無內胎斜交輪胎胎坯刺眼造成輪胎漏氣的原因分析

王立業，劉家新，周 璽，楊興云

（1.銀川佳通長城輪胎有限公司，寧夏 銀川 750011；2.空軍駐銀川地區軍事代表室，寧夏 銀川 750011）

斜交輪胎胎體為多層角度交叉的錦綸簾布鋪貼而成。為了解決密封膠接頭裂等問題，一般無內胎斜交輪胎的密封層是由多層薄膠片鋪貼而成。但多層胎體骨架材料和密封膠的鋪貼，會造成鋪貼層間的氣體不能完全擠出，硫化后容易造成成品輪胎胎體脫層和窩氣等質量問題。此外，斜交輪胎成型過程中為增加簾布粘性一般會使用汽油，存在汽油揮發問題。為解決斜交輪胎胎體脫層以及硫化定型時肩部窩氣等質量問題，硫化前會增加胎坯刺眼工序。隨著輪胎生產裝備的不斷進步，為節約生產時間和能源，胎坯刺眼用的電鉆已逐步改為風鉆，風鉆速度越來越快，目前已經接近20 000 r·min-1。

本工作通過試驗模擬輪胎胎坯刺眼工序中風鉆轉速、刺針直徑、刺眼數量和刺眼速度的影響，以找到無內胎斜交輪胎胎坯刺眼造成輪胎充氣后漏氣的原因。

1 漏氣輪胎剖析

將市場反饋出現慢漏氣的新裝輪胎返廠后進行相關試驗，為查找原因制定以下4項檢測。

1.1 外觀檢測

對返廠輪胎外觀及胎里密封層進行仔細檢查，未發現任何可能造成漏氣的地方。

1.2 輪胎充氣后涂抹肥皂水檢測

將返廠輪胎裝配至輪輞上，充氣至額定充氣壓力，然后用肥皂水涂抹輪胎外部，發現輪胎外觀有多處肥皂水出現氣泡，即輪胎有漏氣問題，如圖1所示。

圖1 輪胎外觀涂抹肥皂水出現氣泡

1.3 用紅色顏料充水檢測漏氣點

將發現外觀漏氣點的輪胎泄壓，就胎里對應部位密封層仔細查找，通過對密封層撥動發現了密封層對應的漏氣點，但在胎里只找到1個可疑漏氣點，如圖2所示。

為找到根本原因，將紅色顏料倒入胎里，用水壓爆破試驗機充水至輪胎額定充氣壓力的2倍，并保持10 min，讓紅色染料從輪胎內部滲出。

1.4 解剖分析

將輪胎外觀出現漏氣點的部位進行解剖，發現紅色顏料水順著胎里密封層裂口串至胎體簾布將胎體簾布染紅，裂口位置斷面處簾線明顯斷開，且膠料有類似自硫膠造成的裂縫。此外，在斷面的其他部位也發現簾線斷開和自硫膠造成裂縫的現象，如圖3—5所示。

圖2 輪胎密封層漏氣點

綜合考慮認為，斜交輪胎生產工序中可能造成這種現象的只有胎坯刺眼工序。但斜交輪胎胎坯刺眼工序已經執行了幾十年，需要進行試驗查找具體原因。

圖3 漏氣點斷面

圖4 漏氣點自硫膠造成裂縫

圖5 其他部位裂縫

2 模擬試驗

2.1 主要設備技術參數

（1）手持式氣動風鉆（見圖6）技術參數：風壓 400 ～600 kPa，最 大 轉 速 5 000 ～17 000 r·min-1。

圖6 手持式氣動風鉆

（2）不銹鋼刺針：直徑 4～6 mm，長度 80～100 mm。

2.2 試驗方案

2.2.1 刺針直徑

為驗證刺針直徑的影響，選取1條成型好的7.50－10胎坯，以胎面中心為界限，左邊用直徑為6 mm的刺針刺扎胎坯，右邊用直徑為4 mm的刺針刺扎胎坯。因斜交輪胎硫化定型時胎體角度會發生變化，設定刺扎區域寬度為150 mm、長度從中間至兩邊胎肩，并用白色記號筆標注刺扎區域寬度及刺針直徑大小的區分，方便后期進行解剖分析。刺扎時保持刺眼速度一致，刺眼間距為10～20 mm，風鉆轉速為5 000 r·min-1。

2.2.2 風鉆轉速

為驗證風鉆轉速的影響，選取1條成型好的7.50－10胎坯，以胎面中心為界限，左邊用轉速為17 000 r·min-1的風鉆刺扎胎坯，右邊用轉速為5 000 r·min-1的風鉆刺扎胎坯。刺扎區域寬度為150 mm、長度從中間至兩邊胎肩，并用白色記號筆標注刺扎區域寬度及轉速大小的區分，方便后期進行解剖分析。刺扎時保持刺眼速度一致，刺眼間距為10～20 mm，刺針直徑為6 mm。

圖7示出了不同風鉆轉速下刺扎的胎坯情況。

3 結果分析

3.1 刺針直徑的影響

圖7 不同轉速刺扎的胎坯

風鉆轉速相同、刺扎方法和刺眼速度一樣、刺針直徑分別是6和4 mm的試驗胎坯硫化后的解剖斷面如圖8所示。從圖8可以看出，斷面中刺針直徑不同的兩邊都未發現簾線劈縫和膠料局部自硫等問題。試驗時刺眼數量很多，但未發現簾線有劈縫現象，說明刺眼數量和刺針直徑（6 mm以下）對輪胎漏氣沒有影響。

圖8 刺針直徑不同的試驗輪胎斷面

3.2 風鉆轉速的影響

刺針直徑相同、刺扎方法和速度一樣、風鉆轉速分別為17 000和5 000 r·min-1的試驗胎壞硫化后解剖斷面如圖9所示。從圖9可以看出，斷面中風鉆轉速為17 000 r·min-1的一邊明顯發現多處簾線劈縫，但風鉆轉速為5 000 r·min-1的一邊沒有發現簾線劈縫等問題。為了進一步驗證，進行了3次切割觀察斷面，均在風鉆轉速大的一邊找到簾線劈縫的地方，風鉆轉速小的一邊則沒有發現。由此可以推斷，胎坯刺眼工序中風鉆轉速過大是造成輪胎漏氣的主要原因。風鉆轉速過大，刺扎時操作速度太慢，胎坯中的刺針與膠料摩擦升溫過高，會造成膠料局部自硫甚至炭化，則輪胎硫化時，自硫或炭化的膠料與正常膠料不發生交聯而形成裂縫。但風鉆轉速不能太小，用轉速為5 000 r·min-1的風鉆刺扎胎體簾布層數10層以上的胎坯時非常困難，刺扎不透；風鉆轉速為8 000～10 000 r·min-1時刺扎較厚胎坯比較順暢，且成品輪胎解剖后未發現簾線劈縫或膠料局部自硫等問題。此外，在生產現場還發現，當刺扎尖端彎曲或中部局部彎曲嚴重時會造成簾線斷裂。

圖9 風鉆轉速不同試驗輪胎斷面

4 結語

通過試驗模擬無內胎輪胎胎坯刺眼工序中風鉆轉速、刺針直徑、刺眼數量和刺眼速度的影響，判定刺眼工序中風鉆轉速過大是造成無內胎輪胎漏氣的主要原因。