陳衛(wèi)勇，李紅衛(wèi)，李漢青

[特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司，山東 青島 266061]

半鋼子午線輪胎胎圈氣泡是輪胎制造過程中普遍存在的一種缺陷[1]。胎圈部位與輪輞直接接觸，生熱變形較大[2]，將輪胎胎圈氣泡部位打磨熱補后使用容易引起胎圈部位早期損壞，產(chǎn)生安全隱患[3-5]。本工作通過分析胎圈氣泡產(chǎn)生的原因，提出相應(yīng)的解決措施[6-7]。

1 半鋼子午線輪胎胎圈氣泡的特征

胎圈氣泡出現(xiàn)在輪胎的一側(cè)或兩側(cè)，在胎圈部位胎踵與胎趾間的橡膠層間，包括胎圈膠與氣密層間、氣密層與胎體膠間、胎體膠與胎圈膠間。有表皮氣泡，也有較深的膠中氣泡，如圖1所示。

圖1 胎圈氣泡

2 原因分析

胎圈氣泡產(chǎn)生的原因可以分為4類。

（1）內(nèi)外層膠料的硫化速率匹配不好。胎圈部位由內(nèi)至外有胎圈膠、胎體膠、過渡層膠、氣密層膠、胎側(cè)膠，各膠料的剩余硫化時間匹配，可達到由內(nèi)至外逐步延長的效果，使胎坯內(nèi)的殘余空氣充分排出。膠料的硫化時間在煉膠、壓延、停放、硫化定型等過程中被逐漸損耗，且與加工和停放溫度呈正相關(guān)性，加工和停放溫度越高，硫化時間損失越大。

（2）膠料的體積不足。膠料的體積決定了填充模型的密實度，體積不足，則膠料的壓縮力不夠，膠料流動過程中在胎圈鋼絲與模具鋼棱圈之間產(chǎn)生局部中空，形成氣泡。

（3）材料層間存有空氣。胎坯胎圈部位材料有鋼絲圈、三角膠、胎體、過渡層、氣密層、胎側(cè)，目前胎坯的成型工藝主要是層貼法，各個材料的端點位置由于段差的存在及過渡曲線的不圓滑，或多或少都有存氣現(xiàn)象。

二次法成型工藝比一次法成型工藝胎坯胎圈部位氣泡發(fā)生幾率高，氣泡產(chǎn)生的因素也多。兩種成型方式的差異在于鎖圈形式。一次法成型工藝的鎖圈方式如圖2所示，胎圈底部材料在撐塊的作用下被壓實。

圖2 一次法成型工藝的鎖圈方式

二次法成型工藝的鎖圈方式如圖3所示，胎圈底部材料靠充氣膠囊壓緊。由于膠囊厚度和充氣壓力分布的原因，膠囊在胎圈底部接觸材料的位置形成一定的曲線，當(dāng)胎圈底部寬度較大時，胎圈底部易出現(xiàn)壓不實的情況，此時胎圈底部與材料間積存空氣。

圖3 二次法成型工藝的鎖圈方式

（4）硫化過程中排氣不暢。硫化時，在定型、填充模型和膠料硫化時間消耗過程中，需將胎坯與模具間、膠囊與胎坯間及胎坯內(nèi)部層間存在的空氣通過排氣孔和排氣槽排出，定型壓力的設(shè)定以及模具胎圈部位排氣線的設(shè)計起到關(guān)鍵性作用。一般排氣孔和排氣槽的設(shè)計如圖4所示。

圖4 排氣孔和排氣槽的設(shè)計

3 解決措施

依據(jù)胎圈氣泡產(chǎn)生的原因分析，在胎側(cè)、胎體、內(nèi)襯層、胎圈部件尺寸和貼合定位均按工藝管控標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的情況下，從工藝和施工方面提出優(yōu)化方案并進行驗證。

3.1 焦燒時間的控制

膠料的焦燒時間從以下幾方面進行管控。

（1）返回膠的摻用量控制在10%以內(nèi)。

（2）各部件壓延溫度控制在標(biāo)準(zhǔn)溫度上下浮動5 ℃范圍內(nèi)，卷曲溫度控制在40 ℃以下。

（3）部件停放時間控制在8 h以內(nèi)，先進先出。

3.2 胎圈部位材料的壓縮率優(yōu)化設(shè)計

以215/75R16C輪胎為例，胎圈部位材料的壓縮率在兼顧性能的前提下，從以下兩個方面進行優(yōu)化。

方案一：在原有胎坯成型施工的基礎(chǔ)上，胎圈排列由4-5-4-3調(diào)整為4-5-6-5，增強了胎圈的強度，同時增大了胎坯胎圈部位膠料的體積和壓縮率，如圖5所示。

圖5 優(yōu)化方案一

方案二：在原有胎坯成型施工的基礎(chǔ)上，胎圈底部寬度由17 mm調(diào)整至16 mm，同比增大了胎圈部位膠料的壓縮率，如圖6所示。

圖6 優(yōu)化方案二

上述兩方案經(jīng)驗證均無胎圈氣泡產(chǎn)生。

3.3 胎圈部位材料層間空氣的排除

（1）在施工設(shè)計上，內(nèi)襯層和胎體端點已避開胎趾至胎踵的位置，不會產(chǎn)生材料段差造成層間存氣。

（2）胎體在成型鼓鼓板至胎體反包過胎圈的位置（圖7中L區(qū)域）保證有刺孔，透光率在90%以上，以便反包時使材料盡量舒展并將層間空氣排出。

圖7 成型鼓鼓板至胎體反包過胎圈位置示意

（3）完成以上優(yōu)化，若胎圈底部仍有存氣，需調(diào)整鋼絲圈排列方式，將4-5-4-3排列方式調(diào)整為3-4-5-4排列方式（如圖8所示），在鋼絲圈總強度不變的情況下，減小底層胎圈寬度，使過渡曲線更加圓滑，以使胎圈底部材料受到膠囊擠壓時能夠比較順暢地排出空氣，同時胎圈部位膠料體積也相應(yīng)增大。

圖8 調(diào)整鋼絲圈排列方式示意

對胎圈采用3-4-5-4排列的輪胎進行脫圈阻力和強度試驗，結(jié)果表明，與胎圈采用4-5-4-3排列的輪胎相比，胎圈采用3-4-5-4排列的輪胎脫圈阻力和強度差異很小。批量生產(chǎn)的不同規(guī)格成品輪胎無胎圈氣泡缺陷發(fā)生，優(yōu)化效果顯著。

胎圈材料分布如圖9所示，各優(yōu)化方案胎圈部位材料參數(shù)如表1所示。

表1 各優(yōu)化方案胎圈部位參數(shù)

圖9 胎圈材料分布示意

分析優(yōu)化方案胎圈部位各參數(shù)可知，單一的軸向壓縮比和徑向壓縮比不能有效地表征整體膠料的壓縮率，體積壓縮比則可較為準(zhǔn)確地表征胎圈部位膠料的壓縮率[8]。通過比對成品輪胎和胎坯材料分布情況，得出胎圈部位材料體積壓縮比取值在120%～130%之間較好，此時無胎圈氣泡缺陷，也無胎趾出邊。試驗表明，Y值不宜過大，過大易造成胎趾膠料在合模時被鋼棱圈擠出，形成胎趾部位溢膠；增大X值和胎圈寬度或使鋼絲圈最寬點上移，均可增大胎圈部位膠料的壓縮率，從而達到預(yù)防胎圈氣泡發(fā)生的目的。

（4）對硫化定型過程進行排氣管理，通過合理設(shè)計排氣孔的位置、孔徑和數(shù)量，保持排氣孔和周向排氣槽的通暢和清潔，能夠?qū)⒍ㄐ秃湍Ｐ吞畛鋾r膠料流動和初期交聯(lián)產(chǎn)生的空氣有效地排出[9-10]。

4 結(jié)語

對半鋼子午線輪胎胎圈氣泡產(chǎn)生原因進行全面分析，從制造工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計方面進行優(yōu)化：優(yōu)化鋼絲圈排列方式，嚴(yán)格控制胎圈部位胎體穿刺的透光率，保證模具胎圈部位排氣通暢；嚴(yán)控胎圈膠回?fù)奖壤?，保證各種膠料硫化速率匹配；調(diào)整胎圈部位材料的壓縮率，并進行各部件端點位置設(shè)計優(yōu)化，在保證輪胎性能的前提下，使胎圈氣泡問題得到了有效解決。