全鋼載重子午線輪胎成型充氣后胎體鋼絲簾線起筋的原因分析及解決措施

張 超，邵先行，王 浩，陳洪濤，李 易，孫 凱

（八億橡膠有限責任公司，山東 棗莊 277800）

隨著國內經濟及物流行業的快速發展，輪胎行業也得到了長足發展，特別是全鋼載重子午線輪胎，以其優異的使用性能，越來越受到廣大用戶的青睞，對其使用要求也越來越高[1-6]。鋼絲簾線作為全鋼載重子午線輪胎的重要組成部分之一，可以將車軸的載荷傳遞給胎冠，起到承載、緩沖和傳遞應力以及保護輪胎免受外部沖擊破壞的作用[7-10]。在全鋼載重子午線輪胎生產及使用的各個階段，都存在由于生產工藝問題或使用不當造成的鋼絲簾線的質量問題，如鋼絲簾線稀疏、跳線、漏銅、胎體接頭開、鋼絲簾線起筋、胎體簾線肩部彎曲大、疏密不均等，特別是成型充氣后胎體簾布軸向表面出現鋼絲簾線突出的情況，即胎體鋼絲簾線起筋問題[11-13]（見圖1）對成品輪胎的中后期胎肩鼓包、耐久性能和完磨率都有較大的影響。

圖1 胎體鋼絲簾線起筋

本工作對全鋼載重子午線輪胎在成型充氣后胎體鋼絲簾線起筋的成因進行分析，并提出相應的解決措施。

1 胎體鋼絲簾線起筋原因分析

胎體鋼絲簾線起筋現象主要出現在成型工序，成型鼓定型充氣前鋼絲簾線無明顯質量問題，充氣后則出現起筋現象。分析原因是鋼絲簾線與膠料之間的粘合力減小，定型充氣后鋼絲簾線隨胎體膨脹（見圖2），導致鋼絲簾線與膠料之間呈輕微分離狀態。

圖2 鋼絲簾線隨胎體膨脹示意

分別選取正常胎體簾布和存在起筋風險的胎體簾布各6塊，正常胎體簾布每兩塊相疊，一端中間夾厚度為80 mm的隔離紙，得到1#—3#試樣，存在起筋風險的胎體簾布采用同樣的方法得到4#—6#試樣，試樣硫化后采用圖3所示的方法剝離，1#—3#硫化試樣所需剝離力分別為13.5，14.2和13.7 kN，平均值為13.8 kN，4#—6#硫化試樣所需剝離力分別為11.9，11.4和11.2 kN，平均值為11.5 kN。從試驗數據可以看出，存在起筋風險的胎體簾布硫化試樣的剝離力明顯小于正常胎體簾布，鋼絲簾線與膠料之間的粘合力較小。

圖3 簾布剝離方法

1.1 主要原因

胎體簾布壓延工序中影響胎體鋼絲簾線起筋現象的主要因素為：（1）供膠不均勻，不能保證壓延輥筒間的余膠量，余膠過多會導致鋼絲簾線排列密度不均，余膠過少則會影響膠料的滲透性能，影響鋼絲簾線與膠料的粘合性能[1]；（2）壓延速度過快，壓延輥筒溫度偏低，2#與3#輥距不合適，影響胎體簾布的覆膠質量，簾布表面凸凹不平，上下側覆膠厚度不一，如圖4所示；（3）胎體簾布膠的門尼粘度偏高，膠料流動性差，與鋼絲簾線之間的滲透效果差，鋼絲簾線與膠料的粘合力降低，成型充氣后鋼絲簾線與膠料輕微分離導致起筋現象；（4）成型工序中影響胎體鋼絲簾線起筋現象的主要因素為定型鼓充氣壓力偏高或高壓充氣時間偏長，定型后胎里內部壓力過高導致鋼絲簾線過度拉伸。

圖4 胎體簾布上下側覆膠厚度不一

1.2 次要原因

胎體簾布壓延工序其他影響因素包括：（1）錠子架張力不穩定，鋼絲簾線張力偏大或張力不均；（2）膠料粘輥，鋼絲簾線與膠料的附著情況差；（3）錠子房溫度或濕度超標，鋼絲簾線與膠料之間的粘合性能差；（4）整經輥與壓力輥使用時間過長，輥筒磨損嚴重（如圖5所示）[2]；（5）冷卻過程操作不當，存在簾布驟冷、卷取溫度過高或冷卻輥結露等情況，造成鋼絲簾線與膠料之間的粘合性能降低[3]。

圖5 輥筒磨損

成型工序其他影響因素包括：（1）定型鼓主鼓與胎體貼合時，胎體簾布供料速度與主鼓轉速不匹配，導致胎體簾線過度拉伸；（2）定型鼓縮鼓速度偏慢，導致高壓充氣時胎體抽出量過大。

2 解決措施

2.1 膠料配方

優化胎體膠配方，分別采用硼酰化鈷和間苯二酚代替新癸酸鈷和間苯二酚-甲醛（間甲）樹脂，以期提高鋼絲簾線與膠料之間的粘合性能。添加硼酰化鈷和新癸酸鈷硫化膠的性能對比見表1，添加間苯二酚與間甲樹脂膠料的性能對比見表2，其中G'是彈性模量，tanδ是損耗因子。

表1 硼酰化鈷與新癸酸鈷硫化膠的性能對比

表2 間苯二酚與間甲樹脂膠料的性能對比

從表1可以看出，與新癸酸鈷硫化膠相比，硼酰化鈷硫化膠與鋼絲簾線的粘合力提高51 N，熱氧老化后硫化膠的G'增大10%，生熱降低12%。這是因為硼酰化鈷的有效成分二價鈷離子含量高，反應活性高，可以提高硫化膠的耐熱氧老化性能。

從表2可以看出：與間甲樹脂膠料相比，間苯二酚膠料的t90略長，Fmax較大，初始粘合力和老化后粘合力均有提高，100%定伸應力提高；熱空氣老化后100%定伸應力和G'提高，生熱略小。這是因為間苯二酚的反應溫度低、反應活性高，而間甲樹脂是間苯二酚與甲基給予體預縮聚的產品，其有效成分間苯二酚的含量小。

胎體簾布膠料門尼粘度需控制在74～86之間，可以防止壓延過程中膠料粘輥，提高鋼絲簾線與膠料之間的附著能力。

2.2 壓延工藝

壓延工藝從以下方面進行優化：（1）通過控制壓延速度、壓延輥輥筒溫度以及2#與3#輥的間距來保證簾布厚度以及上下側覆膠厚度的一致性，四輥壓延過程如圖6所示；（2）錠子架張力控制均勻、穩定，穿絲操作要規范，控制鋼絲簾線張力為0.12～0.15 MPa；（3）嚴格控制錠子房的溫度和濕度，溫度比室外溫度高2～10 ℃，濕度不大于40%；（4）嚴格控制卷取溫度，防止溫度過高或冷卻輥結露等情況。

圖6 四輥壓延示意

2.3 成型工藝

成型工藝從以下方面進行優化：（1）主鼓與胎體貼合時，調整貼合速度和模板供料速度，控制胎體拉伸率不大于5%；（2）適當降低成型充氣時的充氣高壓和低壓，高壓由（0.40±0.05） MPa調整為（0.35±0.05） MPa，低壓由（0.12±0.01）MPa調整為（0.10±0.01） MPa，降低胎里內壓，減小胎體的膨脹率；（3）適當提高成型鼓縮鼓速度，匹配定型充氣壓力，減小胎體的拉伸；（4）適當減小填充膠壓合壓力，由（0.35±0.05） MPa調整為（0.30±0.05） MPa；（5）成型工序冠部壓合完成后，胎側反包前，不再拉平寬。

3 改進效果

3.1 改進前

3.1.1 胎體接頭縫隙

由于鋼絲簾線與膠料之間的粘合力減小，導致成型充氣后胎體接頭處鋼絲簾線間距過大，超過標準范圍，如圖7所示。

圖7 改進前胎體接頭處鋼絲簾線間距過大

3.1.2 X光測試

由于鋼絲簾線與膠料之間的粘合力小，成型鼓定型充氣后胎體簾線與膠料之間輕微分離，在成型工序表現為鋼絲簾線軸向突出，采用X光測試成品輪胎鋼絲簾線排布情況如圖8所示。

圖8 改進前鋼絲簾線排布情況

3.1.3 耐久性能

胎體鋼絲簾線起筋輪胎在使用前期表現與正常輪胎相當，中后期易出現肩空現象（見圖9），導致輪胎的使用壽命縮短，完磨率降低。

圖9 輪胎使用中后期肩空現象

3.2 改進后

3.2.1 壓延質量

通過優化胎體膠配方，提高了鋼絲簾線與膠料之間的粘合性能，顯著改善了簾布的壓延質量（見圖10）。

3.2.2 覆膠厚度

2#與3#輥之間的輥距調整后采用0.25+（6+12）×0.225HT鋼絲簾線進行壓延試驗，在簾布上選取5個點位測量上、下側覆膠厚度，測量結果如表3所示。

從表3可以看出，2#與3#輥之間的輥距調整后簾布上、下側的覆膠厚度均勻。

3.2.3 X光檢測

采用X光測試改進后成品輪胎鋼絲簾線排布情況如圖11所示。

圖11 改進后鋼絲簾線排布情況

從圖11可以看出，調整后成品輪胎鋼絲簾線排布較好，無明顯疏密不均現象。

3.2.4 定型充氣效果

通過對成型工序定型高壓和低壓、縮鼓速度以及填充膠壓合壓力等的調整，減小了胎里內壓力和胎體伸張，改善了中鼓定型后胎體鋼絲簾線起筋現象，見圖12。

圖12 胎體起筋改善

3.2.5 耐久性能

以12.00R20輪胎為例，胎體簾線起筋改善后輪胎在耐久試驗中累計行駛時間為83.88 h，試驗結束時輪胎胎冠起鼓，輪胎的耐久性能有較大改善。

3.2.6 使用效果

胎體鋼絲簾線起筋情況得到較大改善后，于2021年9月生產約600條12.00R20成品輪胎發往廣西和浙江地區進行道路試驗，截至目前無不良反饋。

4 結語

胎體鋼絲簾線起筋是全鋼載重子午線輪胎生產過程中較常出現的問題，主要是由于鋼絲簾線與膠料之間的粘合性能降低導致。通過調整膠料配方改善了胎體鋼絲簾線與膠料的粘合性能，通過調整壓延和成型工序提升了簾布壓延質量，改善了胎體鋼絲簾線起筋現象，穩定了輪胎質量，保證了產品性能。