輻射加工技術在輪胎制造中的應用

張占興，殷福寬

（1. 北射沃華核技術（北京）有限公司，北京 100085；

2. 天津國際聯合輪胎橡膠股份有限公司，天津 300220）

輻射加工技術在輪胎制造中的應用

Radiation processing technology in tire manufacture

張占興1，殷福寬2

（1. 北射沃華核技術（北京）有限公司，北京 100085；

2. 天津國際聯合輪胎橡膠股份有限公司，天津 300220）

輻射加工技術利用高能電子束照射輪胎半部件，使膠料產生交聯反應，達到預硫化的效果。膠料輻射后格林強度增加，在制作工藝中保持輪胎部件穩定的形狀和尺寸。該技術可適當減薄內襯層厚度，節約天然膠的用量，提高生產效率，降低生產能耗。

電子束；預硫化；格林強度；減薄厚度

輻射加工技術屬于民用非動力核技術，主要是利用電離輻射與物質相互作用所產生的物理效應、化學效應和生物效應，對被加工物品進行處理，以達到預定的目標，如材料改性、消毒滅菌、生物變異等。輻射加工產品涉及食品、醫藥衛生、石油化工等諸多重要經濟領域。

輻射技術對橡膠材料的硫化是以一定能量的電子束照射材料基體，在常溫常壓下，使橡膠分子激發、電離，產生自由基，自由基之間發生偶合，引發分子之間發生交聯，分子間形成—C—C—鍵（傳統硫化分子間形成—C—S—C—或—C—S—S—C—鍵），最終形成三維網狀結構，達到熱硫化的同等效果。輻射硫化無需添加硫化體系，硫化程度由吸收輻射劑量有效控制，易于調節，能夠實現材料可控定量部分硫化。

1 輻射加工技術在輪胎行業的應用

美國費爾斯通和固特異輪胎公司是橡膠輻射硫化工業化的先驅， 費爾斯通在20世紀80年代初建成了第一條輪胎電子束預硫化的工業生產線，隨后美國、日本、歐洲等發達國家的輪胎企業將加速器輻射硫化技術應用于輪胎制造。目前全球已建有百余套輻射硫化裝置（電子加速器）應用于輪胎生產。

我國輪胎工業經過幾十年的發展，隨著眾多外資企業的涌入和引進技術的日趨成熟，國內各輪胎企業都表示出對該技術的濃厚興趣。2008年，日本日新建立的日新馳威輻射技術（上海）有限公司，并從原來的技術封鎖，開始在中國推廣輪胎輻射裝置，日新在佳通、韓泰等輪胎企業都建有生產線。自2013年起，國內武漢久瑞等企業已經自主研發加速器裝置，批量生產輻射裝置，在金宇、雙錢等輪胎企業已有應用。

2 輻射裝置的構成

輻射裝置由電子加速器主體、供電、冷卻、臭氧通風、傳輸聯動等附屬系統組成，需要在壓延或內襯生產線上的相應位置安裝該設備。效果圖如圖1。

圖1 輻射裝置效果圖

2.1 電子加速器主體

電子加速器主體包括加速器及屏蔽體。電子加速器分為地那米（Dynamotron）和ELV兩種類型，兩種類型產生高壓電子方式不同，但均能保證電子束的穩定和均勻。地那米型加速器為電容并聯生成高壓電子，ELV型加速器為電感并聯生成高壓電子。

電子槍是通過設在加速管頂部的“電子槍陰極”通電加熱，產生熱電子。由于電子槍陰極有使用壽命，需要定期更換電子槍陰極。加速管是由陶瓷和加速電極相互疊層連接而成，其內部和掃描盒及漂移管連接在一起并保持高真空，在加速管的周圍設有將直流高壓的分壓電壓送給各加速電極的“柱形電阻”，提供用于電子發射和加速的電場。

2.2 高壓供電

裝置運行需要提供交流380 V、120 kW動力電源，動力單元包括加速器供電裝置和電源分配裝置。加速器供電裝置提供交流到直流的逆變，保證加速器的穩定運行，主要包括壓力容器、升壓回路、RF變壓器、振蕩器、檢測電壓裝置等。

2.3 附屬裝置

附屬裝置是保證加速器正常運行的輔助條件，包括真空系統、水冷系統、臭氧通風等系統。真空系統主要用于維持加速管和掃描盒內的高真空狀態，系統設有監測真空度的傳感器。電子通過鈦膜下的空氣層時會產生臭氧，通風系統的流量應按照環保的規定，以提供空氣交換量，保證臭氧安全排放，通風系統管道和排風風機內部應采用防腐材料，以阻止空氣電離輻射活性產物的腐蝕。電子束掃描輻射物會產生熱量，需要水冷裝置進行冷卻。

2.4 傳輸聯動

聯動裝置為輻射設備與壓延（或內襯）生產線連接的部分，由導向輥等組件組成。聯動裝置必須保證簾布張力、速度與生產線一致，配備維修通道，確保輻射設備檢修停機時不影響設備正常生產。

3 輻射技術在輪胎部件制造中的作用

汽車子午線輪胎的性能及品質主要取決于基礎材料化工工業、輪胎生產設備、輪胎制造工藝和輪胎結構設計的技術發展與技術進步。輻射預硫化技術在輪胎生產中的應用正是從產品制造工藝上進行技術創新突破，是解決制約輪胎工業快速發展的瓶頸方法之一，以滿足汽車工業的發展需求。

汽車子午線輪胎由多個部件組成，鑒于每個部件功能作用有差別，決定其組成與制作工藝不同，見圖2。

圖2 子午線輪胎結構圖

在輪胎制備過程中，要求輪胎各部件必須保持精確的形狀和尺寸。為了避免簾線層和氣密層的位移、形變，常規解決方法是增加覆膠量，這勢必增加原材料用量和該部件的厚度，導致輪胎質量的穩定性和使用安全性受到直接影響。

采用電子加速器產生的電子束對輪胎的內襯層、胎體等半部件進行輻射處理，使橡膠材料達到部分定量硫化，穩定部件結構，再與其它部件組合成胎胚，在硫化機中完成熱硫化制胎。其優勢如下。

3.1 保證半部件尺寸穩定性，提高輪胎質量穩定性

輪胎半部件經過輻射處理后，生膠的格林強度得到提升，減少了半部件在成型和硫化過程中的變形，使輪胎半部件的精度得到提高，提高了產品質量的穩定性和產品合格率。其動平衡、均勻性和滾動阻力性能也就相應得到提升，輪胎高速性能優勢明顯，為輪胎使用中安全性能和使用壽命的提高創造了有利條件。

3.2 降低半部件厚度，減輕輪胎自重

可適當降低內襯過渡層厚度（或取消內襯過渡層），由此帶來原材料和人力資源的節省是相當可觀的，其經濟效益十分顯著。

3.3 防止簾線排布凌亂

經過輻射的簾布，簾線排布會更加整齊，簾布形狀更加穩定。

4 部件輻射預硫化后性能變化

以205/40R17 為例，輻射預硫化胎體簾布層硫化膠性能對比參數表見表1。

表1 205/40R17的輻射預硫化胎體簾布層硫化膠性能對比

通過以上實驗數據上看，簾布輻射后格林強度優勢顯著，其它參數基本沒有變化。

5 結語

從國內外輪胎企業引入輻射設備使用情況看，半鋼胎體簾布的應用比較成熟，成本回收周期短，設備使用效率較高，全鋼內襯應用需要考慮輪胎超載等因素，材料節省不明顯，但提高輪胎質量效果良好。部件輻射硫化后門尼和焦燒參數有一定變化，需要輪胎企業技術人員對輻射劑量的合理設置。輻射裝置工作過程中發生急?；蚬收蠒r，同一批部件未完全輻射硫化，需要合理安排生產調度。

TQ330.13

1009-797X （2015） 16-0119-03

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10.13520/j.cnki.rpte.2015.16.041

張占興（1977-），男，畢業于東北大學計算機科學及應用專業，現主要從事輪胎橡膠行業自動化系統項目設計與實施工作。

2015-07-02