預硫化對全鋼載重子午線輪胎性能的影響

呂 偉，孫宗濤，初坤龍，黃玉輝，周君蘭，夏清曉

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

隨著對全球生態環境保護意識的增強，各國相繼出臺和嚴格執行有關生態資源保護法規。輪胎作為橡膠消耗的重頭行業，輕量化、高里程和低滾動阻力已成為全鋼載重子午線輪胎發展的必然趨勢[1]。應勢發展的預硫化技術在全鋼載重子午線輪胎內襯層過渡層膠上成功應用，且工藝控制過程日趨成熟和完善。

預硫化的原理是高能電子束在常溫常壓下激活橡膠分子，引發自由基產生，自由基再相互結合使橡膠分子交聯，并最終形成三維網狀結構。我公司將預硫化技術應用于全鋼載重子午線輪胎內襯層過渡層膠，可提高過渡層膠強力，減緩胎體鋼絲向過渡層膠的滲透，有利于改善成品輪胎胎里露線和胎側凹凸不平等缺陷[2]。

1 試驗設備

采用日新馳威輻照技術（上海）有限公司生產的CNE-500型電子束輻照裝置對輪胎進行預硫化，設備主要技術參數下：設計加速電壓300～500 kV，設計束流 65 mA，束流升流時間（1～65 mA） ≤65 s，表面線量分布平坦度≤±5%，最大掃描寬度 120 cm，生產線連動控制方式 生產線主控。

2 工藝設計和過程控制

2.1 工藝路線

根據我公司內襯層擠出生產線和半成品設計特點，結合理論論證，工藝設計路線為預硫化處理裝置安裝在過渡層與氣密層復合和冷卻工序之前，輻照面為與胎體接觸面。

輻照方式和工藝路線分別如圖1和2所示。

圖1 輻照方式示意

圖2 工藝路線示意

該工藝設計最大限度地利用了現有場地，并且發揮了最大生產效率。

2.2 輻照劑量確定

根據預硫化原理，輻照劑量與電子束流、傳送帶速度計算關系如下：

式中，D為輻照劑量，kGy；E/R為常數，在500，400和300 kV電壓下分別取2.9，3.2和3.6；η為效率，取值0.9；I為電子束流，mA；W為掃描寬度，cm；v為傳送帶速度，m·min-1。

選取未輻照及輻照劑量分別為40，50和60 kGy的方案進行膠料性能對比分析，結果表明，輻照劑量為50 kGy的生膠強力、門尼粘度和膠料剝離力等性能較優。結合我公司實際生產情況，最終確定電子束輻照劑量為50 kGy。

2.3 輻照效果確認

預硫化處理裝置在供應商交付調試時，提供現場檢查成績書，為保證預硫化效果，我公司采用過渡層膠取樣拉伸測試，結果如圖3所示。

圖3 過渡層膠拉伸測試結果

從圖3可以看出，經預硫化處理的試樣會發生卷曲。

2.4 緊急停機處理

在工藝設計過程中，考慮預硫化設備緊急停機或故障不能使用時的應急預案，要點如下。

（1）注意切換至過渡層未減薄施工進行應急生產。

（2）成型工序中，同一條輪胎預硫化與非預硫化內襯層不可混用。

（3）成品檢查需針對防止胎里露線或簾線彎曲進行重點檢查。

3 成品性能

選取12R22.5全鋼載重子午線輪胎為代表，對使用電子束輻照內襯層過渡層膠和未輻照的成品輪胎進行胎體X光、動平衡和均勻性、胎肩滲膠情況、室內高速和耐久性能對比分析。

3.1 胎體

輻照與未輻照過渡層成品輪胎胎體X光照片如圖4所示。

圖4 成品輪胎胎體X光照片

從圖4可以看出，經輻照過渡層成品輪胎胎體更為均勻，疏密程度有所改善。且試驗數據表明成品輪胎的動平衡合格率與正常生產輪胎水平相同；均勻性檢測合格率較正常生產輪胎提高3%。

3.2 胎肩

使用輻照和未輻照內襯層過渡層膠的成品輪胎胎肩部位滲膠情況如圖5所示。

從圖5可以看出：未輻照內襯層過渡層膠的成品輪胎胎肩部位過渡層較明顯地向胎體簾線滲透；經輻照內襯層過渡層膠的成品輪胎胎肩部位過渡層幾乎未向胎體簾線滲透。

圖5 成品輪胎胎肩部位滲膠情況

3.3 高速性能

成品輪胎的高速性能按照企業標準進行測試。試驗條件為：充氣壓力 900 kPa，試驗負荷3 750 kg。

試驗結果表明，輻照與未輻照的成品輪胎高速性能相當且均符合企業標準要求。

3.4 耐久性能

成品輪胎的耐久性能按照企業標準進行測試。試驗壓力和負荷與高速性能試驗相同。

試驗結果表明，輻照成品輪胎耐久性能較未輻照成品輪胎提高約10%。

4 經濟效益

以12R22.5全鋼載重子午線輪胎內襯層過渡層膠厚度減小0.5 mm，擠出線日產能10 000條進行計算，每年可節約成本約750萬元。在設備投入使用初期，設備耗電費用和易損件更換費用每年約為120萬元，約1.5年可收回設備投資費用。

5 結語

預硫化技術在全鋼載重子午線輪胎內襯層過渡層膠中的成功應用，改善了輪胎胎里露線和胎側凹凸不平等缺陷，同時有利于提高成品輪胎的動平衡、均勻性、高速性能和耐久性能。該工藝實施后，可適當減小內襯層過渡層膠厚度，達到輪胎輕量化的目的，為企業帶來良好收益。