王永杰，伊善會(huì)，李紅衛(wèi)

[特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司，山東 青島 257335]

確認(rèn)輪胎最佳硫化時(shí)間一般采用熱電偶測溫法和發(fā)泡點(diǎn)法[1-3]。熱電偶測溫法是將銅-康銅熱電偶埋入輪胎中，通過測溫儀測量輪胎內(nèi)部熱電偶位置的溫度后根據(jù)阿累尼烏斯公式進(jìn)行計(jì)算。該方法需要一定的技術(shù)基礎(chǔ)和多人的協(xié)調(diào)配合，相對于發(fā)泡點(diǎn)法確認(rèn)輪胎硫化程度的難度較大。發(fā)泡點(diǎn)法主要有3種：一是在最薄弱點(diǎn)的最短硫化時(shí)間（正常硫化時(shí)間減去安全時(shí)間）硫化后直接解剖輪胎以確認(rèn)是否有氣泡產(chǎn)生；二是在硫化前將膠片貼到輪胎的代表性部位（一般選擇較厚位置），硫化后再解剖輪胎以確認(rèn)氣泡的位置；三是結(jié)合前2種方法，硫化后解剖輪胎以確認(rèn)氣泡的位置[4-6]。

在我公司輪胎部件厚度與硫化時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫中，胎圈部位只有最大厚度，沒有區(qū)分有無輪輞護(hù)膠。輪輞護(hù)膠為輪胎胎側(cè)部位的一塊凸起膠料，主要保護(hù)輪輞在行駛中不受馬路牙子等的傷害，一般55系列以下輪胎、全地形輪胎（AT）和泥地輪胎（MT）都有輪輞護(hù)膠，55系列以上的輪胎基本沒有輪輞護(hù)膠。

本工作采用第3種發(fā)泡點(diǎn)法研究輪輞護(hù)膠對判定輪胎硫化時(shí)間的影響。

1 發(fā)泡點(diǎn)法

1.1 發(fā)泡點(diǎn)法的特點(diǎn)

輪胎硫化中，若在橡膠未交聯(lián)完成時(shí)開模，因硫化時(shí)間偏短，純膠料中或者各部件之間就會(huì)產(chǎn)生氣泡[7]。發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間即輪胎膠料或其各部件之間不出現(xiàn)氣泡（含微小氣泡）時(shí)對應(yīng)的最短硫化時(shí)間。

半鋼子午線輪胎一般采用發(fā)泡點(diǎn)法確定輪胎的硫化時(shí)間。全鋼子午線輪胎因規(guī)格大且胎體鋼絲簾線不能直接切斷（若氣泡發(fā)生在胎圈位置，需進(jìn)行斷面切割），切割工作較繁瑣，一般采用熱電偶測溫法。

發(fā)泡點(diǎn)法操作簡單、迅速，單人即可完成，而且可根據(jù)外界環(huán)境溫度變化和膠料變化等快速反應(yīng)。

1.2 發(fā)泡點(diǎn)法的使用要求

（1）在輪胎成型中，各半成品尺寸、胎坯外觀等均應(yīng)符合技術(shù)要求[8]。

（2）若使用貼膠片確認(rèn)氣泡點(diǎn)位置時(shí)，每層膠片的分界位置及起始位置應(yīng)用銀粉筆進(jìn)行標(biāo)記，以防止輪胎出鍋后膠片位置混亂。

（3）硫化車間溫度穩(wěn)定，胎坯、模具溫度測量后應(yīng)及時(shí)記錄，且保證與現(xiàn)場溫度差異小。

（4）硫化工藝條件（溫度、壓力等）、設(shè)備動(dòng)作必須穩(wěn)定，不能有設(shè)備異常停機(jī)或者長時(shí)間停機(jī)情況發(fā)生，保證機(jī)臺連續(xù)生產(chǎn)，排除可導(dǎo)致硫化時(shí)間延長的情況發(fā)生[9]。

（5）硫化膠囊型號必須符合工藝技術(shù)要求，最好使用新膠囊并記錄膠囊厚度，若使用舊膠囊，必須記錄膠囊的使用次數(shù)。

（6）使用縮短硫化時(shí)間的發(fā)泡點(diǎn)法時(shí)，一般在進(jìn)氮?dú)怆A段縮短硫化時(shí)間。

（7）輪胎出鍋后應(yīng)迅速對其解剖以確認(rèn)氣泡發(fā)生位置，防止后硫化影響氣泡點(diǎn)的準(zhǔn)確性。

（8）輪胎的主要切割位置為胎面中心、胎肩最厚點(diǎn)、胎圈輪輞護(hù)膠及其相應(yīng)處（無輪輞護(hù)膠時(shí)）。

（9）采用發(fā)泡點(diǎn)法確定硫化時(shí)間的方法有2種：一是根據(jù)膠片粘貼位置，不同位置需要使用相應(yīng)膠片，若為方便快捷，也可使用現(xiàn)場常用膠片，但需了解該膠片與相應(yīng)位置膠料的導(dǎo)熱速率，提前確定每層膠片的硫化時(shí)間，再結(jié)合未產(chǎn)生氣泡的膠片層數(shù)計(jì)算總硫化時(shí)間；二是利用測量厚度確認(rèn)硫化速率（即該位置的發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間與厚度之比），再計(jì)算硫化時(shí)間。

為保證生產(chǎn)中出現(xiàn)不良因素時(shí)輪胎仍能保持良好的品質(zhì)，部分半鋼子午線輪胎企業(yè)的硫化時(shí)間設(shè)定為120%～130%的發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間；也有企業(yè)選取固定數(shù)值，一般AT/MT/LT（輕型輪胎）的硫化安全時(shí)間為3 min，其他厚度偏小的轎車輪胎的硫化安全時(shí)間為2 min，還有一些企業(yè)設(shè)定的硫化安全時(shí)間更短。這就要求輪胎生產(chǎn)現(xiàn)場具有穩(wěn)定的介質(zhì)條件、溫度、半成品部件厚度和密煉膠料流變數(shù)據(jù)等[10]。

1.3 確定發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間的理論方法

以215/55R16輪胎輪輞護(hù)膠為例（見圖1），其中CAD線為輪輞護(hù)膠造型的外輪廓，A點(diǎn)為外輪廓上的凸臺頂點(diǎn)；B點(diǎn)為以A點(diǎn)為圓心與反包后簾線的切點(diǎn)；C和D點(diǎn)為以B點(diǎn)為圓心作外輪廓相切圓的切點(diǎn)；EF線的長度為三角膠厚度。

圖1 215/55R16輪胎的輪輞護(hù)膠外輪廓示意

從圖1可以看出，AB段位置最厚，當(dāng)熱量傳遞時(shí)C，D兩點(diǎn)相對于A點(diǎn)往B點(diǎn)傳遞熱量更快，所以B點(diǎn)膠料交聯(lián)時(shí)，需要看BC段厚度（LBC）和BD段厚度（LBD）的差距，長度較小時(shí)給B點(diǎn)提供的熱量更早更多，B點(diǎn)膠料交聯(lián)完成的時(shí)間即是此位置的發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間，計(jì)算公式如下：

式中，t為發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間，k1為胎側(cè)膠的硫化速率，s1為胎側(cè)膠的厚度，k2為三角膠的硫化速率，s2為三角膠的厚度，k3為三角膠內(nèi)外側(cè)的簾布和內(nèi)襯層的總硫化速率，s3為三角膠內(nèi)外側(cè)的簾布和內(nèi)襯層的總厚度。

2 實(shí)驗(yàn)

選取215/55R16有輪輞護(hù)膠輪胎、225/60R16和265/70R17無輪輞護(hù)膠輪胎為研究對象，其標(biāo)準(zhǔn)厚度及優(yōu)化前硫化時(shí)間如表1所示。其中，TTC為胎面中心位置的胎冠總厚度；TTS為胎肩區(qū)域的總厚度（取最大值）；TTB為過胎圈鋼絲中心的胎圈總厚度；TTX在有輪輞護(hù)膠時(shí)表示凸臺頂點(diǎn)到內(nèi)襯層內(nèi)壁的垂直距離，在無輪輞護(hù)膠時(shí)表示胎圈與模具側(cè)板的交點(diǎn)到內(nèi)襯層內(nèi)壁的垂直距離。

表1 3種輪胎的標(biāo)準(zhǔn)厚度及優(yōu)化前硫化時(shí)間

經(jīng)發(fā)泡確認(rèn)，3種輪胎的硫化最薄弱點(diǎn)均在輪輞護(hù)膠對應(yīng)的位置。

2.1 試驗(yàn)儀器和工具

1310K型接觸式測溫儀、壓輥、錐子、銀粉筆、壁紙刀、手套等防護(hù)工具。

2.2 試驗(yàn)步驟

（1）準(zhǔn)備膠片。取現(xiàn)場常用墊膠膠片（厚度為0.6 mm，寬度為60 mm）進(jìn)行裁斷，裁斷長度分別為300，250，200，150，100，50 mm，按圖2所示方式進(jìn)行膠片提前貼合。

圖2 膠片提前貼合方式示意

（2）貼膠片。由于本工作主要研究輪輞護(hù)膠對硫化時(shí)間的影響，僅在胎圈位置上下模各貼一處膠片，貼合膠片的位置盡量避開各半成品部件接頭（見圖3），貼合后用銀粉筆標(biāo)記邊界并在相應(yīng)的位置標(biāo)明膠片層數(shù)。

圖3 貼膠片位置示意

（3）硫化。根據(jù)前期的發(fā)泡點(diǎn)數(shù)據(jù)縮短一定時(shí)間硫化215/55R16，225/60R16和265/70R17輪胎，硫化時(shí)間分別為8.4，8.9，11.4 min。

（4）輪胎解剖。輪胎出鍋后迅速利用壁紙刀對胎圈位置進(jìn)行解剖，了解胎圈位置的發(fā)泡情況。

（5）厚度測量。對發(fā)泡輪胎進(jìn)行整個(gè)斷面切割，測量胎圈不同位置的厚度。

（6）數(shù)據(jù)分析。根據(jù)輪胎的發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間和不同位置的硫化速率，根據(jù)式（1）求出通過理論計(jì)算的各輪胎發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間。

3 結(jié)果與討論

3種輪胎的胎圈發(fā)泡情況如表2所示，其中“—”表示未發(fā)泡。

表2 3種輪胎的胎圈發(fā)泡情況

3種輪胎胎圈位置對應(yīng)點(diǎn)的厚度如表3所示。對無輪輞護(hù)膠輪胎，LAB＝LBC＝LBD。

表3 3種輪胎胎圈位置對應(yīng)點(diǎn)的厚度 mm

3種輪胎的發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間如表4所示。

表4 3種輪胎的發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間 mm

對于無輪輞護(hù)膠的225/60R16和265/70R17輪胎，經(jīng)計(jì)算，BC（或BD），EF處膠料的硫化速率分別為0.817 1和0.656 4 min·mm-1。

將有輪輞護(hù)膠的215/55R16輪胎的數(shù)據(jù)代入式（1），得到理論計(jì)算的發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間為9.8 min，與試驗(yàn)得到的發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間（8.1 min）不符。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，使用無輪輞護(hù)膠輪胎的硫化速率計(jì)算有輪輞護(hù)膠輪胎的發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間偏長，原因可能是有輪輞護(hù)膠輪胎的胎側(cè)最大厚度在輪輞護(hù)膠處，若以此厚度計(jì)算發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間，數(shù)值偏大，與實(shí)測發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間不符。

為修正上述問題，對于有輪輞護(hù)膠的輪胎，如果輪胎硫化的薄弱點(diǎn)在胎圈位置，可以用LBC和LBD中較小的厚度代替輪輞護(hù)膠的最大厚度計(jì)算發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間。從表3可以看出，對于215/55R16輪胎，經(jīng)實(shí)際測量LBC為6.2 mm，LBD為7.2mm，LEF為2.2 mm，若用LBC和LBD中較小的厚度6.2 mm計(jì)算，發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間為8.4 min，與實(shí)測結(jié)果更接近。

將該方法在其他規(guī)格輪胎中進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如表5所示。

表5 其他規(guī)格輪胎的驗(yàn)證結(jié)果 min

從表5可以看出，對于有輪輞護(hù)膠的輪胎，通過本工作方法得到的理論計(jì)算的發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間更接近實(shí)測發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間，可知本方法可以進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語

有輪輞護(hù)膠的輪胎硫化最薄弱點(diǎn)雖然在輪輞護(hù)膠附近，但是利用輪輞護(hù)膠的最大厚度計(jì)算硫化時(shí)間并不精確，而使用LBC和LBD中較小的厚度計(jì)算的硫化時(shí)間更精確。建議在輪胎硫化厚度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作中添加有無輪輞護(hù)膠一項(xiàng)，并測量輪輞護(hù)膠處BC段和BD段的厚度來計(jì)算發(fā)泡點(diǎn)時(shí)間。