全钢载重子午线轮胎制造基础知识(四)

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现代橡胶技术2009年第35卷　

技术讲座

　　全钢载重子午线轮胎制造

　　基础知识(四)

　邬全亮

(续上期)

驶速度和管理方法不同, 节油率也各不相同。

子午线轮胎与斜交轮胎相比, 节油率约为6%～10%。同时表明路况越好, 行驶速度越高,

有的生产厂家在设计时让内衬层的中间部位适当加厚一点, 呈慢弧型, 其目的是防止在成型过程中成型胶囊充气膨胀时中部拉伸变薄, 这样可以保持厚度一致。

3. 2　子午线轮胎的优越性及其形成

节油效果越明显。

(3) 生热低, 高速安全

, 斜30℃左右。

(4) 减震防损, 乘坐舒适

由于子午线轮胎胎体帘线呈径向排列, 法向变形明显大于斜交轮胎, 胎体柔软, 弹性好, 所以具有良好的缓冲、减震性能, 这对减少汽车机件和载货的损坏及提高客车乘坐舒适性非常重要, 具有明显的效果。

(5) 降低运输成本, 提高经济效益

由于子午线轮胎具有耐磨、行驶里程高、节油、减震、安全等一系列优越性, 自然给运输部门带来很大的经济效益, 这就是轮胎行业所说的社会效益。

(6) 操纵稳定和越野性能好, 负荷量大, 胎面耐刺扎

一是方向盘操纵轻便; 二是启动速度快; 三是横向滑移小; 四是子午线轮胎与路面的抓着能力好, 越野性能好; 五是装子午线轮胎的车辆负荷量大; 六是子午线轮胎胎面耐刺扎。3. 2. 2　子午线轮胎优越性能的形成

胎? ? 各运输单? 这当然是由于子午线轮胎具有许多优于斜交轮胎的特点。那么, 子午线轮胎到底有哪些优越性? 这些优越性由何而来? 我国“七五”期间引进了几条子午线轮胎生产线。工程建成后, 从80年代末开始各厂陆续发出一部分试验胎到全国里程试验点进行实际里程试验, 后来又陆续将子午线轮胎销往全国各地。从几年来各轮胎里程试验单位和各用户单位的反馈, 都充分证明了子午线轮胎的优越性。3. 2. 1　子午线轮胎的优越性

(1) 耐磨、行驶里程高

子午线轮胎与斜交轮胎相比, 胎冠部位周向变形小, 花纹块滑移小, 胎面摩擦生热低, 接地面积较大, 单位压力小而且分布均匀, 所以其耐磨性能和行驶里程大大优于斜交轮胎。

(2) 滚动阻力小, 油耗低

众所周知, 子午线轮胎滚动阻力明显低于斜交轮胎。子午线轮胎的滚动阻力一般比斜交轮胎低20%～30%, 滑行距离约比斜交轮胎大35%。由于子午线轮胎滚动阻力小, 所以与斜交轮胎相比, 耗油率明显下降。由于各地区的路况、行

本节介绍的子午线轮胎具有耐磨、行驶里程高、滚动阻力小、油耗低、生热低、高速安全、减震

防损、乘坐舒适、操纵稳定、越野性能好、负荷量大、胎面耐刺扎等优越性。为什么子午线轮胎会有这么多优越性呢? 下面从子午线轮胎优越性的

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形成来进行简单分析。3. 2. 2. 1　子午线轮胎耐磨、耐用、耐刺扎的原因

子午线轮胎耐磨的原因有:轮胎滚动时, 在与地面接触区(接地区) 内不仅有变形, 还有滑移, 这种滑移是造成胎面磨损的主要原因。速度越高, 滑移越大, 胎面的磨损也急剧增大。子午线轮胎冠部有刚性大、变形小的带束层, 纵向和横向滑移都很小。这从子午线轮胎滚动半径大可以得到证明。子午线轮胎的滚动半径大, 行驶一周的距离也就长。因此单位磨耗(每磨掉1毫米花纹的行驶里程) 高, 轮胎耐磨。子午线轮胎胎冠刚性大, 变形小, 胎侧软, 轮胎法向变形大。因此, 轮胎接地面积呈方圆形, 接地面积大, 单位压力小, 压力分布均匀, 耐磨性能好, 磨耗均匀。温度对轮胎磨耗也有很大的影响, 子午线轮胎生热小, 温度低, 因此耐磨性能也高。子午线轮胎周向变形小, 磨耗相对要小。

, 子午线轮胎的结翻新率高、翻新次数多的优点。

子午线轮胎材料之间的剪切变形小, 因内摩擦而产生的材料疲劳损坏以及材料之间粘合的疲劳损坏也比斜交轮胎轻, 所以材料的使用寿命延长。

子午线轮胎生热小, 温度低, 钢丝帘线材料导热快、散热也快, 因此, 材料性能以及材料与材料之间粘合性能的热破坏和热老化破坏小, 因温度高而引起的轮胎脱层或爆破也就少。

子午线轮胎的主要受力部位, 如胎冠部采用钢丝帘线, 而钢丝材料的耐热和耐疲劳性能高。全钢子午线轮胎胎体只有一层钢丝帘线, 除了材料本身的抗疲劳和耐热性能高以外, 材料内摩擦损失也小, 因而轮胎更坚固耐用。

子午线轮胎耐刺扎是因为它有坚固的带束层保护胎体。带束层是由多层钢丝帘线组成, 而且带束层帘线的直径较大。多层钢丝帘线通过硫化后, 象一层钢板一样紧固在胎体外部, 不易被尖锐物体刺扎伤胎体或被扎透。同时刚性的带束层使胎面的周向变形大大减少, 即使稍有扎伤, 伤口也扩展得慢。

综上所述, 所以子午线轮胎耐磨、耐用、行驶里程高。3. 2. 2. 2　子午线轮胎具节油性的原因

在汽车燃料消耗中, 由轮胎滚动阻力所消耗的燃料占很大比重。一般来说, 在硬路面上, 轮胎滚动阻力约消耗汽车发动机输出功率的30%～40%, 其中由于轮胎材料内摩擦生热耗掉的功率约占轮胎滚动阻力耗用功率的90%, 轮胎接地面上的摩擦所耗的功率约占轮胎耗用功率的5%～10%。

由于子午线轮胎具有材料剪切变形小, 内摩擦小的特性, 再加上一般都部分或全部使用钢丝帘线, 而钢丝帘线的拉伸变形比其它纤维材料的拉伸变形小5～6倍。因此材料变形小, 材料分子, , , , 尤其是在高速状态下, 轮胎的生热量更大。由于子午线轮胎的这种变形小, 因此使用中生热也小。这就是为什么子午线轮胎的滚动阻力比斜交轮胎小, 却节油性能优越性的根本原因。3. 2. 2. 3　子午线轮胎高速安全的原因

子午线轮胎之所以能高速安全, 原因有以下几个方面:

(1) 轮胎在高速行驶下, 达到一定的速度时会产生驻波现象。产生驻波时的速度叫做临界速度。轮胎在高速下的周期滚动变形和高速旋转下的断面变形, 尤其是反复的横向收缩和横向膨胀变形, 在高速下来不及恢复, 使轮胎产生共振波, 这就是驻波。此时, 温度急剧升高, 轮胎迅速破坏。

子午线轮胎的周期滚动变形和高速旋转下的断面变形小, 又由于胎侧柔软而有抑制震动的能力, 因此产生驻波的临界速度高, 这是子午线轮胎高速安全的主要原因。

(2) 与子午线轮胎节油的原因一样, 子午线轮胎材料之间和钢丝材料分子之间的内摩擦小, 胎面与地面之间的滑动摩擦小, 因而生热小。

(3) 轮胎周期滚动变形和高速旋转下的断面变形, 是引起轮胎在高速下急剧生热的根源。子午线轮胎的这两个变形都小, 所以高速行驶生热也小。

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(4) 子午线轮胎胎体帘线层数少, 胎侧薄, 散(3) 转向稳定

热好; 钢丝帘线传热快, 对降低轮胎行驶温度也有一定作用。

(2) ～(4) 导致轮胎行驶温度低。因此, 橡胶和帘线材料性能以及材料之间的粘合性能的热破坏损失小是子午线轮胎高速耐久、安全的原因。3. 2. 2. 4　子午线轮胎减振舒适的原因

(1) 汽车加载行驶时, 轮胎就像一个弹簧。在弹簧压下去再返回的瞬间, 有一个径向(向上的) 返回力, 这个力称为径向弹性力。弹簧越硬, 径向弹性力越大。子午线轮胎的胎体软, 侧向和径向变形大, 好似一个柔软的弹簧, 因此, 轮胎的径向弹性力就小。一般来说, 载重子午线轮胎的径向弹性力比斜交轮胎小20%, 轿车子午线轮胎比斜交轮胎小30%。例如11. 00R20子午线轮胎的径向弹性力为75. 3MPa, 而11. 00-20为92. 8MPa 。, , (2) 动活塞作用, 就像有的办公室装了弹簧折页门, 门打开后再往回关的时候, 有很大的弹回力。为了减少弹回力, 并减慢关门的速度, 在门和门框之间装一个充油的活塞筒, 关门时, 由于油的阻力, 门慢慢关上, 在技术上, 我们把它叫做“阻尼效应”。3. 2. 2. 5　子午线轮胎具有良好而稳定操作性的原因

(1) 直线行驶性能好

斜交轮胎胎侧部位和胎冠部位的帘线排列方

向是基本一致的, 都是按基本相同的角度互相交叉排列。当轮胎转向时, 胎冠和胎侧的变形互相有影响。因此, 轮胎胎冠和胎侧同时倾斜, 胎冠接地面积减小, 这是很危险的。子午线轮胎则胎冠刚性大, 胎侧柔软, 当轮胎转向时, 接地面保持基本不变, 只是相对轮辋侧向移动, 而胎侧则向一边倾斜。应该说, 子午线轮胎的转向稳定性是最好的, 但是在实际驾驶时, 可能因为子午线轮胎胎体软, 倾斜幅度大一些, 产生不安全的错觉。4　全钢子午线轮胎制造工艺及设备性能4. 1　() , (2) 轮胎的各种型胶部件既要按照技术规定的规格形状必须做到符合自身的尺寸大小要求, 还要做到同一部件上各截面的几何形状公差控制在规定的最小范围内;

(3) 骨架材料的胶料覆合要达到帘线密度均匀, 且帘线的两面胶料覆合厚度一致;

(4) 各种复合材料半成品的成型覆贴组合, 要做到各部件之间的相互组合且分布要均匀对称;

(5) 轮胎各种半成品停放要满足技术规定的时间和温湿度要求;

(6) 半成品部件和胎坯在生产、储存、搬运的过程中, 不允许有外力或自重等因素导致超越公差范围的不规则的局部变形和污染;

(7) 胎坯在硫化过程中, 要避免哪怕微小的不正常的位移;

(8) 成品的包装、储存和运输, 也有特殊的要求规定。

与斜交轮胎比较, 制造全钢子午线轮胎用的特殊原材料和生产工艺要求要严格精密得多和复杂得多。作为轮胎公司, 必须要有一批具有较高素质的操作人员和技术管理人员; 要有一套相应科学的、严格要求的生产工艺和操作规程; 要有配套的、特定的、精密程度高的、控制系统灵敏的、附

汽车在行驶时, 轮胎定位方向和行驶方向之间

有一个角度, 叫做偏离角。在相同的偏离角条件下, 子午线轮胎的侧向力比斜交轮胎大。换句话说, 在相同的侧向力下, 子午线轮胎的偏离角小, 所以, 子午线轮胎的直线行驶性能比斜交轮胎好。

(2) 驱动力、制动力和牵引力大

子午线轮胎有刚性的带束层, 像坦克履带一样在地面上移动, 胎面滑移小, 胎面接地面积大, 压力分布均匀, 能与地面紧紧地附着, 我们把它叫做胎面附着系数高。这样胎面可以把所受到的力, 包括纵向力(驱动力或制动力) 和横向力有效地传给地面。因此, 汽车启动得快, 加速时间小, 刹车距离短, 牵引力大。

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有自动记录等的装备和专门的检测手段; 要有严密科学的管理制度, 以此来保证实现规定的生产技术质量工艺要求。只有这样, 才能制造出高质量、较高速度级别的全钢子午线轮胎。4. 2　全钢子午线轮胎制造工艺流程和工艺条件4. 2. 1　制造工艺

胶料的混炼→压出:胎面、胎侧、垫胶、胎圈胶芯→

型胶压延:薄胶片、内衬层→钢丝压延:胎体、带束层、子口包布帘布→外胎成型→外胎硫化→外胎成品的生产检验等。

全钢子午线轮胎外胎制造工艺流程简图如图4所示

。

全钢子午线轮胎的主要制造工艺分为:密炼:

图4　全钢子午线轮胎生产工艺流程图

4. 2. 1　生产工艺条件

全钢子午线轮胎的生产对工艺条件要求是比

较严格的。轮胎的质量对生产工艺条件的反应特别敏感, 而斜交轮胎的生产则在这方面表现不是十分明显。如果用对待斜交轮胎的生产工艺条件的传统方式来对待全钢子午线轮胎的生产工艺条件, 那么就不会生产出均匀一致的高质量全钢子午线轮胎。全钢子午线轮胎要求的生产工艺条件

如下。4. 2. 1. 1　温度、湿度要求

全钢子午线轮胎的生产厂房室温要求保持恒定, 尤其是裁断区和成型生产区一定要严格控制, 一般保持在22±2℃。温度低则各种部件变硬, 影响粘合; 部件收缩率大则部件尺寸难控制; 温度高则各种部件工艺操作较困难。

要求钢丝锭子房和裁断成型区的相对湿度控

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制在50%以下。如果相对湿度过大, 钢丝帘线表面易形成水膜, 重则易生锈, 会影响橡胶与钢丝帘线的粘合; 如果湿度过小, 操作工会感到口干舌燥, 极不舒服。所以绝大多数工厂在锭子房和成型区采用大面积空调, 以保持春夏秋冬温度、湿度恒定。4. 2. 1. 2　对紫外线和臭氧的要求

全钢子午线轮胎生产中的各种部件存放应严格控制太阳光中紫外线的照射和臭氧的侵入。因为紫外线和臭氧都会引起橡胶老化而影响橡胶粘合, 故子午线轮胎生产厂房一般不采用自然光采光, 即便是墙上有窗户也要在玻璃上涂上一层黄色涂料, 用来过滤紫外线。室内采光多采用一种特制的、低紫外线日光灯管(33#或35#) 。半成品部件的粘合面在成型之间尽量不暴露在外面, 防止与紫外线和臭氧接触。4. 2. 1. 3　对灰尘的要求

, 厂房内的通风采取过滤。胶料和原料运输采用外用车辆不进车间, 内用车辆不出车间的在门口进行内、外物资的交接。有的公司规定职工进出车间要换鞋等一系列措施防止灰尘进入生产区。4. 3　配料的混炼制造工艺和设备

全钢子午线轮胎混炼胶料生产的主要工艺流程是:配合剂的加工→橡胶和配合剂的称量→混炼→下胶片冷却存放→胶料快检。4. 3. 1　配合剂的加工和称量配合

配合剂的加工和称量配合工序是橡胶制品生产的第一道工序。对橡胶制品所用的橡胶和配合剂进行准备加工、并按照技术配方规定称量配合的加工工艺过程称为加工和配料。4. 3. 1. 1　原材料加工

主要包括天然橡胶、丁基橡胶的烘胶。将大块的小料加工成符合工艺规程要求的重量。混炼前将天然橡胶、丁基橡胶烘到工艺要求的温度, 以利于保护设备和炼胶质量。

配合剂的加工和准备的目的是为了确保其质量(含水率、粒径等) , 以及方便混炼的工艺操作、提高混炼分散效果、实现自动化生产(自动化称量) 、制造

合格的混炼胶。配合剂的加工方式如下:

(1) 粉碎

将块状或粗粒状配合剂按一定的质量标准进行切片、粉碎或磨细, 以增加与生胶的接触面积, 便于配合剂均匀分散(现在许多原材料供应商直接生产片状小料, 利于分散) 。

(2) 干燥将配合剂在专设的加温室或干燥器中进行加热干燥, 除去或减少配合剂中的水分和低挥发性杂质。配合剂中灰分过大容易结团, 在混炼时易压成大块凝聚物, 不易分散, 而且硫化易出现气泡。

(3) 筛选

利用各种筛网设备对配合剂进行筛选, 除去。

(4) 、, 要进。液体软化剂进行加热蒸发脱水是为了除去水分。4. 3. 1. 2　配合剂的称量和配合

生胶和配合剂经过加工后, 需要按照配方规定的配合剂品种、规格、数量分别进行称量。配料的工艺操作对保证混炼胶的质量至关重要。配合剂的错配或漏配、称量的不准确都能造成混炼胶的不合格甚至造成废料。因此, 对称量和配合的操作要求是料种准确、称量准确、不漏配、不错配。4. 3. 1. 2. 1　配料的工艺要求

配料称量工具的称量公差标准如下:

(1) 称量促进剂和硫化剂的灵敏度为1～5g 。称量1kg 以内的称量公差:±10g; 称量1～4kg 以内的称量公差:±20g; 称量大于4kg 时, 称量公差为±80g 。

(2) 称量其它配合剂(不包括炭黑和白炭黑) 称量的灵敏度为5～20g 。

称量20kg 以内的称量公差为±20g; 称量2～6kg 以内的称量公差为±40g; 称量大于6kg 的称量公差为±100g 。

(3) 在配料工序要注意各种配合剂的储存和保管。要做到以下几点:

(a ) 防潮。

配合剂要存放到通风干燥的地方。不能放到

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潮湿的和易沾水以及易被雨水淋的地方。配合工序要注意各种配合剂的防潮。因为配合剂受潮一是易结团, 造成混炼分散不均匀; 二是有些配合剂如氧化镁、氧化钙等, 遇水受潮后会发生化学变化而失去本身的性质。因此, 在整个配料过程中要严格注意防潮。一旦配合剂出现结团或硬化现象应停止使用。

(b ) 防火

有的配合剂是易燃品, 如硫黄等, 故要远离火源。生胶、炭黑等也要注意防火。

(c ) 防混料各种配合剂必须按规定地点分批分堆定置存放并有明显的标识。要按先后顺序使用, 决不能混料。若遇包装不清或无标识的配合剂要取样进行鉴别是何种品种后方可使用。4. 3. 2　混炼工序

艺加工过程中出现的早期硫化现象) 和喷霜(硫黄

和配合剂在胶料表面析出的现象) 等现象。这样, 一是影响压延、压出、硫化等几道工序的正常进行; 二是使成品物理机械性能不稳定或下降, 影响产品的加工质量和成品的使用质量。

混炼胶的质量要求:一是保证胶料各项快检指标的合格; 二是应具有良好的加工工艺性能; 三是保证成品具有良好的物理机械性能。

胶料在混炼工艺中须满足以下要求:(1) 配合剂分散均匀, 避免出现结团现象; (2) 使胶料具有设定的粘度、焦烧值, 保证各项工艺过程的安全性和顺利进行; (3) 要使生胶与补强剂产生一定数量的结合橡胶, 达到良好的补强效果, 以利于成品性能的提高(4) , 尽量, ; (5) 胶料、液状、颗粒状、块状等原材料经储存、称量、输送投入到密炼机的装置。下辅机是将密炼机混炼排出的胶料压片直到叠片切割等的装置。

根据子午线轮胎的高粘度高硬度的胶料特性, 炼胶设备可划分为下列几部分:

(1) 主机:密闭式炼胶机(2) 上辅机:原材料储存、输送、计量和投料(3) 下辅机:胶料接取、出片、冷却和储存(4) 控制系统:计算机集中控制

炼胶生产流程图如图5所示

。

。

混炼的目的是:(1) 制备均匀一致, 符合配方规定要求的胶料; (2) 改善胶料的加工工艺性能, 便于压延、压出、成型等工序的加工; (3) 降低成本; (4) 提高橡胶制品的使用性能。

混炼对胶料下一步工序的工艺加工和橡胶制品的质量起着至关重要的作用。混炼不好时, 胶料会出现配合剂分散不均匀、胶料粘度值和焦烧时间值过高或过低及胶料易出现早期焦烧(在工

图5　炼胶生产流程图

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4. 3. 2. 1　密炼机

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力的作用下被带入两转子间隙中而受到捏炼, 然后由卸料门的突棱将胶料分开进入转子与密炼室壁的间隙中, 受到强烈的剪切撕裂作用后, 被破碎的两股胶料相会于两个转子上部, 再进入两个转子的间隙中, 如此往复循环进行, 产生氧化断链, 降低粘度, 从而使生胶和粉状配合剂均匀地混合在一起。

4. 3. 2. 1. 3　密炼机混炼的工艺条件

由于子午线轮胎所用的胶料品种多, 有的胶料粘度和硬度高, 混炼时升温快, 配料中的粘合剂分散困难。对于难以混炼的胶料及在性能上有特殊要求的胶料, 通常采用三段甚至四段混炼工艺, 多数胶料也采用二段混炼。鉴于以上情况, 密炼机的选型要适应子午线轮胎胶料混炼的技术要求。

(1) 提高转子扭矩, 以适应子午线轮胎硬胶料

密炼机胶料混炼工艺条件有以下几点:(1) 胶和各种配合剂的重量和配料重量公差; (2) 胶容量; (3) 密炼时的加料顺序; (4) 炼排胶温度; (5) 混炼时间; (6) 上顶栓的压力; (7) 转子转速; (8) ; ) 冷却水进水口. . 2的混炼, 增加对胶料的压力, 并降低转子速度使混炼时产生的热量传递到金属表面。在自动调节混炼室的情况下进行胶料的混炼。

(2) 提高上顶栓的压力, 宜采用液压上顶栓,

以减少胶料混炼不均的现象。

(3) 要具备高效、完善的水冷却系统。侧壁钻孔冷却, , 温度自动控制。

(4) 转子具备多速度的传动机构。(5) 密炼机混炼室和转子耐磨耐用。(6) 转子密封装置能在满负荷状态下有良好

为密炼机配套的上辅机主要有炭黑、油料、胶料、粉料四个系统的原材料输送、储存、称量、投料装置及生产全过程的集中控制系统。4. 3. 2. 2. 1　炭黑系统

炭黑经槽车或拆包后在密闭状态下用风压送到各个炭黑储罐或分格大储罐。大储罐中炭黑分别被风送到各种炭黑的日料斗, 日料斗内的不同品种炭黑按照加料次序依次投入悬挂秤称量, 然后投入密炼机混炼室。4. 3. 2. 2. 2　液体软化剂系统

的密封效果。下顶栓关闭严密锁紧。

(7) 控制系统有能量、时间、温度的功能设置。

密炼转子转速一般是成倍数的双速, 如20/40/r/min, 30/60/r/min 。4. 3. 2. 1. 1　密炼机的结构特征

对于子午线轮胎胶料的混炼, 轮胎厂使用的密炼机主要的机型有F 型和GK 型。密炼机主要由密炼室、压料装置、加料装置、卸料装置、电动机减速机箱组成的传动装置、风压液压装置、冷却装置、机座和电气控制装置等。4. 3. 2. 1. 2　密炼机的密炼工作原理

软化剂从加温储罐中经泵送入中间保温罐后备用。液体软化剂以重量法或容积法用压力直接注射进密炼机混料室中与胶料进行充分混炼, 一般而言用重量法比较准确。4. 3. 2. 2. 3　小料称量系统

各种原料分别存放在依次排列的储斗内, 用低熔点聚乙烯包装袋包装、微处理机控制称量。微量的促进剂、硫黄等原料也可人工直接称量, 因机械称量误差小, 比较准确。

(待续)

密炼机混炼胶料的工作原理是密炼机在工作时, 密炼室内的两个转子以一定的转数比相对回转, 当生胶块和粉状配合剂加入后, 先落入两个相对回转的转子上部, 在压砣压力和摩擦