全鋼載重子午線輪胎擠出胎面氣孔率影響因素分析

尚文躍

（寧夏神州輪胎有限公司，寧夏 銀川 750011）

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)輪胎的性能要求也逐漸提高。輪胎常在復(fù)雜和苛刻的條件下使用，承受著各種變形、負(fù)荷、力以及高低溫作用，因此必須具有優(yōu)良的承載性能、牽引性能和緩沖性能。全鋼載重子午線輪胎胎面是其關(guān)鍵部件，它是輪胎的最表層，保護(hù)胎體緩沖層和簾布層免受刺傷割破和沖擊磨損，通過(guò)花紋傳遞牽引力、轉(zhuǎn)向力和制動(dòng)力。因此要求胎面具有良好的耐磨性能，一定的抓著力、防側(cè)滑性能，同時(shí)具有耐日光和耐臭氧老化、抗刺扎等性能[1]。

胎面氣孔率是影響輪胎性能的重要因素。輪胎生產(chǎn)過(guò)程中的重要工序之一是胎面擠出，胎面擠出質(zhì)量直接影響成品輪胎的質(zhì)量[2-3]。胎面擠出過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)氣孔率較高的現(xiàn)象，部分?jǐn)D出胎面氣孔率超過(guò)3.5%，有時(shí)甚至達(dá)到5%以上，造成擠出胎面尺寸與質(zhì)量較差，甚至無(wú)法使用，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行[4-5]。此外，擠出胎面氣孔率過(guò)大會(huì)影響成品輪胎的耐磨性能，胎面出現(xiàn)掉塊、花紋溝裂等現(xiàn)象[6-8]。因此，減小擠出胎面氣孔率尤為重要。

影響胎面氣孔率的因素很多，主要包括膠料配方、混煉工藝和擠出工藝等。本工作主要探討膠料配方、螺桿轉(zhuǎn)速、破膠方式、擠出主機(jī)、供膠溫度、喂料寬度和膠料門尼粘度對(duì)全鋼載重子午線輪胎胎面氣孔率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要設(shè)備和儀器

H10/C8/C4.5型三復(fù)合擠出生產(chǎn)線，特樂(lè)斯特機(jī)械（上海）有限公司產(chǎn)品；H10/C8型兩復(fù)合擠出生產(chǎn)線，天津賽象科技股份有限公司產(chǎn)品；Φ250型擠出機(jī)，桂林橡膠設(shè)計(jì)院有限公司產(chǎn)品；XK-660型開(kāi)煉機(jī)，益陽(yáng)橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；M200型門尼粘度儀，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 胎面氣孔率影響因素試驗(yàn)

（1）膠料配方。分別采用1號(hào)和2號(hào)擠出線擠出配方A和B兩種膠料，工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 不同膠料配方試驗(yàn)工藝參數(shù)

（2）螺桿轉(zhuǎn)速。采用1號(hào)擠出線在不同螺桿轉(zhuǎn)速下擠出配方A膠料，工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 不同螺桿轉(zhuǎn)速試驗(yàn)工藝參數(shù)

（3）破膠方式。采用1號(hào)擠出線以不同破膠方式擠出配方A膠料，工藝參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 不同破膠方式試驗(yàn)工藝參數(shù)

（4）擠出主機(jī)。分別采用1號(hào)和2號(hào)擠出線主機(jī)擠出配方A膠料，工藝參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 不同擠出生產(chǎn)線主機(jī)試驗(yàn)工藝參數(shù)

（5）供膠溫度。采用1號(hào)擠出線在不同供膠溫度下擠出配方A膠料，工藝參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 不同供膠溫度試驗(yàn)工藝參數(shù)

（6）喂料寬度。采用1號(hào)擠出線在不同喂料寬度下擠出配方A膠料，工藝參數(shù)見(jiàn)表6。

表6 不同喂料寬度試驗(yàn)工藝參數(shù)

（7）膠料門尼粘度。采用1號(hào)擠出線擠出不同門尼粘度配方A膠料，工藝參數(shù)見(jiàn)表7。

表7 不同門尼粘度膠料試驗(yàn)工藝參數(shù)

在驗(yàn)證某一影響因素時(shí)，其他參數(shù)基本相同，參數(shù)測(cè)量波動(dòng)值在正常范圍內(nèi)；螺桿轉(zhuǎn)速試驗(yàn)時(shí)溫度和壓力的差異均由螺桿轉(zhuǎn)速變化引起。

2 結(jié)果與討論

分別研究胎面膠生產(chǎn)過(guò)程中不同因素對(duì)擠出胎面氣孔率的影響。

2.1 膠料配方

膠料配方對(duì)擠出胎面氣孔率的影響測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表8。

由表8可見(jiàn)：在螺桿轉(zhuǎn)速相同的情況下，1號(hào)線擠出的配方A和配方B膠料的胎面氣孔率分別為2.85%和1.38%，配方A膠料的擠出胎面氣孔率比配方B膠料大1.47%；2號(hào)線擠出的配方A和配方B膠料的胎面氣孔率分別為2.76%和0.51%，配方A膠料的胎面氣孔率比配方B膠料大2.25%。由此可見(jiàn)，配方A膠料擠出胎面氣孔率均明顯大于配方B膠料擠出胎面，說(shuō)明膠料配方對(duì)擠出胎面氣孔率影響較大。

表8 膠料配方對(duì)胎面氣孔率的影響

2.2 螺桿轉(zhuǎn)速

螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)擠出胎面氣孔率的影響測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表9。

由表9可見(jiàn)，采用配方A膠料在1號(hào)擠出線進(jìn)行生產(chǎn)，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)分別為24.2和18.0 r·min-1時(shí)，擠出胎面氣孔率分別為3.66%和2.16%。這說(shuō)明相同的膠料在相同擠出機(jī)的不同螺桿轉(zhuǎn)速下，擠出胎面氣孔率也不一樣，螺桿轉(zhuǎn)速越小，氣孔率越小。因此降低螺桿轉(zhuǎn)速可以有效減小擠出胎面氣孔率，但是螺桿轉(zhuǎn)速太低會(huì)影響生產(chǎn)效率，因此具體生產(chǎn)時(shí)要予以綜合考慮。

表9 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)胎面氣孔率的影響

2.3 破膠方式

破膠方式對(duì)擠出胎面氣孔率的影響測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表10。

由表10可見(jiàn)，采用配方A膠料在1號(hào)擠出線進(jìn)行生產(chǎn)，擠出機(jī)破膠后擠出的胎面氣孔率為3.11%，而開(kāi)煉機(jī)破膠后擠出胎面氣孔率為2.12%，明顯小于使用擠出機(jī)破膠的胎面。由此可見(jiàn)，對(duì)于減小擠出胎面氣孔率來(lái)說(shuō)，采用開(kāi)煉機(jī)破膠具有優(yōu)勢(shì)。

表10 破膠方式對(duì)胎面氣孔率的影響

2.4 擠出主機(jī)

擠出主機(jī)對(duì)擠出胎面氣孔率的影響測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表11。

由表11可見(jiàn)，采用型號(hào)相同的兩臺(tái)主機(jī)（均采用Φ250熱喂料擠出機(jī)，開(kāi)煉機(jī)破膠），在相同工藝條件下，1號(hào)線主機(jī)擠出胎面氣孔率為0.40%，2號(hào)線主機(jī)擠出胎面氣孔率為2.12%。分析其原因主要是擠出機(jī)的螺桿形式、螺桿壓縮比及螺桿磨損程度等因素都會(huì)不同程度地影響擠出胎面氣孔率，因此當(dāng)不同主機(jī)擠出胎面氣孔率差異較大時(shí)，可從上述方面進(jìn)行原因查找。

表11 擠出主機(jī)對(duì)胎面氣孔率的影響

2.5 供膠溫度

供膠溫度對(duì)擠出胎面氣孔率的影響測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表12。

表12 供膠溫度對(duì)胎面氣孔率的影響

由表12可見(jiàn)，按正常供膠溫度進(jìn)行熱喂料供膠，擠出胎面氣孔率為3.72%，采取措施降低供膠溫度后，擠出胎面氣孔率減小為2.50%。因此通過(guò)降低熱喂料供膠溫度可以有效減小擠出胎面氣孔率。

通?？梢酝ㄟ^(guò)在供膠大車旁或供膠運(yùn)輸帶上加裝風(fēng)扇、延長(zhǎng)供膠的有效距離、供膠大車使用變頻電動(dòng)機(jī)以減小其轉(zhuǎn)速等途徑來(lái)降低熱喂料供膠溫度。

2.6 喂料寬度

喂料寬度對(duì)擠出胎面氣孔率的影響測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表13。

表13 喂料寬度對(duì)胎面氣孔率的影響

由表13可見(jiàn)，在相同工藝條件下，減小熱喂料供膠寬度，擠出胎面的氣孔率先減小后增大。由此可見(jiàn)，供膠寬度過(guò)大或過(guò)小，胎面氣孔率均會(huì)有所增大。因此，選擇適宜的供膠寬度可減小擠出胎面氣孔率。

2.7 膠料門尼粘度

膠料門尼粘度對(duì)擠出胎面氣孔率的影響測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表14。

由表14可見(jiàn)，在相同的工藝條件下，門尼粘度較大的膠料擠出胎面的氣孔率較大。因此可以通過(guò)適當(dāng)控制膠料的門尼粘度來(lái)減小擠出胎面氣孔率。

表14 膠料門尼粘度對(duì)胎面氣孔率的影響

3 結(jié)論

研究了膠料配方、螺桿轉(zhuǎn)速、破膠方式、擠出主機(jī)、供膠溫度、喂料寬度和膠料門尼粘度對(duì)擠出胎面氣孔率的影響，得到以下結(jié)論。

（1）膠料配方和擠出主機(jī)不同，擠出胎面氣孔率差異較大。膠料配方的調(diào)整要考慮輪胎的使用路況等條件。擠出主機(jī)可選擇壓縮比較高的螺桿，并維護(hù)好螺桿間隙，減少擠出時(shí)的膠料回流。

（2）減小螺桿轉(zhuǎn)速和膠料門尼粘度、降低供膠溫度可減小擠出胎面氣孔率。螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)胎面氣孔率的影響較大，在實(shí)際生產(chǎn)中要協(xié)調(diào)其與生產(chǎn)效率的關(guān)系。

（3）相比于擠出機(jī)破膠方式，采用開(kāi)煉機(jī)破膠擠出胎面的氣孔率相對(duì)較小。可根據(jù)工廠實(shí)際情況選擇開(kāi)煉機(jī)或擠出機(jī)進(jìn)行破膠。

（4）喂料寬度過(guò)大或過(guò)小，擠出胎面氣孔率均會(huì)有所增大，可通過(guò)多次試驗(yàn)選擇合適的喂料寬度。

除了本工作研究的擠出胎面氣孔率影響因素外，在膠料配方中加入石墨烯材料、改進(jìn)冷卻方式等方法也可以有效減小胎面氣孔率，在以后的實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)不斷摸索新的改善方法。