半钢子午线轮胎氮气硫化工艺的改进

2021-07-20唐信军朱建阳高忠吉

轮胎工业 2021年9期

唐信军，余雷，赵强，朱建阳，高忠吉

（山东兴鸿源轮胎有限公司，山东蒙阴 276200）

硫化是轮胎制造过程中至关重要的一步，硫化工艺的选择与制定直接影响轮胎的硫化效果，最终影响轮胎的使用寿命[1]。近年来，氮气保压变温硫化工艺有了长足的发展，成为众多知名轮胎制造商的首选[2]。但如何提高硫化过程中的能源利用率、减少硫化废气排放一直是困扰轮胎行业的难题[3-5]。随着科学技术的进步，利用技术手段可以准确分析轮胎的硫化历程，这使制定更高效的硫化工艺成为可能。

为有效提高硫化热能的利用率，减少硫化废气排放，我公司通过大量试验对半钢子午线轮胎氮气硫化工艺进行改进，取得了良好效果。

1 实验

1.1 主要设备和仪器

LLY-B1220×1800×2型液压式硫化机，山东欧美亚机械科技股份有限公司产品；ZR-RX45型数据记录仪，欧姆龙自动化（中国）有限公司产品；TJR-2-PC（Y）型轿车轮胎耐久高速性能试验机，天津久荣车轮技术有限公司产品。

1.2 硫化工艺方案

在现行硫化工艺的基础上设计多种硫化工艺方案，通过硫化测温筛选出最佳硫化工艺，并以发泡点试验的形式进行验证。

原氮气保压变温硫化工艺基本流程为：硫化胶囊通入高温蒸汽（200～210 ℃），时间为3.5～5.5 min，期间蒸汽排凝3次，总时间为33 s；接着通入高压氮气（1.9～2.3 MPa），期间氮气排凝2次，排凝总时间为30 s，保压，达到设定时间后进行氮气回收、泄压、抽真空、开模、卸胎、后充气，整个轮胎硫化过程结束。原硫化工艺排凝时间较长，不仅造成了热能的流失，也增加了废气排放。为解决此工艺问题，选取215/60R16 95H XP1半钢子午线轮胎为例，设计了4种硫化工艺方案（见表1）并进行试验验证。

表1 硫化工艺方案 s

胎坯成型后分别在距1#带束层边缘5 mm处、距胎体反包边缘5 mm处、距胎圈80 mm的气密层表面预埋E型耐高温补偿导线，测温点如图1所示。硫化时连接欧姆龙数据记录仪，设定以2 s每次的频率精确记录硫化过程中的温度变化；最后利用阿累尼乌斯公式计算出180 ℃下的等效硫化时间，并计算等效硫化程度[3]。阿累尼乌斯公式如下：

图1 测温点示意

式中T1和T2——硫化温度，K；

t1——温度为T1时的正硫化时间，min；

t2——温度为T2时的正硫化时间，min；

R——气体常数，8.314 J·（mol·K）-1；

E——硫化反应活化能，kJ·mol-1。

2 结果与讨论

2.1 测温结果

对硫化过程记录的温度数据进行计算和分析，得到方案1—4轮胎各部位的等效硫化程度见表2。由表2可以看出，采用方案4，即高温蒸汽排放时间分别为12，3和3 s，氮气排放时间为3 s时，带束层、胎体和内衬层等主要评价点上下模等效硫化程度较大。

表2 等效硫化程度 %

方案4各测温点在整个硫化过程中的温度历程如图2所示。

图2 方案4各测温点在整个硫化过程中的温度历程

从图2可以看出：在0～5.5 min期间，即蒸汽通入阶段，温度上升迅速；在5.5～12.5 min期间，即氮气通入阶段，温度缓慢上升并逐渐达到最高温度。在这两个阶段，温度并没有因排凝而降低，说明该方案排凝时间比较合理，因此选取方案4进行进一步试验验证。

2.2 发泡点试验

方案4的发泡点试验结果见表3，气泡点示例见图3。

表3 方案4的气泡点时间、硫化时间和硫化程度

图3 气泡点示例

由表3可见，在不改变硫化时间的情况下，采用新工艺硫化的不同规格轮胎硫化程度依然较高。

2.3 成品性能

对采用改进硫化工艺硫化的215/60R16 95H成品轮胎按照GB/T 4502—2016进行高速性能和耐久性试验[4]。表4和5分别示出了轮胎高速性能和耐久性试验条件。结果表明，轮胎在高速性能试验中累计行驶时间为1.88 h，耐久性试验中累计行驶时间为70.58 h，均达到企业标准和国家标准要求。