高性能低斷面輪胎直壓硫化技術

張金云，鄧世濤，焦志偉，楊衛民

(1.北京化工大學機電工程學院，北京 100029；2.三角集團有限公司，山東 威海 264200；3.輪胎設計與制造工藝國家工程實驗室，北京 100029)

高性能低斷面輪胎直壓硫化技術

Tire direct pressure curing technology with high performance and low profle of tire

張金云1,3，鄧世濤2,3，焦志偉1,3，楊衛民1,3

(1.北京化工大學機電工程學院，北京 100029；2.三角集團有限公司，山東 威海 264200；3.輪胎設計與制造工藝國家工程實驗室，北京 100029)

簡要列舉了國內外新概念輪胎硫化制造技術，介紹了輪胎直壓硫化技術工藝原理及在工程實踐中的應用。該技術利用高剛性內模具，取代輪胎定型硫化機中心機構上的硫化膠囊，胎坯內腔熱媒采用電磁感應加熱方式直接使內模具的鼓瓦生熱。與現有工藝技術相比，輪胎直壓硫化技術優勢明顯，單胎節能達40%，輪胎動平衡、均勻性提高30%。

直壓硫化；電磁感應加熱；節能；動平衡

隨著汽車工業和航空工業的快速發展，輪胎工業也正逐步由百年歷史的傳統產業，向以安全化、節能化、智能化的綠色生產為標志的現代制造業轉變，發展新概念輪胎制造技術的理念，也已逐漸取代以實現輪胎子午化為中心的工業革命。

硫化作為輪胎制造中的關鍵工序，是輪胎生產過程中的主要耗能環節，但所消耗的這些蒸汽、過熱水等傳熱介質實際被輪胎吸收利用的卻很少，大部分耗散在無效的管路循環中，近年來發展起來的基于“等壓變溫”原理的氮氣硫化技術，雖然在節能及提高硫化效率方面效果明顯，但也帶來了新的問題，在向膠囊內通入氮氣后高溫蒸汽會因局部冷凝而沉積于膠囊底部，致使膠囊上下側部位溫度不同，從而引起傳熱不均，輪胎上下胎側溫差較大，輪胎硫化質量降低。另一方面，硫化對輪胎綜合力學性能起著決定性作用，但現行工藝中膠囊在使用時常因黏膠、尺寸設計不合理等原因出現膨脹不徹底或結構不對稱等問題，導致成品輪胎質量不均勻，另外，受半成品膠部件加工精度及成型精度影響胎坯易造成自身質量分布不均，而膠囊是柔性體，它所能提供的壓力較低，無法迫使輪胎膠料在硫化過程中實現再均勻分布，質量不均嚴重影響成品輪胎的動平衡性及均勻性。

因此，發展節能、高效、精密的輪胎硫化工藝技術，已逐漸成為輪胎行業關注的課題。

1 國內外新概念輪胎硫化制造技術

1.1 MIRS技術

倍耐力的MIRS技術將膠料擠出到預熱的成型鼓上得到氣密層，膠料被預硫化，接著成型鼓連同膠料進入下一工序，機械手與擠出機交叉操作，依次在鼓面上形成各種補強膠條、胎體層、帶束層及胎面膠。之后成型鼓連同胎坯一起被裝入硫化機，鼓腔內通入氮氣，氮氣通過鼓壁通孔溢出到鼓面使胎坯脹大，預硫化的胎坯氣密層實際上起到膠囊的作用，該硫化技術仍采用蒸汽加熱。圖1為MIRS技術的工藝設備。

圖1 MIRS技術工藝設備

1.2 NEO-T01技術

日本住友公司于2012年底推出了NEO-T01技術，并于2013年生產了第一條輪胎，新技術是將輪胎各個部件貼在與成品輪胎內輪廓結構完全一致的“金屬芯”上，之后完成從成型到硫化的整個工藝過程，與以往工藝相比，“NEO-T01”生產的輪胎實現了“高速均勻性”提高70% 、“輕量化”提高10%以及“高速行駛時的形變”降低50%。圖2為NEO-T01的“金屬芯”。

1.3 ABCD技術

福建華橡自控也提出了自己的“隨行中心鼓技術”，循環工序使用的隨行中心鼓，完全取代胎體成型中的軟體機構和硫化成型中的中心膠囊機構，該技術體系的前段組成部分，熱媒采用電磁感應加熱產生電熱油。

圖2 NEO-T01的“金屬芯”

2 輪胎直壓硫化技術

為提高企業核心競爭力，推動輪胎行業整體技術進步，北京化工大學聯合三角集團有限公司共同開發了高性能低斷面輪胎直壓硫化技術，該技術利用自主研制的高剛性內模具，取代輪胎定型硫化機B型中心機構上的硫化膠囊，內模具在連桿機構的驅動下可實現大幅徑向漲縮，以滿足裝卸胎需要。合模時，外模具上蓋緊壓成型鼓端部的限位夾環，保證內模具在硫化時固定不動。內模具整體采用超高強度合金鋼制作，依靠有限元分析軟件的多體分析模塊對其結構進行整體強度校核，使其在高熱壓作用下能夠保持良好的結構穩定性。圖3為輪胎直壓硫化工藝設備。

輪胎直壓硫化技術的另一亮點是胎坯內腔熱媒采用電磁感應加熱方式直接使內模具的鼓瓦生熱，從而省去了蒸汽、過熱水等任何傳統導熱介質，真正實現了輪胎的“綠色制造”。在所有鼓瓦背部各安裝一組電磁感應線圈，為使寬窄鼓瓦各對應位置溫升同步一致，設置窄瓦上電磁線圈的電感量小于寬瓦上電磁線圈的電感量，憑借電路控制系統中的時間繼電器功能，調整控制寬窄鼓瓦加熱的變頻器異步工作，以消除相鄰鼓瓦間的磁場干擾。

3 直壓硫化技術的應用

目前該技術可用于制作255/30R22規格的低斷面跑車胎。硫化時，通過嵌在鼓瓦表面的高溫熔體壓力傳感器觀測到硫化壓力達到3.2 MPa，較膠囊硫化工藝提高了約25%。硫化后的輪胎經外觀檢測未發現胎冠海綿，胎肩損傷，胎里表面凹凸不平或氣密層氣泡等缺陷，產品外觀如圖4所示。

圖3 輪胎直壓硫化工藝設備

圖4 直壓硫化產品外觀

圖5 對直壓硫化產品進行無損檢測

利用X光機及干涉輪胎檢測系統檢測直壓硫化產品內部是否存在帶束層位置偏移或微小氣密層氣泡，結果未發現有上述缺陷，檢測結果如圖5所示。

對實驗樣胎進行室內性能檢測，通過與原工藝產品的對比分析，發現輪胎動平衡、均勻性較原有工藝提高約30%，檢測結果如表1所示。

表1 255/30R22輪胎室內性能檢測表

實驗證明，直壓硫化技術在節能方面效果明顯，經測算平均每條輪胎可節約能耗約40%。通過多次的樣胎試制及反復的測試分析，證明輪胎直壓硫化技術相比于現行硫化方法具有多方面優勢，主要體現在：

（1）精密性。高剛性內模具取代中心機構的硫化膠囊，硫化壓力提升25%，成品輪胎的動平衡性及均勻性提高30%。

（2）節能性。通過采用電磁感應加熱方式，替代蒸汽、過熱水等傳統硫化動力介質，單胎節能可達40%。

（3）高效性。依靠電磁感應加熱方式直接使內模具的鼓瓦生熱，使輪胎硫化過程的傳熱效率大幅提高。

5 結語

輪胎直壓硫化技術借鑒了國外新概念輪胎制造技術的理念，通過不斷的方案論證及實驗探索，該技術已逐漸趨于成熟。在裝備制造業快速發展的今天，相信以輪胎直壓硫化技術為代表的全新概念輪胎制造技術，必將使輪胎工業進入一個嶄新的時代。

（XS-05）

TQ330.6

：1009-797X(2015)03-0044-05

BDOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.03.008

張金云，在讀博士研究生，研究方向為輪胎設計與制造工藝。

2013-11-20