半鋼子午線(xiàn)輪胎胎面導(dǎo)電膠擠出易中斷問(wèn)題及其導(dǎo)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(lái)由于歐洲和北美對(duì)輪胎環(huán)保和節(jié)能的要求日益嚴(yán)格，促使輪胎制造商開(kāi)發(fā)更低滾動(dòng)阻力和更好抗?jié)窕阅艿妮喬ヒ詤⑴c市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，低滾動(dòng)阻力輪胎在降低能耗、減少用戶(hù)用車(chē)成本的同時(shí)，還可減少二氧化碳排放，具有明顯的環(huán)保效益。將白炭黑用于胎面膠中可顯著降低輪胎的滾動(dòng)阻力，同時(shí)保持較好的抗?jié)窕阅?，但?huì)使輪胎的導(dǎo)電性顯著下降[1-5]。胎面膠電阻率小于108Ω·cm可以順利導(dǎo)出汽車(chē)行駛中產(chǎn)生的靜電，而高用量白炭黑胎面膠的電阻率遠(yuǎn)大于108Ω·cm，使輪胎產(chǎn)生靜電積累，嚴(yán)重危害汽車(chē)行駛安全性。例如靜電積累過(guò)多可能在汽車(chē)加油時(shí)引起火災(zāi)，在行駛時(shí)導(dǎo)致車(chē)輛運(yùn)轉(zhuǎn)溫度過(guò)高，增大車(chē)輛運(yùn)行損耗，縮短車(chē)輛壽命，甚至造成車(chē)輛自燃等。

為此我公司出口至歐洲和北美地區(qū)的半鋼子午線(xiàn)輪胎大都帶有導(dǎo)電膠條，即在導(dǎo)電性較差的胎面膠中嵌入導(dǎo)電性較好的橡膠條，形成導(dǎo)電通路，以滿(mǎn)足輪胎導(dǎo)電性能的要求。然而導(dǎo)電膠在胎面復(fù)合擠出過(guò)程中容易中斷，產(chǎn)生大量的回用胎面膠，影響輪胎的產(chǎn)量和質(zhì)量。

本工作對(duì)半鋼子午線(xiàn)輪胎胎面導(dǎo)電膠擠出易中斷問(wèn)題及其導(dǎo)電可靠性進(jìn)行研究，以提高胎面生產(chǎn)效率和擠出質(zhì)量[6-10]。

1 導(dǎo)電膠擠出中斷問(wèn)題及胎面生產(chǎn)設(shè)備介紹

1.1 導(dǎo)電膠擠出中斷問(wèn)題

導(dǎo)電膠擠出質(zhì)量對(duì)比如圖1所示。

圖1 導(dǎo)電膠擠出質(zhì)量對(duì)比

1.2 胎面擠出生產(chǎn)設(shè)備

我公司采用桂林橡膠設(shè)計(jì)院有限公司生產(chǎn)的XJF45/90/150/120型四復(fù)合冷喂料擠出機(jī)生產(chǎn)帶有導(dǎo)電膠輪胎的胎面，口型板采用電加熱的預(yù)熱方式，36 V電壓帶漏電保護(hù)。帶導(dǎo)電膠胎面擠出裝置如圖2所示，胎面擠出在線(xiàn)導(dǎo)電膠電阻率測(cè)量裝置如圖3所示。

圖2 帶導(dǎo)電膠胎面擠出裝置

圖3 胎面擠出在線(xiàn)導(dǎo)電膠電阻率測(cè)量裝置

擠出聯(lián)動(dòng)線(xiàn)主要包括四復(fù)合胎面強(qiáng)制收縮輥道、單位長(zhǎng)度稱(chēng)量裝置、在線(xiàn)導(dǎo)電膠電阻率測(cè)量裝置、打標(biāo)裝置、水槽噴淋冷卻裝置、胎面噴淋冷卻系統(tǒng)油酸溶液pH值在線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)、壓縮空氣吹干裝置、胎面切割定長(zhǎng)裝置、胎面熱空氣吹干裝置和胎面卷取裝置。

胎面擠出在線(xiàn)導(dǎo)電膠電阻率測(cè)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(wèn)題及解決措施

2.1 導(dǎo)電膠混煉質(zhì)量問(wèn)題

2.1.1 原因分析

導(dǎo)電膠混煉不均勻、不相容物質(zhì)形成較大的顆粒、產(chǎn)生較大的熟粒、塑性不好和流動(dòng)性差等問(wèn)題都會(huì)造成擠出導(dǎo)電膠下半部中斷。

2.1.2 解決措施

（1）加強(qiáng)原材料質(zhì)量管控，混煉工序增加過(guò)濾裝置，加強(qiáng)車(chē)間5S管理工作。

（2）調(diào)整不合理的混煉操作方法，嚴(yán)禁導(dǎo)電膠混煉時(shí)摻入回用料。

（3）調(diào)整膠料混煉工藝，如增加混煉段數(shù)以提高膠料的塑性。

2.2 擠出供料不足或不穩(wěn)定

擠出時(shí)供料不足或不穩(wěn)定，也是導(dǎo)電膠中斷的一個(gè)重要因素。例如在調(diào)試四復(fù)合胎面擠出生產(chǎn)線(xiàn)時(shí)，因產(chǎn)量不大，就采用手工切割導(dǎo)電膠片供料，由于手工難以切割出寬度、長(zhǎng)度一致的小膠條，導(dǎo)致在擠出時(shí)導(dǎo)電膠中斷發(fā)生概率大。

2.2.1 原因分析

導(dǎo)電膠擠出供料不足或不穩(wěn)定容易使擠出機(jī)內(nèi)帶入空氣和機(jī)頭壓力減小，導(dǎo)致口型板內(nèi)導(dǎo)電膠與非導(dǎo)電膠接觸作用力不夠，造成擠出導(dǎo)電膠中斷。

2.2.2 解決措施

采用分條機(jī)切割導(dǎo)電膠混煉膠片，切割膠條尺寸為：寬度 40 mm，厚度 8 mm，長(zhǎng)度 710 m。

2.3 操作不當(dāng)

2.3.1 原因分析

在生產(chǎn)帶導(dǎo)電膠胎面時(shí)，操作人員沒(méi)有清理干凈口型板里粘附在導(dǎo)電膠槽中的殘余膠料，導(dǎo)致擠出導(dǎo)電膠下部中斷。

2.3.2 解決措施

取出機(jī)頭中的胎面口型板，將粘附在導(dǎo)電膠槽中的殘余膠料清理干凈。

2.4 預(yù)口型不匹配

2.4.1 原因分析

預(yù)口型將擠出機(jī)頭內(nèi)各流道中的膠料按一定的流向路徑初步預(yù)合后流向外口型。良好的預(yù)口型設(shè)計(jì)能使流道里的膠料流動(dòng)阻力小、無(wú)死角、擠出機(jī)頭壓力小，提高導(dǎo)電膠貫通性，減少外界波動(dòng)因素的影響。預(yù)口型不匹配則導(dǎo)致膠料貫通性差，并導(dǎo)致中斷。

2.4.2 解決措施

優(yōu)化預(yù)口型設(shè)計(jì)。我公司曾為一種胎面設(shè)計(jì)了A和B兩種預(yù)口型，如圖4所示。通過(guò)試驗(yàn)比較，采用預(yù)口型B生產(chǎn)的導(dǎo)電膠貫通性好，機(jī)頭壓力小，產(chǎn)生導(dǎo)電膠中斷的概率小。

圖4 預(yù)口型設(shè)計(jì)

2.5 口型問(wèn)題

2.5.1 原因分析

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

2.5.2 解決措施

適當(dāng)增大導(dǎo)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(fā)現(xiàn)：導(dǎo)電膠槽寬度（W）＜2.5 mm時(shí)，導(dǎo)電膠下部中斷；2.5 mm≤W≤4 mm時(shí)，導(dǎo)電膠正常；W＞4 mm時(shí)，導(dǎo)電膠寬度超標(biāo)。

2.6 螺桿轉(zhuǎn)速不匹配

2.6.1 原因分析

導(dǎo)電膠擠出螺桿轉(zhuǎn)速太小，造成導(dǎo)電膠機(jī)頭壓力過(guò)低，從而導(dǎo)致導(dǎo)電膠槽出口處的底部壓力太小，進(jìn)而導(dǎo)致導(dǎo)電膠與非導(dǎo)電膠接觸面粘合力不夠，使導(dǎo)電膠下部（底部）中斷。

2.6.2 解決措施

提高導(dǎo)電膠擠出螺桿轉(zhuǎn)速，確保擠出機(jī)頭壓力大于或等于非導(dǎo)電膠擠出機(jī)頭壓力。

2.7 胎面擠出后導(dǎo)電膠貫通狀況不明

2.7.1 原因分析

胎面擠出后經(jīng)過(guò)收縮輥道和冷卻系統(tǒng)后直接卷取入小車(chē)備用，未設(shè)置專(zhuān)人或相應(yīng)設(shè)備檢查導(dǎo)電膠擠出后的狀況。

2.7.2 解決措施

安裝胎面擠出在線(xiàn)導(dǎo)電膠電阻率測(cè)量裝置。為驗(yàn)證在線(xiàn)電阻率測(cè)量裝置的有效性，做了離線(xiàn)電阻率測(cè)量對(duì)比試驗(yàn)。先記錄在線(xiàn)導(dǎo)電膠電阻率測(cè)量裝置的顯示值，然后將胎面樣品拿到公司檢測(cè)中心進(jìn)行電阻率測(cè)量。胎面在線(xiàn)測(cè)量電阻率為6×104Ω·cm（兩個(gè)帶齒的輥筒將胎面壓在中間，形成閉路，該方式優(yōu)于用夾子接觸測(cè)量），離線(xiàn)測(cè)量電阻率為6.2×104Ω·cm，表明在線(xiàn)電阻率測(cè)量數(shù)據(jù)可信，測(cè)量裝置可用。

觀(guān)察在線(xiàn)電阻率測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)，并切割胎面斷面驗(yàn)證測(cè)量數(shù)據(jù)能否反映導(dǎo)電膠的工藝狀態(tài)。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(cè)中心進(jìn)行電阻率檢測(cè)，并切割輪胎斷面，與相對(duì)應(yīng)的胎面膠進(jìn)行對(duì)比。半成品和成品胎面電阻率測(cè)量數(shù)據(jù)和胎面斷面如表1 所示。

從表1可以看出：當(dāng)導(dǎo)電膠貫通時(shí)，即使膠料稍少，電阻率也小于8×104Ω·cm；當(dāng)導(dǎo)電膠中斷時(shí)，電阻率則在106Ω·cm以上。由此可見(jiàn)，通過(guò)電阻率可以快速得知導(dǎo)電膠的貫通狀態(tài)。

從表1還可以看出：當(dāng)擠出胎面導(dǎo)電膠電阻率在104Ω·cm左右時(shí)，成品輪胎電阻率為105～106Ω·cm；當(dāng)擠出胎面導(dǎo)電膠中斷、電阻率在107Ω·cm左右時(shí)，成品輪胎電阻率為109～1010Ω·cm。當(dāng)胎面膠電阻率達(dá)標(biāo)時(shí)，成品輪胎的電阻率也能達(dá)標(biāo)，證明其相關(guān)性。

表1 電阻測(cè)量數(shù)據(jù)和胎面斷面

綜上分析，在線(xiàn)電阻率測(cè)量裝置的測(cè)量數(shù)據(jù)可真實(shí)地反映胎面導(dǎo)電膠的電阻率。通過(guò)在線(xiàn)電阻率測(cè)量值可以快速得知導(dǎo)電膠的貫通狀況。輪胎中導(dǎo)電膠貫通狀態(tài)下電阻率測(cè)量值應(yīng)在104Ω·cm以下，當(dāng)電阻率達(dá)到107Ω·cm時(shí)，截取斷面發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電膠中斷。由此可見(jiàn)，在線(xiàn)電阻率測(cè)量可以實(shí)時(shí)檢測(cè)導(dǎo)電膠的工藝狀態(tài)，且可以預(yù)估成品輪胎的導(dǎo)電能力。在生產(chǎn)前期實(shí)時(shí)快速地得知導(dǎo)電膠的工藝情況可減少浪費(fèi)，提高胎面生產(chǎn)效率和擠出質(zhì)量。

3 結(jié)論

通過(guò)嚴(yán)格控制混煉膠質(zhì)量、改進(jìn)擠出供料方式和操作方法、優(yōu)化預(yù)口型和口型設(shè)計(jì)、合理匹配擠出螺桿轉(zhuǎn)速及安裝胎面擠出在線(xiàn)電阻率測(cè)量裝置，有效解決了導(dǎo)電膠擠出易中斷問(wèn)題，提高了胎面生產(chǎn)效率和擠出質(zhì)量。