全鋼無內(nèi)胎子午線輪胎胎圈氣泡的分析及改進(jìn)

李鳳威，焦守萬，葉強(qiáng)，常素玲，景永博

(陜西延長石油集團(tuán)橡膠有限公司，陜西 西安 712000)

全鋼無內(nèi)胎子午線輪胎的圈部一般包含胎側(cè)部件（包含胎側(cè)、子口耐磨膠、膠片）、內(nèi)襯層部件（包含過渡層、氣密層、膠片）、鋼絲包布及其敷貼的膠片、胎體、鋼絲圈、三角膠等，由于其復(fù)雜的構(gòu)成，在輪胎成型時(shí)很容易有氣泡產(chǎn)生，且不易排出，導(dǎo)致生產(chǎn)的胎胚圈部及最終硫化的輪胎圈部易產(chǎn)生氣泡，胎圈氣泡成為全鋼無內(nèi)胎子午線輪胎胎圈缺陷中的主要缺陷。

一般的在胎胚圈部進(jìn)行人工刺扎來降低成品胎圈氣泡的發(fā)生頻率，但刺扎的方式不能有效的排除圈部的氣泡，還會(huì)導(dǎo)致勞動(dòng)強(qiáng)度的增加及生產(chǎn)效率的降低。為了改善輪胎胎圈氣泡問題，佐家軍等[1]研究表明,對全鋼載重子午線輪胎成型機(jī)扇形塊結(jié)構(gòu)、 膠條溝槽形狀進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，相比同機(jī)型的產(chǎn)品，成品輪胎胎圈部位材料分布均勻，成品輪胎胎圈氣泡修品率下降明顯；初坤龍等[2]研究表明，經(jīng)過優(yōu)化施工設(shè)計(jì)、增加胎側(cè)及加強(qiáng)層刺孔工藝、規(guī)范半成品尺寸過渡及成型輥壓等措施能夠有效減少胎圈氣泡的產(chǎn)生；岳爽等[3]研究表明，通過控制內(nèi)襯層和胎側(cè)耐磨膠的膠料黏性，優(yōu)化過渡層和氣密層的差級設(shè)計(jì)、邊厚，加寬過渡層、減窄氣密層及合理設(shè)計(jì)胎側(cè)隔離膠片寬度和敷貼位置，并且使用無縫扇形塊，可以有效降低胎圈氣泡的缺陷率 。

本工作重點(diǎn)從輪胎圈部結(jié)構(gòu)對胎圈氣泡的影響進(jìn)行了分析，通過對輪胎圈部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整來降低全鋼無內(nèi)胎子午線輪胎胎圈氣泡的發(fā)生率。

1 胎圈氣泡的形式及產(chǎn)生的原因分析

1.1 成品胎胎圈氣泡的形式

全鋼無內(nèi)胎子午線輪胎成品胎胎圈氣泡多發(fā)于胎踵至胎趾之間的中部或靠近胎趾位置，如圖1及圖2所示，位于輪胎的單側(cè)或兩側(cè)，數(shù)量單個(gè)或多個(gè)。

圖1 胎圈氣泡示意圖1

圖2 胎圈氣泡示意圖2

1.2 胎圈氣泡產(chǎn)生的原因分析

成品胎發(fā)生胎圈氣泡，多為胎胚胎圈位置存有氣泡導(dǎo)致，減少胎胚胎圈位置的氣泡應(yīng)可降低成品胎胎圈氣泡的發(fā)生率，故對胎胚胎圈氣泡產(chǎn)生的原因開展了分析。胎胚胎圈氣泡產(chǎn)生的原因有很多，原材料、配方、部件黏性、部件的尺寸、成型滾壓、扇形塊結(jié)構(gòu)、成型膠囊、員工操作習(xí)慣等[4～7]均會(huì)對胎圈氣泡產(chǎn)生一定的影響，本工作重點(diǎn)從輪胎圈部結(jié)構(gòu)對胎圈氣泡的影響進(jìn)行了分析。

胎胚胎圈氣泡與成品胎類似，位于胎胚的單側(cè)或兩側(cè)，數(shù)量單個(gè)或多個(gè)，但位置并未集中在胎踵與胎趾之間的中部或靠近胎趾位置，此是因?yàn)槿撟游缇€輪胎的胎胚在硫化時(shí)胎圈部位的膠料會(huì)向胎趾處流動(dòng)，且流動(dòng)性較大，導(dǎo)致胎胚胎圈部位置的氣泡位置發(fā)生變化，在模具上有排氣線及排氣孔，硫化時(shí)部分氣體也會(huì)隨著排氣線或排氣孔排出，另外硫化后將有部分氣泡分散在膠料中[8]。

根據(jù)圈部結(jié)構(gòu)的不同，胎胚胎圈氣泡發(fā)生的位置有所不同，改善前圈部結(jié)構(gòu)平鋪示意圖如圖3所示。

圖3 改善前圈部結(jié)構(gòu)平鋪示意圖

1.2.1 氣密層、過渡層、胎側(cè)耐磨膠間氣泡

如改善前圈部結(jié)構(gòu)平鋪示意圖圖3所示，內(nèi)襯層（氣密層與過渡層的復(fù)合件）與胎側(cè)耐磨膠之間形成一個(gè)三角區(qū)，成型時(shí)經(jīng)過貼合、滾壓將氣體封閉在三角區(qū)內(nèi)，成型扇形塊撐起鎖緊時(shí)氣體不易排出，形成氣密層、過渡層、耐磨膠間的氣泡，多數(shù)位于胎胚圈部的中部，如圖4所示。

圖4 氣密層、過渡層、胎側(cè)耐磨膠間氣泡示意圖

1.2.2 內(nèi)襯層端點(diǎn)氣泡

如改善前圈部結(jié)構(gòu)平鋪示意圖所示，內(nèi)襯層部件的過渡層端點(diǎn)與六角形鋼絲圈外端點(diǎn)距離基本相等，在成型扇形塊撐起鎖緊、反包時(shí)，過渡層外端點(diǎn)落在六角形鋼絲圈左下的斜邊處，在該處反包時(shí)無法獲得較大的壓力，該端點(diǎn)的氣體不易排出，形成內(nèi)襯層端點(diǎn)處的氣泡，多數(shù)位于胎胚圈部的外側(cè)，如圖5所示。

圖5 內(nèi)襯層端點(diǎn)氣泡示意圖

1.2.3 內(nèi)襯層膠片端點(diǎn)處氣泡

如改善前圈部結(jié)構(gòu)平鋪示意圖所示，內(nèi)襯層膠片外端點(diǎn)落在六角形鋼絲圈右下的斜邊處，與內(nèi)襯層端點(diǎn)氣泡發(fā)生原因相同，在該處反包時(shí)同樣無法獲得較大的壓力，該端點(diǎn)的氣體不易排出，形成內(nèi)襯層膠片端點(diǎn)處的氣泡，多數(shù)位于胎胚圈部的內(nèi)側(cè)，如圖6所示。

圖6 內(nèi)襯層膠片端點(diǎn)氣泡示意圖

1.2.4 胎側(cè)膠片端點(diǎn)與內(nèi)襯層端點(diǎn)處氣泡

如改善前圈部結(jié)構(gòu)平鋪示意圖所示，胎側(cè)膠片內(nèi)端點(diǎn)與內(nèi)襯層外端點(diǎn)距離較近，與鋼絲包布之間形成一個(gè)幾乎封閉的空間，導(dǎo)致該端點(diǎn)處的氣體不易排出，形成胎側(cè)膠片內(nèi)端點(diǎn)與內(nèi)襯層外端點(diǎn)處的氣泡，多數(shù)位于胎胚圈部的外側(cè)，如圖7所示。

圖7 胎側(cè)膠片端點(diǎn)與內(nèi)襯層端點(diǎn)處氣泡示意圖

2 胎圈氣泡的改進(jìn)

針對輪胎圈部結(jié)構(gòu)引起胎圈氣泡形成的起因，制定了相應(yīng)的改善方案，通過對圈部結(jié)構(gòu)的調(diào)整來降低胎圈氣泡的發(fā)生率，改善后的圈部結(jié)構(gòu)平鋪示意圖如圖8所示，其中：

圖8 改善后圈部結(jié)構(gòu)平鋪示意圖

（1）調(diào)整過渡層及氣密層寬度，使氣密層寬度大于過渡層寬度，消除子口耐磨膠與氣密層、過渡層之間的三角膠區(qū)，使得鋼絲子口包布、內(nèi)襯層、過渡層之間形成一個(gè)相對開放的空間，在成型扇形塊撐起鎖緊時(shí)利于氣體的排出。

（2）調(diào)整內(nèi)襯層寬度，使氣密層與過渡層的外端點(diǎn)均落于鋼絲圈底部的平臺范圍內(nèi)，這樣可以利用扇形塊撐起時(shí)的壓力，將氣密層與過渡層的端點(diǎn)緊緊壓在鋼絲包布之上，同時(shí)也利于將氣泡排出。另外也可以將內(nèi)襯層部件的兩個(gè)端點(diǎn)（過渡層端點(diǎn)、氣密層端點(diǎn)）延伸至鋼絲圈外端點(diǎn)之外，但這樣會(huì)導(dǎo)致成本的增加。

（3）將內(nèi)襯層膠片的外端點(diǎn)至六角形鋼絲圈內(nèi)端點(diǎn)距離加大（＞10 mm），在成型扇形塊撐起鎖緊時(shí)，內(nèi)襯層膠片外端點(diǎn)避開六角形鋼絲圈左下的斜邊，可以減少該處窩氣的產(chǎn)生。

（4）將胎側(cè)膠片內(nèi)端點(diǎn)與內(nèi)襯層外端點(diǎn)之間距離加大（＞15 mm），增大端點(diǎn)間的距離有利于端點(diǎn)間氣體的排出。

（5）胎側(cè)耐磨膠的邊部由直線連接形式改成圓弧連接形式（如圖8耐磨膠邊部所示），對于內(nèi)襯層膠片端點(diǎn)氣泡的減少也起到重要的作用，因?yàn)閳A弧較直線來說，可以起到更好的過渡，使得胎圈內(nèi)側(cè)材料分布更為合理。

通過以上改善，胎胚胎圈處基本無氣泡，改善后的胎胚圈部材料分布更加均勻，外觀光滑，基本無氣泡，減少了人工刺扎，如圖9所示。改善后成品胎的胎圈氣泡發(fā)生率大幅下降，由2.0%降為0.1%，改善效果明顯。

圖9 改善后的胎胚圈部示意圖

3 結(jié)論

（1）調(diào)整內(nèi)襯層部件的過渡層及氣密層寬度，使氣密層寬度大于過渡層寬度，使得鋼絲子口包布、內(nèi)襯層、過渡層之間形成一個(gè)相對開放的空間，可以減少胎圈氣泡的產(chǎn)生。

（2）將內(nèi)襯層部件的氣密層與過渡層端點(diǎn)均置于六角形鋼絲圈底部的平臺范圍內(nèi)，利用扇形塊撐起時(shí)的壓力，將氣密層與過渡層端點(diǎn)緊緊壓在鋼絲包布之上，可以減少胎圈氣泡的產(chǎn)生。

（3）通過內(nèi)襯層膠片、胎側(cè)膠片位置的調(diào)整優(yōu)化，可以減少胎圈氣泡的產(chǎn)生。

（4）胎側(cè)耐磨膠的邊部采用圓弧形式，可以減少胎圈氣泡的產(chǎn)生。