè)溫點(diǎn)，在排內(nèi)壓時(shí)這些測(cè)溫點(diǎn)的硫化效應(yīng)（CEQ）應(yīng)大于胎冠和胎肩區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)CEQ；在胎冠中心的外表面和胎側(cè)區(qū)域最薄位置（靠近胎體的外表面）區(qū)域的測(cè)溫點(diǎn)總CEQ應(yīng)小于各自區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)CEQ。其中標(biāo)準(zhǔn)CEQ由輪胎廠家根據(jù)其輪胎配方及硫化經(jīng)驗(yàn)確定。

2 新型硫化工藝中內(nèi)冷水設(shè)備改造

從動(dòng)力站引出2條冷水進(jìn)回主管道至巨型工程機(jī)械子午線輪胎硫化車間，并在管道末端增設(shè)內(nèi)冷水小循環(huán)，內(nèi)冷水進(jìn)出硫化機(jī)與過(guò)熱水進(jìn)出硫化機(jī)為同一管道。

內(nèi)冷水動(dòng)力供給如圖1所示。

圖1 內(nèi)冷水硫化工藝動(dòng)力供給示意

3 新型硫化工藝數(shù)據(jù)及分析

正常硫化工藝為過(guò)熱水循環(huán)硫化工藝，硫化過(guò)程中過(guò)熱水溫度、壓力保持不變，屬于恒溫硫化；新型硫化工藝是在過(guò)熱水硫化工藝的基礎(chǔ)上增加內(nèi)冷水硫化工藝，在硫化后期輪胎硫化最薄弱點(diǎn)溫度達(dá)到一定溫度時(shí)通入高壓內(nèi)冷水進(jìn)行硫化，同時(shí)在通內(nèi)冷水時(shí)關(guān)閉外壓，以降低輪胎表面及內(nèi)部溫度，解決巨型工程機(jī)械子午線輪胎由于肩部厚導(dǎo)致的硫化程度分布不均勻的問(wèn)題。

3.1 硫化曲線

為充分對(duì)比硫化工藝對(duì)輪胎升溫的影響，選擇肩部硫化最薄弱點(diǎn)、膠囊表面、胎側(cè)表面位置溫度進(jìn)行分析。圖2—4示出了采用新型硫化工藝和正常硫化工藝輪胎肩部硫化最薄弱點(diǎn)、膠囊表面、胎側(cè)表面位置的硫化曲線對(duì)比。

圖2 肩部硫化最薄弱位置硫化曲線對(duì)比

圖3 膠囊表面位置硫化曲線對(duì)比

圖4 胎側(cè)表面位置硫化曲線對(duì)比

從圖2—4可以看出：與正常硫化工藝相比，采用新型硫化工藝后，輪胎各位置溫度前期升溫速度基本一致，肩部和胎側(cè)表面位置的最高溫度降低，膠囊表面位置的最高溫度基本一致；提前出現(xiàn)溫度降低現(xiàn)象，即采用正常硫化工藝硫化時(shí)，輪胎內(nèi)部溫度在硫化結(jié)束后會(huì)先上升一段時(shí)間，再逐步降低，而且降溫速度緩慢，后硫化效應(yīng)較大，而采用新型硫化工藝，輪胎表面及內(nèi)部雖然在內(nèi)冷水循環(huán)階段就開始出現(xiàn)溫度降低現(xiàn)象，但在足夠的循環(huán)內(nèi)冷水壓力下可繼續(xù)硫化至完全，同時(shí)巨型工程機(jī)械子午線輪胎表面及內(nèi)部溫度顯著降低，減少了輪胎的后硫化效應(yīng)。

3.2 硫化程度

為便于對(duì)比不同硫化工藝下輪胎的硫化程度，選某規(guī)格巨型工程機(jī)械子午線輪胎胎肩硫化最薄弱點(diǎn)位置、最寬帶束層端點(diǎn)位置及胎體簾布反包端點(diǎn)位置進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如表1所示。

表1 不同硫化工藝對(duì)輪胎各部位硫化程度的影響

從表1可以得出，對(duì)采用兩種硫化工藝輪胎硫化最薄弱處位置進(jìn)行氣泡點(diǎn)切割發(fā)現(xiàn)兩者均無(wú)氣泡出現(xiàn)，說(shuō)明兩種硫化工藝均可以使輪胎硫化完全。但兩種硫化工藝對(duì)輪胎硫化程度的影響截然不同，硫化工藝由正常硫化工藝調(diào)整為新型硫化工藝后，輪胎各位置的過(guò)硫化程度均明顯降低，胎肩硫化最薄弱點(diǎn)位置、最寬帶束層端點(diǎn)位置過(guò)硫化程度降低幅度最大，硫化程度可降低40%以上，明顯降低了巨型工程機(jī)械輪胎的后硫化效應(yīng)，有效提高了輪胎整體硫化均勻性，避免巨胎后硫化效應(yīng)較大引起輪胎過(guò)硫嚴(yán)重問(wèn)題出現(xiàn)，利于提升輪胎的內(nèi)在品質(zhì)。

3.3 成品性能

分別采用新型硫化工藝及正常硫化工藝制造輪胎進(jìn)行成品性能對(duì)比試驗(yàn)。

3.3.1 物理性能

硫化工藝對(duì)成品輪胎物理性能的影響如表2所示。

表2 成品輪胎物理性能

從表2可以看出，與采用正常硫化工藝相比，采用新型硫化工藝后，成品輪胎的物理性能更接近大料試驗(yàn)中膠料的物理性能，明顯高于采用正常硫化工藝的輪胎，說(shuō)明采用新型硫化工藝硫化后成品輪胎膠料性能損失較小，輪胎的過(guò)硫化程度明顯降低，有效解決了正常硫化工藝易使輪胎過(guò)硫化嚴(yán)重，導(dǎo)致膠料硫化返原、性能下降的問(wèn)題。

3.3.2 實(shí)際路試

采用新型硫化工藝批量試制巨型工程機(jī)械子午線輪胎，并在某礦山進(jìn)行實(shí)際路試。結(jié)果表明，與正常硫化工藝輪胎相比，新型硫化工藝輪胎的使用壽命可以提高10%左右，達(dá)到了客戶的預(yù)期。

4 結(jié)論

在原過(guò)熱水硫化工藝的基礎(chǔ)上增加內(nèi)冷水硫化工藝，即在輪胎硫化過(guò)程中胎肩部位最薄弱點(diǎn)達(dá)到一定的硫化溫度后，由循環(huán)過(guò)熱水切換為循環(huán)內(nèi)冷水的新型硫化工藝更適合巨型工程機(jī)械子午線輪胎的硫化，可以有效提高輪胎的硫化均勻性，顯著降低輪胎的過(guò)硫化程度，輪胎使用壽命提高10%左右，有利于提升輪胎的內(nèi)在品質(zhì)。