半鋼子午線輪胎胎面導電膠擠出易中斷問題及其導電可靠性研究

奚豐希，鮑鑫浩，巫曉華，陳 超

（杭州海潮橡膠有限公司，浙江 杭州 310018）

近年來由于歐洲和北美對輪胎環保和節能的要求日益嚴格，促使輪胎制造商開發更低滾動阻力和更好抗濕滑性能的輪胎以參與市場競爭，低滾動阻力輪胎在降低能耗、減少用戶用車成本的同時，還可減少二氧化碳排放，具有明顯的環保效益。將白炭黑用于胎面膠中可顯著降低輪胎的滾動阻力，同時保持較好的抗濕滑性能，但會使輪胎的導電性顯著下降[1-5]。胎面膠電阻率小于108Ω·cm可以順利導出汽車行駛中產生的靜電，而高用量白炭黑胎面膠的電阻率遠大于108Ω·cm，使輪胎產生靜電積累，嚴重危害汽車行駛安全性。例如靜電積累過多可能在汽車加油時引起火災，在行駛時導致車輛運轉溫度過高，增大車輛運行損耗，縮短車輛壽命，甚至造成車輛自燃等。

為此我公司出口至歐洲和北美地區的半鋼子午線輪胎大都帶有導電膠條，即在導電性較差的胎面膠中嵌入導電性較好的橡膠條，形成導電通路，以滿足輪胎導電性能的要求。然而導電膠在胎面復合擠出過程中容易中斷，產生大量的回用胎面膠，影響輪胎的產量和質量。

本工作對半鋼子午線輪胎胎面導電膠擠出易中斷問題及其導電可靠性進行研究，以提高胎面生產效率和擠出質量[6-10]。

1 導電膠擠出中斷問題及胎面生產設備介紹

1.1 導電膠擠出中斷問題

導電膠擠出質量對比如圖1所示。

圖1 導電膠擠出質量對比

1.2 胎面擠出生產設備

我公司采用桂林橡膠設計院有限公司生產的XJF45/90/150/120型四復合冷喂料擠出機生產帶有導電膠輪胎的胎面，口型板采用電加熱的預熱方式，36 V電壓帶漏電保護。帶導電膠胎面擠出裝置如圖2所示，胎面擠出在線導電膠電阻率測量裝置如圖3所示。

圖2 帶導電膠胎面擠出裝置

圖3 胎面擠出在線導電膠電阻率測量裝置

擠出聯動線主要包括四復合胎面強制收縮輥道、單位長度稱量裝置、在線導電膠電阻率測量裝置、打標裝置、水槽噴淋冷卻裝置、胎面噴淋冷卻系統油酸溶液pH值在線自動控制系統、壓縮空氣吹干裝置、胎面切割定長裝置、胎面熱空氣吹干裝置和胎面卷取裝置。

胎面擠出在線導電膠電阻率測量裝置包括安裝支架、直流電源、上輥輪電極和下輥輪電極。

2 存在的問題及解決措施

2.1 導電膠混煉質量問題

2.1.1 原因分析

導電膠混煉不均勻、不相容物質形成較大的顆粒、產生較大的熟粒、塑性不好和流動性差等問題都會造成擠出導電膠下半部中斷。

2.1.2 解決措施

（1）加強原材料質量管控，混煉工序增加過濾裝置，加強車間5S管理工作。

（2）調整不合理的混煉操作方法，嚴禁導電膠混煉時摻入回用料。

（3）調整膠料混煉工藝，如增加混煉段數以提高膠料的塑性。

2.2 擠出供料不足或不穩定

擠出時供料不足或不穩定，也是導電膠中斷的一個重要因素。例如在調試四復合胎面擠出生產線時，因產量不大，就采用手工切割導電膠片供料，由于手工難以切割出寬度、長度一致的小膠條，導致在擠出時導電膠中斷發生概率大。

2.2.1 原因分析

導電膠擠出供料不足或不穩定容易使擠出機內帶入空氣和機頭壓力減小，導致口型板內導電膠與非導電膠接觸作用力不夠，造成擠出導電膠中斷。

2.2.2 解決措施

采用分條機切割導電膠混煉膠片，切割膠條尺寸為：寬度 40 mm，厚度 8 mm，長度 710 m。

2.3 操作不當

2.3.1 原因分析

在生產帶導電膠胎面時，操作人員沒有清理干凈口型板里粘附在導電膠槽中的殘余膠料，導致擠出導電膠下部中斷。

2.3.2 解決措施

取出機頭中的胎面口型板，將粘附在導電膠槽中的殘余膠料清理干凈。

2.4 預口型不匹配

2.4.1 原因分析

預口型將擠出機頭內各流道中的膠料按一定的流向路徑初步預合后流向外口型。良好的預口型設計能使流道里的膠料流動阻力小、無死角、擠出機頭壓力小，提高導電膠貫通性，減少外界波動因素的影響。預口型不匹配則導致膠料貫通性差，并導致中斷。

2.4.2 解決措施

優化預口型設計。我公司曾為一種胎面設計了A和B兩種預口型，如圖4所示。通過試驗比較，采用預口型B生產的導電膠貫通性好，機頭壓力小，產生導電膠中斷的概率小。

圖4 預口型設計

2.5 口型問題

2.5.1 原因分析

口型板上導電膠槽出口寬度太小，導電膠在槽內流動不暢，在出口處底部壓力較小，使其與非導電膠接觸面粘合力不夠，導致其底部容易中斷。

2.5.2 解決措施

適當增大導電膠槽出口處寬度，出口采用喇叭形，以提高膠槽下部膠料流速。研究發現：導電膠槽寬度（W）＜2.5 mm時，導電膠下部中斷；2.5 mm≤W≤4 mm時，導電膠正常；W＞4 mm時，導電膠寬度超標。

2.6 螺桿轉速不匹配

2.6.1 原因分析

導電膠擠出螺桿轉速太小，造成導電膠機頭壓力過低，從而導致導電膠槽出口處的底部壓力太小，進而導致導電膠與非導電膠接觸面粘合力不夠，使導電膠下部（底部）中斷。

2.6.2 解決措施

提高導電膠擠出螺桿轉速，確保擠出機頭壓力大于或等于非導電膠擠出機頭壓力。

2.7 胎面擠出后導電膠貫通狀況不明

2.7.1 原因分析

胎面擠出后經過收縮輥道和冷卻系統后直接卷取入小車備用，未設置專人或相應設備檢查導電膠擠出后的狀況。

2.7.2 解決措施

安裝胎面擠出在線導電膠電阻率測量裝置。為驗證在線電阻率測量裝置的有效性，做了離線電阻率測量對比試驗。先記錄在線導電膠電阻率測量裝置的顯示值，然后將胎面樣品拿到公司檢測中心進行電阻率測量。胎面在線測量電阻率為6×104Ω·cm（兩個帶齒的輥筒將胎面壓在中間，形成閉路，該方式優于用夾子接觸測量），離線測量電阻率為6.2×104Ω·cm，表明在線電阻率測量數據可信，測量裝置可用。

觀察在線電阻率測量裝置的數據，并切割胎面斷面驗證測量數據能否反映導電膠的工藝狀態。將電阻率不同的胎面成型、硫化后的成品輪胎送到公司檢測中心進行電阻率檢測，并切割輪胎斷面，與相對應的胎面膠進行對比。半成品和成品胎面電阻率測量數據和胎面斷面如表1 所示。

從表1可以看出：當導電膠貫通時，即使膠料稍少，電阻率也小于8×104Ω·cm；當導電膠中斷時，電阻率則在106Ω·cm以上。由此可見，通過電阻率可以快速得知導電膠的貫通狀態。

從表1還可以看出：當擠出胎面導電膠電阻率在104Ω·cm左右時，成品輪胎電阻率為105～106Ω·cm；當擠出胎面導電膠中斷、電阻率在107Ω·cm左右時，成品輪胎電阻率為109～1010Ω·cm。當胎面膠電阻率達標時，成品輪胎的電阻率也能達標，證明其相關性。

表1 電阻測量數據和胎面斷面

綜上分析，在線電阻率測量裝置的測量數據可真實地反映胎面導電膠的電阻率。通過在線電阻率測量值可以快速得知導電膠的貫通狀況。輪胎中導電膠貫通狀態下電阻率測量值應在104Ω·cm以下，當電阻率達到107Ω·cm時，截取斷面發現導電膠中斷。由此可見，在線電阻率測量可以實時檢測導電膠的工藝狀態，且可以預估成品輪胎的導電能力。在生產前期實時快速地得知導電膠的工藝情況可減少浪費，提高胎面生產效率和擠出質量。

3 結論

通過嚴格控制混煉膠質量、改進擠出供料方式和操作方法、優化預口型和口型設計、合理匹配擠出螺桿轉速及安裝胎面擠出在線電阻率測量裝置，有效解決了導電膠擠出易中斷問題，提高了胎面生產效率和擠出質量。