全鋼載重子午線輪胎胎圈氣泡的產生原因及改進措施

初坤龍，周君蘭，呂 偉，孫宗濤，張彥軍

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

全鋼載重子午線輪胎以其長里程、低滾動阻力、高承載和良好的操縱性能、舒適性等優勢在輪胎市場發展迅速[1-4]。輪胎胎圈部位質量與輪胎的承載能力以及安全性有著緊密的聯系[5-7]。生產中輪胎胎圈氣泡在輪胎胎圈缺陷中占比較大，是亟需解決的問題。

在全鋼載重子午線輪胎生產過程中，胎圈部位貼合的半成品部件較多，多品種部件需匹配更多的差級，進而增大了胎圈部位空隙體積，空隙中的空氣若在成型及硫化過程中無法排除就會產生胎圈氣泡[8]。根據我公司的實際生產情況，采取一系列措施以解決全鋼載重子午線輪胎胎圈氣泡問題，取得了良好的效果。現從胎圈氣泡的成因、影響因素以及相應的改進措施方面進行介紹。

1 胎圈氣泡發生的位置及外觀表現

胎圈氣泡主要發生在胎趾與胎踵之間，氣泡外觀多為長條形或圓形，見圖1。解剖后氣泡位置多在內襯層、加強層與胎圈膠形成的三角區域內，見圖2。

圖1 胎圈氣泡形狀

圖2 胎圈氣泡位置

2 胎圈氣泡成因分析

橡膠制品在生產過程中均會在內部夾雜空氣，但硫化后制品切面均密實，并無氣孔。這是因為在硫化過程中，膠料中的氣體會在高溫、高壓條件下受到擠壓而排出，但是如果存氣過多，在橡膠分子鏈發生交聯前未能排盡，則會形成氣泡。

全鋼載重子午線輪胎胎圈圈口部位材料是由胎側、內襯層、加強層、胎體和胎圈5種半成品按照施工設計定位貼合而成。由于各半成品邊部均有一定厚度，半成品貼合后會在端點處形成空隙，且半成品端點厚度越大、過渡越陡，形成的空隙體積越大。胎圈部位貼合定位如圖3所示。

圖3 胎圈部位貼合定位示意

胎圈氣泡中的空氣是在半成品貼合時留存的。由圖3可以看出，存氣區域主要是在內襯層、加強層與胎圈膠三者形成的封閉區域。胎坯成型后留存的空氣在胎圈圈口部位沿胎圈周向均勻分布且外觀無明顯氣泡，硫化時圈口部位存氣會隨膠料流動匯集至1處或多處，硫化后體現在輪胎成品胎趾與胎踵間氣泡（圖3虛線位置）。

綜合分析胎圈氣泡產生的根本原因是封閉區域存氣過多，下面對存氣過多的原因進行具體分析[9-10]。

2.1 存氣區域體積大

2.1.1 施工設計

（1）內襯層端點厚度偏大，過渡層與氣密層差級過小。

（2）胎側近胎圈部位尺寸過渡不均勻，當胎側近胎圈部位呈現凹形時會增大存氣區域體積。

（3）胎側膠內端點與氣密層差級過小，成型鎖圈時扇形塊擠壓無法將兩者之間氣體排出。

2.1.2 半成品工序

（1）胎側尺寸異常，如擠出過程中由于口型中的異物造成的胎側局部凹陷（見圖4）。此類凹痕可造成長條形氣泡。

圖4 胎側局部凹陷

（2）內襯層擠出后氣密層與過渡層差級與施工標準不符。

2.1.3 成型工序

半成品貼合定位偏差導致貼合差級不良。

2.2 排氣通道堵塞或排氣不良

2.2.1 半成品工序

胎側排氣線在扇形塊縮緊胎圈的過程中起著排氣通道的作用，空氣受擠壓后沿縫隙向外擴散，若排氣線不完整會影響氣體排出而產生氣泡。

2.2.2 成型工序

（1）胎側/內襯層預復合[11]。此步驟僅在三鼓成型機使用，其操作為內襯層與胎側按施工定位在公共模板上進行復合，復合后由一前一后2組壓輥進行壓合。若壓輥設定位置不合理則會人為增加內襯層與胎側間存氣。如圖5所示，壓輥落在內襯層膠片上后首先會在A點將內襯層與胎圈粘合，而在壓合前B點已粘合，A與B點之間則會形成封閉存氣區。此種情形會形成周向條形氣泡。

圖5 胎側/內襯層預復合輥壓示意

（2）加強層/胎體輥壓[11]。此過程為排氣過程，由于加強層為剛性材料，經壓輥輥壓后可排出端點處部分存氣。若此過程中輥壓壓力及停頓位置不合理將影響排氣效果。

（3）扇形塊及膠囊。扇形塊壓力及膠囊厚度/完好度直接關系到鎖圈時圈口部位材料的受力，若壓力過小或膠囊老化/損壞則無法將氣體全部排出，增加出現胎圈氣泡的風險。

2.3 其他

（1）胎坯損傷。由于全鋼載重子午線輪胎硫化時膠料流動性較小，胎坯口部損傷后若不及時修整，硫化時模具鋼圈刮蹭的膠料會附著在損傷處，表面形成一層較薄氣泡，見圖6。

圖6 胎坯損傷形成的氣泡

（2）硫化模具鋼圈排氣孔不通。由于胎坯成型后圈口部位形狀與成品胎圈形狀存在差異，硫化時膠料會流動直至填滿空隙，但如果鋼圈排氣孔堵塞，合模后空腔的氣體無法排出，就會造成缺膠或胎圈氣泡，形成氣泡的原理與胎坯損傷相同，均為1層較薄的氣泡。

3 改進措施

針對上述分析，主要針對減小存氣區域體積和改善排氣兩個方面，從施工設計、半成品制造、成型貼合及硫化4個方面進行改進。

3.1 減小空隙體積

3.1.1 施工設計

（1）施工設計時在保證內襯層厚度要求的情況下，使用或設計邊部厚度相對較小的內襯層型輥，并且保證氣密層與過渡層端點差級在12 mm左右。

（2）胎側近圈口部位尺寸設計時過渡平緩，在存氣區域內不可存在凹陷點。

（3）增大胎側膠片內端點與氣密層差級可增大壓輥有效行程，保證斷差處輥壓效果。兩者差級需大于10 mm。

3.1.2 半成品工序

（1）擠出胎側后需保證尺寸符合施工要求，對于尺寸不合格的半成品應作廢，禁止流入成型工序。

（2）內襯層方面首先需保證其尺寸符合工藝標準，其次對內襯層設備進行改造，將修邊方式由垂直裁切變為斜裁，斜裁后可使端點過渡平緩無斷差，不但可減小空隙體積還有利于成型工序輥壓排氣效果。

3.2 改善排氣效果

3.2.1 半成品工序

（1）保證胎圈部位排氣線的完整，同時深度符合要求。

（2）在加強層裁斷設備上增加刺孔裝置，刺孔后加強層簾布上下布面通透，成型時在扇形塊的擠壓作用下可形成排氣通道，將氣體順利排出。

3.2.2 成型工序

（1）部件貼合。需保證各半成品貼合定位符合施工標準，避免由于定位偏差導致貼合差級不良而產生氣泡。

（2）胎側/內襯層預復合。復合排氣的關鍵在于前面的窄壓輥，壓輥的位置需在鋼絲圈底部對應位置，此位置可由施工標準進行計算，將壓輥外沿與內襯層端點重合即可滿足排氣要求（見圖7）。除壓輥位置外還需保證壓輥壓力，其一般在0.3 MPa左右為宜。

圖7 胎側/內襯層預復合輥壓位置

（3）胎側刺孔[12]。成型設備增加胎側刺孔裝置，形成與加強層刺孔相同的排氣孔，在鎖圈過程中增加排氣通道，改善排氣效果。

（4）加強層/胎體輥壓[13]。此過程需準確設定輥壓壓力及停頓位置，輥壓壓力一般為0.2 MPa左右，停頓位置需設定在各部件端點處且停頓時間不短于2 s。

（5）扇形塊及膠囊。現場需加強扇形塊壓力檢查及成型膠囊入廠檢驗，膠囊損壞/老化后應及時更換。

3.3 其他

（1）成型及硫化工序應加強胎坯檢查，發現損傷及時修復。

（2）現場需定期檢查硫化模具鋼圈排氣孔通透度，保證排氣順利。

4 結語

通過對胎圈部位部件貼合模型分析胎圈氣泡的產生原因，得到減小存氣區域體積及增加排氣通道的改進思路。通過調整施工設計、半成品質量、成型工藝控制及相關設備改造等措施，有效減少了胎圈氣泡的發生，胎圈氣泡發生率下降60%，在輪胎總返修品中占比由13%降為6%，明顯提高了輪胎一次合格率。