低斷面輪胎專(zhuān)用硫化膠囊的研究與設(shè)計(jì)

張曉潔，張恩銘，劉 佳

（1.威海金泓高分子有限公司，山東 威海 264211；2.威海市潤(rùn)通橡膠有限公司，山東 威海 264400）

近年來(lái)，低斷面輪胎的市場(chǎng)普及率越來(lái)越高，并向著大規(guī)格（20英寸及以上）更大輪胎方向研發(fā)和生產(chǎn)。目前，低斷面輪胎帶動(dòng)的市場(chǎng)效益有目共睹，但其生產(chǎn)成本居高不下，已成為行業(yè)面臨的重大難題[1-3]。

本工作通過(guò)分析低斷面輪胎缺陷及硫化膠囊損壞的原因，設(shè)計(jì)了全新的低斷面輪胎專(zhuān)用硫化膠囊，以提高低斷面輪胎的產(chǎn)品合格率及其專(zhuān)用硫化膠囊的使用壽命[4]。

1 低斷面輪胎缺陷統(tǒng)計(jì)及分析

1.1 輪胎缺陷分析

低斷面輪胎產(chǎn)品合格率低的主要原因是窩氣，也稱(chēng)胎里失氣[5-7]。在沒(méi)有選取最匹配硫化膠囊的情況下，每更換一條新硫化膠囊，前50次硫化的輪胎均存在不同程度的窩氣現(xiàn)象。

1.2 硫化膠囊壽命統(tǒng)計(jì)分析

目前，低斷面輪胎選配硫化膠囊的使用壽命僅能達(dá)到200～250次，相比正常硫化膠囊的使用壽命（400次），相差約50%，極大地增加了輪胎的制造成本[8]。

2 窩氣及硫化膠囊低壽命原因分析

2.1 窩氣

窩氣現(xiàn)象主要發(fā)生在輪胎胎肩部位，呈隔氣硫化狀態(tài)。其主要原因是在硫化過(guò)程中，硫化膠囊部位1和2（見(jiàn)圖1）未能緊密貼合，導(dǎo)致硫化膠囊與輪胎之間未排出的空氣聚集在部位3，從而產(chǎn)生隔氣硫化的現(xiàn)象。

圖1 輪胎窩氣位置示意

2.2 硫化膠囊低壽命原因分析

如圖1所示，在硫化膠囊膨脹時(shí)，部位2沒(méi)有緊密貼合至部位1，導(dǎo)致部位2仍有伸張余量，形成了過(guò)度伸張，從而產(chǎn)生排氣線(xiàn)變寬等一系列加劇老化裂口的現(xiàn)象。即使是選型匹配時(shí)，選取的硫化膠囊膨脹因數(shù)在理論膨脹因數(shù)范圍內(nèi)也會(huì)出現(xiàn)硫化膠囊局部過(guò)度膨脹現(xiàn)象，從而導(dǎo)致硫化膠囊早期局部損壞。在高溫高壓下，硫化膠囊的局部過(guò)度伸張會(huì)加速其局部老化，嚴(yán)重影響其使用壽命。

3 低斷面輪胎硫化膠囊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 硫化膠囊膨脹因數(shù)的確定

對(duì)斷面高寬比大于40%的輪胎，其適配硫化膠囊膨脹因數(shù)的范圍為1.15～1.25，計(jì)算公式如下：

式中，n為硫化膠囊膨脹因數(shù)，a為輪胎著合直徑，b為硫化膠囊?jiàn)A緣內(nèi)徑（夾盤(pán)夾緣內(nèi)徑），c為硫化膠囊?jiàn)A緣寬度（夾盤(pán)寬度間隙），d為輪胎內(nèi)輪廓弧長(zhǎng)，e為硫化膠囊斷面周長(zhǎng)。

根據(jù)式（1）選取適配膠囊，只要膠囊排氣線(xiàn)深度達(dá)到0.4 mm以上，排氣線(xiàn)寬度達(dá)到1.2 mm以上，排氣線(xiàn)節(jié)距范圍為12～15 mm，均可生產(chǎn)出合格輪胎（僅考慮適配因素）。相比高寬比大于40%的輪胎胎肩，低斷面輪胎胎肩角度偏小，即使用硫化膠囊時(shí)，硫化膠囊完全貼合至胎肩角部的難度增大，因此，從匹配角度考慮，硫化膠囊膨脹因數(shù)應(yīng)相應(yīng)減小，同時(shí)要兼顧硫化膠囊使用至后期的打褶問(wèn)題，硫化膠囊膨脹因數(shù)可定為1.12～1.15。

3.2 硫化膠囊冠部寬度尺寸確定

確定硫化膠囊膨脹因數(shù)后，還要考慮硫化膠囊在使用過(guò)程中的形變量，即硫化膠囊膨脹后其冠部寬度與輪胎冠部寬度相匹配，才能保證硫化膠囊肩部區(qū)域能有效貼合至輪胎肩部，從而實(shí)現(xiàn)使用時(shí)硫化膠囊肩部與輪胎肩部有效貼合。

硫化膠囊膨脹后的冠部寬度應(yīng)略大于輪胎胎里冠部寬度，如225/35R18輪胎的胎里冠部寬度為190～200 mm，則硫化膠囊膨脹后的冠部寬度可為220～230 mm。

合理的硫化膠囊設(shè)計(jì)為冠部最?。ㄆ渑蛎浺驍?shù)最大），向夾緣部位過(guò)渡增厚，通過(guò)測(cè)算及硫化膠囊實(shí)際膨脹測(cè)量，對(duì)于整體膨脹因數(shù)為1.15的硫化膠囊，冠部膨脹因數(shù)可按照1.20計(jì)算。即硫化膠囊冠部寬度（f）滿(mǎn)足下式：

式中，h為輪胎胎里冠部寬度。

3.3 硫化膠囊等厚尺寸確定

之后，需要對(duì)胎肩位置對(duì)應(yīng)的硫化膠囊部位做等厚設(shè)計(jì)。等厚設(shè)計(jì)長(zhǎng)度等于輪胎胎里冠部寬度加上肩部弧長(zhǎng)（要計(jì)算膨脹），通常該尺寸等于輪胎名義斷面寬。同時(shí)要考慮硫化膠囊冠部厚度（范圍為4.2～4.7 mm），以達(dá)到適應(yīng)硫化膠囊膨脹的效果。

4 低斷面輪胎專(zhuān)用硫化膠囊的優(yōu)點(diǎn)及效果驗(yàn)證

（1）低斷面輪胎專(zhuān)用硫化膠囊可以有效提升輪胎產(chǎn)品合格率。由于低斷面輪胎專(zhuān)用硫化膠囊與輪胎貼合更緊密，尤其是硫化膠囊肩部與輪胎肩部緊密貼合使胎坯與硫化膠囊之間的空氣可以有效排出，窩氣的發(fā)生量從之前的50條降至零，最大限度地提升了輪胎的硫化合格率。

（2）低斷面輪胎專(zhuān)用硫化膠囊可以提升硫化膠囊的使用壽命。低斷面輪胎專(zhuān)用硫化膠囊在原有基礎(chǔ)上延長(zhǎng)了硫化膠囊冠部尺寸，使硫化膠囊肩部既可以與輪胎形成更緊密的貼合，同時(shí)減小了硫化膠囊肩部的膨脹因數(shù)，避免了因過(guò)度膨脹導(dǎo)致排氣線(xiàn)裂口的早期發(fā)生，從而提升了硫化膠囊的使用壽命。

實(shí)際使用證明，硫化膠囊使用壽命可從之前的250次提升至350次。

5 結(jié)語(yǔ)

在目前輪胎扁平化的產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)下，使用低斷面輪胎專(zhuān)用硫化膠囊可以極大地提升輪胎產(chǎn)品合格率，并能有效延長(zhǎng)硫化膠囊的使用壽命，從兩個(gè)方面降低輪胎的制造成本，從而提升了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，可為企業(yè)創(chuàng)造效益。