轮胎辐照预硫化系统在子午线轮胎生产中的应用

2017-07-22程安仁张艳霞陆永俊郭月莹汪文昭

轮胎工业 2017年6期

程安仁，张艳霞，矫阳，陆永俊，郭月莹，汪文昭

（北京市射线应用研究中心辐射新材料北京市重点实验室，北京 100015）

自1977年日本安装第1台用于轮胎橡胶片材硫化的电子加速器以来[1]，辐照技术已应用于混炼胶的改性工作，这种能够提高橡胶热硫化前性能的应用技术在国外迅速实现了工业化。由于国外先进技术的封锁以及我国电子加速器技术相对落后，直到2000年，北京市射线应用研究中心才正式面向社会推广该项应用技术。

轮胎辐照预硫化系统（TRPS）由北射沃华核技术（北京）有限公司（以下简称“北射沃华”）开发，旨在为轮胎生产商提供全钢子午线轮胎内衬层气密层辐照生产模块和半钢子午线轮胎胎体层辐照生产模块。北射沃华由北京市射线应用研究中心（以下简称“射线中心”）与北京沃华创新科技有限公司（以下简称“沃华公司”）共同出资成立。该公司依托射线中心的辐射技术专长和沃华公司多年轮胎设备专业市场的销售经验，以电子辐照技术为核心，完成了从辐照技术到轮胎生产工艺的无缝对接，并对子午线轮胎生产过程半成品部件进行辐照预硫化，提高材料格林强度，保持半成品部件精确结构和尺寸。

本工作研究TRPS在子午线轮胎生产中的应用。

1 TRPS简介

1.1 TRPS组成及参数

TRPS包括自屏蔽电子加速器、束下输送装置、加速器附属设备和辐射工序总控系统。其中电子加速器附属设备包含供排水系统、配电系统、通风系统和控制系统；束下输送装置包含输送系统、机电动力系统、机电一体化控制系统和水冷却/恒温系统。

自屏蔽电子加速器主要参数见表1。

表1 自屏蔽电子加速器主要参数

电子加速器采用俄罗斯科学院新西伯利亚核物理研究院（BINP）提供的ELV型自屏蔽电子加速器，具有结构紧凑、体积小、电能-束功率转换效率高、束功率大、运行稳定可靠、启动出束迅速和性价比高等优点。束下传输装置、电子加速器附属设备和辐射工序总控系统均由北射沃华自行设计，具有完全的自主知识产权，保证了加速器的稳定运行和与轮胎生产线完美对接，在保证生产线运行速度的前提下，获得最佳射线利用率，减少设备前期投资。

1.2 子午线轮胎辐照处理工艺流程

半钢子午线轮胎辐照处理工艺流程如图1所示。全钢子午线轮胎辐照处理工艺流程如图2所示。

图1 半钢子午线轮胎辐照处理工艺流程

图2 全钢子午线轮胎辐照处理工艺流程

2 TRPS的应用

2.1 胎体帘布

TRPS对覆胶帘布进行辐照，即对胎体帘布进行了辐照，其对胎体帘布性能的影响如表2所示。从表2可以看出，TRPS对胎体帘线的58 N定伸长、拉断力和拉断伸长率的影响较小，说明辐照不会影响成品轮胎的安全性能。

表2 TRPS对胎体帘布性能的影响

2.2 工艺性能

TRPS对轮胎工艺性能的影响如表3所示。从表3可以看出：辐照后，混炼胶的相对生胶粘合强度降幅在20%以内，满足生产要求，成型工艺可正常进行；TRPS对混炼胶的相对焦烧时间的影响不大，说明工艺安全性不存在问题；混炼胶的相对正硫化时间缩短，但幅度不大，不会影响混炼胶热硫化过程的同步性。

TRPS辐照提高了过渡层胶的强度，减小了成型时的变形，因此，适当减小其厚度，可达到节约原材料目的。半成品部件减薄施工调整方案示意如图3所示。

图3 半成品部件减薄施工调整方案示意

2.3 胎体混炼胶

TRPS对胎体混炼胶抗变形性能的影响如表4所示。从表4可以看出：随着相对吸收剂量增大，混炼胶的相对门尼粘度、生胶相对格林强度和生胶相对300%定伸应力增大，这说明混炼胶的抗变形能力提高，其原因可能是因为辐照后，混炼胶的交联作用增强；当相对吸收剂量为0.86时，混炼胶的相对门尼粘度和生胶相对格林强度分别达到212%和249%。

表4 TRPS对混炼胶抗变形性能的影响

综上所述，TRPS在胎体胶生产过程中的应用具有如下两个方向。

（1）通过辐射预硫化处理，混炼胶的相对门尼粘度、生胶相对格林强度和生胶相对300%定伸应力增大，橡胶半成品的尺寸稳定性和粘度提高，产品质量提高。同时，半成品厚度减小，降低了原材料消耗。

（2）对于挺性要求较高的半成品，需要混炼胶的相对门尼粘度、生胶相对格林强度和生胶相对300%定伸应力较高（以下简称“高门尼胶料”）。为解决高门尼胶料混炼或挤出时能耗大、生产速度慢的问题，建议通过调整配方，调低混炼胶的相对门尼粘度，使其容易混炼或挤出，以降低生产过程中的能耗和设备磨损，提高生产速度。在半成品挤出后，通过辐射预硫化技术提高胶料的相对门尼粘度、生胶相对格林强度和生胶相对300%定伸应力，使半成品达到技术要求。

2.4 胎体硫化胶

TRPS对硫化胶性能的影响如表5所示。从表5可以看出，TRPS对硫化胶相对邵尔A型硬度、相对100%定伸应力和相对拉伸强度的影响较小，对硫化胶的相对拉断伸长率、相对撕裂强度和相对H抽出力的影响约在10%以内，符合轮胎企业技术指标。

表5 TRPS对硫化胶性能的影响

2.5 成品轮胎

2.5.1 材料分布

为评价硫化过程中材料分布的变化，在内衬层和第1层帘布之间的胎肩部位贴一张200 mm×200 mm×1.0 mm的白色胶片，其位置示意如图4所示。在成品轮胎的胎肩部位，沿垂直帘线的方向切断面，观察材料分布的变化，结果如图5所示。

图4 白色胶片位置示意

由图5可知：无辐照轮胎在硫化过程中材料变形较大，需采用加厚过渡层的方式来防止气密层渗透到帘布层，保证帘线与胶体的粘合性；随着辐照吸收剂量增大，材料的变形减小，白色胶片没有渗透到帘线中，帘线排布整齐。这说明TRPS辐照可以减小过渡层厚度。从材料分布角度看，辐照是可行的。

图5 成品轮胎的材料分布变化

2.5.2 单条轮胎质量

经过对20条样品轮胎质量称量统计可知，单条辐照轮胎质量比正常轮胎减轻0.205 kg，每条轮胎大约能降低成本3～5元，经济效益显著。

2.5.3 动平衡和均匀性

成品轮胎动平衡性能按照GB/T 18505—2001《汽车轮胎动平衡试验方法》进行测试，均匀性按照GB/T 18506—2001《汽车轮胎均匀性试验方法》进行测试，试验结果见表6和7。由表6可知，辐照轮胎的动平衡性能优于正常轮胎。由表7可知：辐照轮胎锥度值与正常轮胎相当，且均符合公司A级标准要求；辐照轮胎的径向力小于正常轮胎，等级由C级提升为B级；与正常轮胎相比，辐照轮胎的侧向力略有下降。综合看来，辐照轮胎的均匀性有所提高。

表6 辐照轮胎与正常轮胎的动平衡性能

表7 辐照轮胎与正常轮胎的均匀性

2.5.4 外缘尺寸

外缘尺寸按照GB/T 521—2012《轮胎外缘尺寸测量方法》进行测试，在耐久性试验充气预热后和第3阶段完成后轮胎外缘尺寸的测试结果如表8所示。从表8可以看出，充气预热后辐照轮胎的外周长、外直径和断面宽均略小于正常轮胎，变化幅度小于1%。

表8 辐照轮胎和正常轮胎外缘尺寸对比 mm

2.5.5 气密性

成品轮胎气密性的测量需要较长时间，采用轮胎耐久性试验过程中轮胎气压表征其气密性。耐久性试验充气预热后、第3阶段完成后和冷却1 h后轮胎气压如表9所示。由表9可知，与正常轮胎相比，辐照轮胎的气压保持率变化不大，说明减薄过渡层不影响成品轮胎的气密性。

表9 辐照轮胎和正常轮胎气密性对比

2.5.6 耐久性能和高速性能

轮胎耐久性能按照GB/T 4502—2009《轿车轮胎性能室内试验方法》进行测试，试验气压为230 kPa，速度为80 km·h-1，试验条件见表10。高速性能按照GB/T 7034—2009《轿车轮胎高速性能试验方法转鼓法》进行测试，试验气压为340 kPa，负荷为365 kg，试验条件见表11。耐久性试验后的轮胎停放1 h，调整气压，继续进行高速性能测试，试验结果见表12。