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(zé)任公司，山東 棗莊 277800）

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)及物流行業(yè)的快速發(fā)展，輪胎行業(yè)也得到了長(zhǎng)足發(fā)展，特別是全鋼載重子午線輪胎，以其優(yōu)異的使用性能，越來(lái)越受到廣大用戶的青睞，對(duì)其使用要求也越來(lái)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(yīng)力以及保護(hù)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(chǎn)及使用的各個(gè)階段，都存在由于生產(chǎn)工藝問題或使用不當(dāng)造成的鋼絲簾線的質(zhì)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(xiàn)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(duì)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(duì)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(jìn)行分析，并提出相應(yīng)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(xiàn)象主要出現(xiàn)在成型工序，成型鼓定型充氣前鋼絲簾線無(wú)明顯質(zhì)量問題，充氣后則出現(xiàn)起筋現(xiàn)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(dǎo)致鋼絲簾線與膠料之間呈輕微分離狀態(tài)。

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(fēng)險(xiǎn)的胎體簾布各6塊，正常胎體簾布每?jī)蓧K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(fēng)險(xiǎn)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(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，存在起筋風(fēng)險(xiǎn)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?jí)貉庸ば蛑杏绊懱ンw鋼絲簾線起筋現(xiàn)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(guò)多會(huì)導(dǎo)致鋼絲簾線排列密度不均，余膠過(guò)少則會(huì)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(guò)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(zhì)量，簾布表面凸凹不平，上下側(cè)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(dòng)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(dǎo)致起筋現(xiàn)象；（4）成型工序中影響胎體鋼絲簾線起筋現(xiàn)象的主要因素為定型鼓充氣壓力偏高或高壓充氣時(shí)間偏長(zhǎng)，定型后胎里內(nèi)部壓力過(guò)高導(dǎo)致鋼絲簾線過(guò)度拉伸。

圖4 胎體簾布上下側(cè)覆膠厚度不一

1.2 次要原因

胎體簾布?jí)貉庸ば蚱渌绊懸蛩匕ǎ海?）錠子架張力不穩(wěn)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(biāo)，鋼絲簾線與膠料之間的粘合性能差；（4）整經(jīng)輥與壓力輥使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，輥筒磨損嚴(yán)重（如圖5所示）[2]；（5）冷卻過(guò)程操作不當(dāng)，存在簾布驟冷、卷取溫度過(guò)高或冷卻輥結(jié)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(shí)，胎體簾布供料速度與主鼓轉(zhuǎn)速不匹配，導(dǎo)致胎體簾線過(guò)度拉伸；（2）定型鼓縮鼓速度偏慢，導(dǎo)致高壓充氣時(shí)胎體抽出量過(guò)大。

2 解決措施

2.1 膠料配方

優(yōu)化胎體膠配方，分別采用硼?；捄烷g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?；捄托鹿锼徕捔蚧z的性能對(duì)比見表1，添加間苯二酚與間甲樹脂膠料的性能對(duì)比見表2，其中G'是彈性模量，tanδ是損耗因子。

表1 硼?；捙c新癸酸鈷硫化膠的性能對(duì)比

表2 間苯二酚與間甲樹脂膠料的性能對(duì)比

從表1可以看出，與新癸酸鈷硫化膠相比，硼?；捔蚧z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?yàn)榕瘐；挼挠行С煞侄r(jià)鈷離子含量高，反應(yīng)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(zhǎng)，F(xiàn)max較大，初始粘合力和老化后粘合力均有提高，100%定伸應(yīng)力提高；熱空氣老化后100%定伸應(yīng)力和G'提高，生熱略小。這是因?yàn)殚g苯二酚的反應(yīng)溫度低、反應(yīng)活性高，而間甲樹脂是間苯二酚與甲基給予體預(yù)縮聚的產(chǎn)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(guò)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(jìn)行優(yōu)化：（1）通過(guò)控制壓延速度、壓延輥輥筒溫度以及2#與3#輥的間距來(lái)保證簾布厚度以及上下側(cè)覆膠厚度的一致性，四輥壓延過(guò)程如圖6所示；（2）錠子架張力控制均勻、穩(wěn)定，穿絲操作要規(guī)范，控制鋼絲簾線張力為0.12～0.15 MPa；（3）嚴(yán)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(yán)格控制卷取溫度，防止溫度過(guò)高或冷卻輥結(jié)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(jìn)行優(yōu)化：（1）主鼓與胎體貼合時(shí)，調(diào)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(dāng)降低成型充氣時(shí)的充氣高壓和低壓，高壓由（0.40±0.05） MPa調(diào)整為（0.35±0.05） MPa，低壓由（0.12±0.01）MPa調(diào)整為（0.10±0.01） MPa，降低胎里內(nèi)壓，減小胎體的膨脹率；（3）適當(dāng)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(dāng)減小填充膠壓合壓力，由（0.35±0.05） MPa調(diào)整為（0.30±0.05） MPa；（5）成型工序冠部壓合完成后，胎側(cè)反包前，不再拉平寬。

3 改進(jìn)效果

3.1 改進(jìn)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(dǎo)致成型充氣后胎體接頭處鋼絲簾線間距過(guò)大，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)范圍，如圖7所示。

圖7 改進(jìn)前胎體接頭處鋼絲簾線間距過(guò)大

3.1.2 X光測(cè)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(xiàn)為鋼絲簾線軸向突出，采用X光測(cè)試成品輪胎鋼絲簾線排布情況如圖8所示。

圖8 改進(jìn)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(xiàn)與正常輪胎相當(dāng)，中后期易出現(xiàn)肩空現(xiàn)象（見圖9），導(dǎo)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(xiàn)象

3.2 改進(jìn)后

3.2.1 壓延質(zhì)量

通過(guò)優(yōu)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(zhì)量（見圖10）。

3.2.2 覆膠厚度

2#與3#輥之間的輥距調(diào)整后采用0.25+（6+12）×0.225HT鋼絲簾線進(jìn)行壓延試驗(yàn)，在簾布上選取5個(gè)點(diǎn)位測(cè)量上、下側(cè)覆膠厚度，測(cè)量結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，2#與3#輥之間的輥距調(diào)整后簾布上、下側(cè)的覆膠厚度均勻。

3.2.3 X光檢測(cè)

采用X光測(cè)試改進(jìn)后成品輪胎鋼絲簾線排布情況如圖11所示。

圖11 改進(jìn)后鋼絲簾線排布情況

從圖11可以看出，調(diào)整后成品輪胎鋼絲簾線排布較好，無(wú)明顯疏密不均現(xiàn)象。

3.2.4 定型充氣效果

通過(guò)對(duì)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(diào)整，減小了胎里內(nèi)壓力和胎體伸張，改善了中鼓定型后胎體鋼絲簾線起筋現(xiàn)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(yàn)中累計(jì)行駛時(shí)間為83.88 h，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)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(chǎn)約600條12.00R20成品輪胎發(fā)往廣西和浙江地區(qū)進(jìn)行道路試驗(yàn)，截至目前無(wú)不良反饋。

4 結(jié)語(yǔ)

胎體鋼絲簾線起筋是全鋼載重子午線輪胎生產(chǎn)過(guò)程中較常出現(xiàn)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(dǎo)致。通過(guò)調(diào)整膠料配方改善了胎體鋼絲簾線與膠料的粘合性能，通過(guò)調(diào)整壓延和成型工序提升了簾布?jí)貉淤|(zhì)量，改善了胎體鋼絲簾線起筋現(xiàn)象，穩(wěn)定了輪胎質(zhì)量，保證了產(chǎn)品性能。