全钢载重子午线轮胎胎圈周向裂痕产生原因及解决措施

2021-07-24杨振环吴群华

轮胎工业 2021年12期

杨振环，徐伟，吴群华

（中策橡胶集团有限公司，浙江杭州 310018）

全钢载重子午线轮胎胎圈周向裂痕也称为胎圈缺胶[1-4]，是轮胎胎圈部位耐磨胶之间的裂痕，如图1所示。我公司12.00R20等有内胎轮胎胎圈周向裂痕发生率近25%，极大地影响了整体产品合格率。虽然此外观问题可以通过打磨、填胶方式进行修复，但会耗费大量的材料和人工。

图1 胎圈周向裂痕病疵照片

本工作对全钢载重子午线轮胎胎圈周向裂痕的产生原因进行分析，并从材料分布设计、成型胶囊、工艺控制等方面提出解决措施。

1 胎圈周向裂痕产生原因分析

全钢载重子午线轮胎生产过程中，成型胎坯中的材料分布与最终轮胎硫化后的材料分布会存在一定的差异，这种差异过大时，就会导致胶料流动，胶料流动超出一定范围或流动性不足时，则导致相应的质量问题，如胎圈周向裂痕、胎侧缺胶等。轮胎硫化前后胎圈耐磨胶的流动如图2所示。同时，为了将硫化后轮胎与硫化胶囊顺利脱离，会定期在胶料上刷隔离剂，而隔离剂会随胶囊纹路在胎圈处汇集。轮胎硫化时，因为胎圈护胶需要流动，流动过程中会将隔离剂带入胶料中，最终形成裂痕。

图2 轮胎硫化前后胎圈材料分布示意

2 胎圈部位胶料分布优化

在全钢载重子午线轮胎施工设计时，钢丝圈到硫化模具间的胎圈胶料分布设计非常重要。通过准确的计算，减小轮胎硫化时胶料所产生的位移，可减少胎圈周向裂痕问题的发生。胎圈部位耐磨胶分布调整如图3所示，虚线为调整前的尺寸，实线为改进后尺寸。

图3 胎圈部位耐磨胶分布调整示意

由于最终胎圈端点位置所需要的胶料较多，因此通过调整耐磨胶转角位置胶料的分布，使转角位置胶料增多，从而达到减小胶料位移的目的。设计时需要精准计算钢丝圈直径与胎体、钢丝包布、耐磨胶厚度与最终令模直径的关系，同时需要权衡钢丝圈宽度、落点和成型撑块沟槽的关系，保证胎体帘布的合理伸张。

3 过程控制

胶料设计优化完成后，更重要的是对生产过程的控制，胶料密炼、挤出、成型和硫化过程中的各因素都有可能导致胶料分布的不合理，或产生其他变化而产生胎圈周向裂痕。

3.1 胶料与半成品

由于胎坯形状与相应的硫化模具模腔形状存在一定差异，轮胎硫化时对胶料的流动性有一定的要求[5-6]。胶料混炼过程中填料分散不佳、塑性偏低、焦烧时间偏短导致提早硫化，都会造成缺胶。可以通过适当调整配方来提高胶料的流动性，保证半成品的尺寸在公差范围内，尤其是钢丝圈直径、帘布厚度及胎侧胶的尺寸。

3.2 成型工序

成型工序是将轮胎所有部件整合在一起的过程，是影响最终的胶料分布是否与设计一致的最重要环节[7-8]。首先需要确认钢丝圈落点是否在施工设计的指定位置，以保证整体的胶料分布；其次，需要将胎坯的胎圈形状尽可能地接近于硫化模具胎圈位置的形状，需要从以下几个方面对成型的胎圈形状进行控制。

（1）成型撑块曲线与钢丝圈落点控制。成型撑块曲线的宽度应尽可能与胎圈位置胶料相匹配，同时尽可能使胎坯胎圈形状圆润，无明显的尖角，有利于硫化时的胎圈胶料顺利流动。钢丝圈需要准确地落点到成型撑块的中间，否则会造成胎圈部位胶料明显的棱角。

（2）撑块压力与撑起后直径。过大的撑块压力及过大的撑起后直径会造成钢丝圈下胶料被挤走，但撑块压力过小又会造成胎体钢丝抽动的问题，需要根据不同的胎圈部位胶料，制定不同的撑块压力标准。

（3）成型胶囊。成型时撑块与耐磨胶之间间隔一层胶囊，胶囊对胎圈周向裂痕有很大的影响。当某个规格轮胎产生胎圈周向裂痕时，可以适当地增大胶囊胎圈部位的纤维骨架材料（如图4所示），减少撑块对胎圈材料的挤压，保证圆润的胎圈形状。胶囊破损后，会使胎圈产生挤压变形，因此需要及时更换破损的胶囊。

图4 成型胶囊胎圈部位不同骨架结构

（4）胎坯存放。目前全钢载重子午线轮胎胎坯存放使用最多的为立放式小车，在这个类型的胎坯小车上，钢丝圈因为重力的作用会产生变形，时间越久变形量越大。因此需要尽可能缩短胎坯的存放时间，对于大型轮胎采用托盘平放的方式可减小其胎圈变形。

3.3 硫化工序

硫化定型位置决定着胎坯与模具之间的相对位置[9-10]，因为轮胎摆放造成的胎坯变形，需要足够的挂胎时间来恢复胎坯的材料变形。如果定型位置过高或者定型压力过大，胎圈材料会受到挤压变形而产生裂痕；同时，模具中排气孔的堵塞会导致胎坯与模具间的气体无法排出，影响胶料的流动性而导致裂痕。胶囊表面的隔离剂渗入胶料之间，也会造成胎圈裂痕的产生。胶囊刷隔离剂对胎圈裂痕的影响见表1。

由表1可见，胶囊刷隔离剂后第1缸的硫化轮胎胎圈周向裂痕的发生率为胶囊刷隔离剂前一缸的6倍。因此适当地控制刷胶囊隔离剂的频率和用量，有利于减少胎圈缺胶的产生。