轮胎-硫化罐变温变压硫化工艺01

1、双星轮胎双星轮胎Double Star Tire硫化罐变温变压硫化工艺硫化罐变温变压硫化工艺 使用北京橡胶工业研究设计院生产的ZLW-16型智能硫化测温仪对高压硫化罐硫化的9.00-20 16PR 12.00-20 18PR四种规格的轮胎进行正常硫化条件工艺和变温变压硫化条件工艺进行大量测温。测温结果表明，硫化罐使用变温变压硫化工艺可以硫化斜交胎，与正常硫化工艺硫化的外胎其最低硫化程度部位的硫化程度无明显差别，硫化程度满足配方硫化体系的正硫化要求，同时可进一步降低胎侧和胎冠内外层等帘布层等受热部位较高的硫化程度；使各部位的硫化程度趋于一致，在保证变温变压结束时子口部位的硫化程度超过胶料的起泡点

2、的前题下，充分利用后硫化效应继续补充硫化，经机床耐久和轮胎实际里程实验试验，轮胎的耐久性能大幅度提高，肩部升热明显降低，实际里程的耐磨程度有很大提高。 双星轮胎双星轮胎Double Star Tire关键词：变温变压硫化变温变压硫化 硫化测温硫化测温 活化能活化能 起泡点起泡点 等效硫化时间等效硫化时间 q变温变压硫化工艺是指正硫化阶段硫化到一定的时间后，关闭外压蒸汽，不打开外排和外冷，实行外温自然冷却，同时关闭内压二次水，打开冷水进水阀门，不打开冷水回阀门，使内压的压力保持硫化所需的压力，利用余热继续硫化，这样即可达到提高能源的利用效率，又把冠部的硫化程度降了下来，其基本原理就是利用橡胶传热

3、具有滞后的特性，依靠由于随轮胎各部位尺寸不同造成的内部积聚的热能的不同产生合理的分配，使轮胎各部位的硫化程度分布更趋向于平衡。制定好的硫化时间、温度是使轮胎中的橡胶达到最佳交联程度，提高轮胎质量的关键，同时又可提高硫化效率，节约能源，使能源得到合理充分的利用。我们知道，硫化的三要素是温度、压力和时间，三者是相互制约的，双星轮胎双星轮胎Double Star Tire特别是温度和时间，温度高硫化时间短，温度低硫化时间长，硫化的特别是温度和时间，温度高硫化时间短，温度低硫化时间长，硫化的压力是使胶料充满模型，保持胶料的致密程度，防止胶料起泡和提高压力是使胶料充满模型，保持胶料的致密程度，防止胶料起

4、泡和提高胶料与织物的粘合力，但是随着硫化的进行，胶料升温软化，胶料的胶料与织物的粘合力，但是随着硫化的进行，胶料升温软化，胶料的粘度将下降，胶料易于流动并充满模型和渗透到织物内，当胶料充满粘度将下降，胶料易于流动并充满模型和渗透到织物内，当胶料充满模型和完全渗透到织物内，胶料将不再继续流动，这时的硫化压力是模型和完全渗透到织物内，胶料将不再继续流动，这时的硫化压力是起保证胶料致密程度和防止胶料起泡的作用，随着硫化的继续进行，起保证胶料致密程度和防止胶料起泡的作用，随着硫化的继续进行，胶料开始发生交联，当交联到一定程度后，胶料丧失流动能力，同时胶料开始发生交联，当交联到一定程度后，胶料丧失流动能

5、力，同时已交联的化学键足够抵御胶料中的低挥发物和水分的饱和蒸汽压力，已交联的化学键足够抵御胶料中的低挥发物和水分的饱和蒸汽压力，也就是胶料的起泡点，当胶料硫化程度超过起泡点时间后，即使没有也就是胶料的起泡点，当胶料硫化程度超过起泡点时间后，即使没有硫化的压力存在，胶料的致密程度也能得到保证，这时的硫化压力只硫化的压力存在，胶料的致密程度也能得到保证，这时的硫化压力只是防止帘线收缩和保证没有外观缺陷的作用，因此不必需要很高的压是防止帘线收缩和保证没有外观缺陷的作用，因此不必需要很高的压力，冷却水的进水压力（力，冷却水的进水压力（2.22.22.4Mpa2.4Mpa）足已满足我们的技术要求，这）足

6、已满足我们的技术要求，这就是我们实施变温变压的理论基础。就是我们实施变温变压的理论基础。 双星轮胎双星轮胎Double Star Tire1、实验： 1.11.1测温仪器测温仪器qZLW-16型智能硫化测温仪，北京橡胶工业研究设计院生产，该机有与微机连接的接口，数据采集软件是我们自行开发，数据采集方法灵活，数据采集时间可在测温过程中随时调整，数据即采即存，避免了断电数据丢失的顾虑。qE型测温热电偶补偿导线，线径0.40mm，外覆聚四氟乙烯，耐250高温，江苏杰创仪表公司生产；热电偶补偿导线进厂时连同测温仪仪器用一级标准温度计用油浴标定。qMDR2000流变仪，美国ALPHA公司产品。 双星轮胎

7、双星轮胎Double Star Tire1.2 测温部位的选取与成型 测温部位的选取非常关键，它的测试结果直接指导对硫化程度的判定和硫化工艺的调整，因此在选起测温点时必须要有代表性。因为轮胎是复杂的几何制品，传热的方式也是多维传热，因此关键部位、温度场梯度最低部位必须多埋线，以消除几何结构、花纹的变化带来测试结果的变化，使测试结果更具有真实性，保证其温度最低部位的硫化程度达到最佳状态，因此测温部位多埋在肩部和子口区。 按照既定的埋线部位，在成型机上进行边成型边埋线，埋线时热电偶补偿导线要在轮胎内部打弯并涂上少许滑石粉，并在所经之处用粘合胶片以不同距离予以固定，以免在轮胎定型时被拉断，成型时热电

8、偶探头要平行于测温子口和花纹方向，否则也可带来测试结果的正误差，影响测量结果的准确程度。埋线结束后，所有电偶补偿导线集中起来在子口区域引出，用万用表对逐个热电偶补偿导线进行检查，如果发现有断线的部位，要尽可能采取补救措施。 双星轮胎双星轮胎Double Star Tire热电偶的分布位置如下热电偶的分布位置如下 1#导线下模子口内三角胶中心2#导线下模子口双钢圈之间3#导线下模子口外三角胶中心 4#导线上模子口内三角胶中心5#导线上模子口双钢圈之间6#导线上模子口外三角胶中心7#、8、9导线下模肩部缓冲与下层之间10#导线冠中缓冲层与胎面下层之间11#导线冠中水胎与油皮之间双星轮胎双星轮胎Do

9、uble Star Tire1.3硫化工艺条件下面是测温实验不同工艺和不同规格硫化工艺条件下面是测温实验不同工艺和不同规格硫化工艺条件 9.00-20-16PR变温变压硫化内压,min 外压,min打内压 10 闭汽 10升温 15 升温 15正硫化 45 正硫化 45换冷却水 15 关闭外蒸汽 15冷却水循环25 外冷却 25合计 110 合计 110 9.00-20-16PR正常硫化 内压,min 外压,min 打内压 10 闭汽 10升温 15 升温 15正硫化 60 正硫化 60冷却水循环25 外冷却 25合计 110 合计 110双星轮胎双星轮胎Double Star Tire 11

10、.00-20-18PR变温变压硫化内压,min 外压,min打内压 15 闭汽 15升温 20 升温 20正硫化 60 正硫化 60换冷却水 25 关闭外蒸汽25冷却水循环25 外冷却 25合计 145 合计 145 11.00-20-18PR正常硫化 内压,min 外压,min 打内压 15 闭汽 15 升温 20 升温 20 正硫化 80 正硫化 80 冷却水循环30 外冷却 30 合计 145 合计 145双星轮胎双星轮胎Double Star Tire12.00-20-18PR变温变压硫化内压，min 外压，min打内压 15 闭汽 15升温 20 升温 20正硫化 50 正硫化 50

11、换冷却水 15 关闭外蒸汽 15冷却水循环35 外冷却 35合计 135 合计 135 12.00-20-18PR正常硫化 内压min 外压min 打内压 15 闭汽 15 升温 20 升温 20 正硫化 65 正硫化 65 冷却水循环35 外冷却 35 合计 135 合计 135双星轮胎双星轮胎Double Star Tire1.4 1.4 测温与数据采集测温与数据采集 按上面的现硫化工艺条件和变温变压硫化工艺条件在计算机上设定测温总时间、温度采集时间间隔，一般来讲硫化罐硫化时间间隔设定为1min采集一次，时间间隔设定过长可影响计算等效硫化时间的结果。待硫化开始时按下运行键，计算机按设定程序

12、自动采集，时时自动存储，屏幕上显示不同部位、不同时间的温度数值。1.5 等效硫化时间计算 因为等效硫化时间的计算需要胶料反应的活化能这个参数，胶料反应的活化能与流变仪测试数据T90有一定的数学逻辑关系： 即符合阿累尼乌斯方程式：双星轮胎双星轮胎Double Star TireK=AeK=AeE/RTE/RT (1) (1)两边取自然对数，则可得两边取自然对数，则可得lnK=lnAlnK=lnA-E/RT (2)-E/RT (2)硫化反应速度常数硫化反应速度常数K K，可用最适宜硫化时间，可用最适宜硫化时间T T9090的倒数予以表征，如果的倒数予以表征，如果将其代替式（将其代替式（2 2）中的

13、）中的K K值，则可有值，则可有lnTlnT9090=lnA+E=lnA+E/RT (3)/RT (3)显然（显然（3 3）可以看作是一简单的直线方程式。）可以看作是一简单的直线方程式。可利用最小二乘法原理，测试不同温度下的流变仪可利用最小二乘法原理，测试不同温度下的流变仪T T9090进行线性回归，进行线性回归，求得线性方程，方程的斜率乘以气体常数求得线性方程，方程的斜率乘以气体常数R R即得胶料得反应活化能。即得胶料得反应活化能。实际工作中可以利用实际工作中可以利用MDR2000MDR2000流变仪测试测温部位所用胶料在不同温度流变仪测试测温部位所用胶料在不同温度下的下的T T9090，流

14、变仪测试温度选取原则为测温实际温度范围内的温度，这，流变仪测试温度选取原则为测温实际温度范围内的温度，这里取里取125125、135135、145145三个温度，因为不同区段的温度胶料反应的三个温度，因为不同区段的温度胶料反应的活化能是有变化的，同时要求流变仪测试的胶料要取经过工艺过程之活化能是有变化的，同时要求流变仪测试的胶料要取经过工艺过程之后的。后的。 双星轮胎双星轮胎Double Star Tire表1.不同温度下胶料的活化能 胶料 不同温度下的T90（min）活化能KJ/mol 125 135 145胎面胶80.06 39.11 19.52 97.7下层胶56.24 26.90 13

15、.96 96.5内层胶33.46 17.52 9.86 84.6外层胶39.75 21.56 11.37 86.6缓冲胶48.92 23.53 12.63 93.8钢丝胶68.42 33.34 16.72 97.5三角胶57.19 27.82 13.89 97.9双星轮胎双星轮胎Double Star Tire2.2 胶料反应起泡点测试利用利用MDR2000MDR2000流变仪对测温部位所用胶料的起泡点进行测试流变仪对测温部位所用胶料的起泡点进行测试表2.不同胶料的起泡点胶料 起泡点（min）145胎面胶8.43下层胶6.36内层胶4.87外层胶4.87缓冲胶6.02钢丝胶4.79三角胶6.4

16、1双星轮胎双星轮胎Double Star Tire应用这一原理在实际轮胎硫化过程中，温度最低受热部位的等效硫化时间一旦超过该部位胶料的起泡点后，可以开始冷却水循环，充分利用橡胶传热具有滞后性的特点，利用后硫化效应对没有达到最佳硫化状态的轮胎加以补充硫化，使能源利用达到最佳化。2.3等效硫化时间计算与等效硫化时间结果2.3.1等效硫化时间的计算：S=S=0 0t te eE/R(1/T0-1/T)E/R(1/T0-1/T)dtdt公式的推导过程略。公式的推导过程略。其中其中: :S S等效等效145145下的等效硫化时间下的等效硫化时间T T0 0为基准硫化温度；即半成品硫化温度，这里取为基准硫

17、化温度；即半成品硫化温度，这里取418.15K418.15K，转换成，转换成绝对温度绝对温度T T，二者的关系为，二者的关系为T T0 0t0+273.15;t0=145t0+273.15;t0=145T T测试实验的绝对温度，测试实验的绝对温度，K K；变量；变量T Tt+273.15t+273.15双星轮胎双星轮胎Double Star Tire利用自编等效硫化时间计算程序对上述利用自编等效硫化时间计算程序对上述1111个部位的温度曲线进行计个部位的温度曲线进行计算，输入测温线号、测温时间间隔、测温时间和胶料反应的活化能，算，输入测温线号、测温时间间隔、测温时间和胶料反应的活化能，程序可自

18、动调用该部位温度数值，计算出关键时间段等效硫化时间，程序可自动调用该部位温度数值，计算出关键时间段等效硫化时间，并判断出硫化程度。并判断出硫化程度。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire2.3.2各规格不同硫化工艺等效硫化时间结果表3.正常硫化D9.00-20-16PR等效145硫化时间部位 胶料变温结束时等效时间整体等效时间1三角胶9.226.52内层胶15.634.63三角胶15.433.44三角胶9.324.55内层胶13.528.36三角胶14.327.17下层胶29.041.4缓冲胶29.341.98下层胶33.245.1缓冲胶33.445.4双星轮胎双星轮胎Double

19、Star Tire表4.变温硫化D9.00-20-16PR等效145硫化时间部位 胶料变温结束时等效时间整体等效时间1三角胶8.323.82内层胶7.222.33三角胶11.7 28.14三角胶 11.529.35内层胶 9.927.16三角胶15.734.07下层胶24.335.6缓冲胶24.736.28下层胶28.741.1缓冲胶29.041.6双星轮胎双星轮胎Double Star Tire表5.正常工艺硫化F11.00-20-18PR等效145硫化时间 部位 胶料变温结束时等效时间整体等效时间1三角胶8.626.92内层胶8.030.43三角胶13.032.44三角胶15.543.15

20、内层胶14.842.66三角胶19.947.17下层胶34.551.2缓冲胶35.052.08下层胶45.059.7缓冲胶45.460.3双星轮胎双星轮胎Double Star Tire表6.变温工艺硫化F11.002016PR等效145硫化时间 部位 胶料变温结束时等效时间整体等效时间1三角胶17.038.12内层胶16.437.53三角胶20.341.04三角胶8.121.15内层胶6.719.16三角胶12.627.57下层胶34.750.3缓冲胶35.351.08下层胶36.553.3缓冲胶37.053.9双星轮胎双星轮胎Double Star Tire表表7.7.硫化结束时各次试验子

21、口部位的实际温度硫化结束时各次试验子口部位的实际温度部位1234569.002016正常工艺硫化138.5138.1136.7133.3130.8126.79.002016变温变压硫化137.1135.1137.2138.4137.6137.911.002016正常工艺硫化138.9140.6136.8142.4142.5139.011.002016变温变压硫化 141.1141.6141.1138.1137.6137.6双星轮胎双星轮胎Double Star Tire从试验结果上看，子口区域部位在保压硫化结束时其等效硫化时间均超从试验结果上看，子口区域部位在保压硫化结束时其等效硫化时间均超过

22、胶料的起泡点，等效硫化时间与正常硫化工艺的等效硫化时间差过胶料的起泡点，等效硫化时间与正常硫化工艺的等效硫化时间差1.51.52.02.0分钟左右，肩部部位等效时间差分钟左右，肩部部位等效时间差4 4分钟左右，也就是说，变温变压硫分钟左右，也就是说，变温变压硫化工艺对子口部位程度影响小，对肩部的硫化程度大；在整个硫化周期化工艺对子口部位程度影响小，对肩部的硫化程度大；在整个硫化周期的反映情况也是遵循同样的规律，不管是正常硫化还是变温变压硫化，的反映情况也是遵循同样的规律，不管是正常硫化还是变温变压硫化，肩部及冠部的等效硫化时间都远远大于该部位胶料的肩部及冠部的等效硫化时间都远远大于该部位胶料的

23、T T9090，而子口部位最，而子口部位最终的等效硫化时间也比该部位所在胶料的终的等效硫化时间也比该部位所在胶料的T T9090大许多，无欠硫之忧。而且大许多，无欠硫之忧。而且在整个硫化周期结束时，无论是正常硫化还是变温变压硫化，子口部位在整个硫化周期结束时，无论是正常硫化还是变温变压硫化，子口部位的温度都在的温度都在126126142142以上，硫化交联反应还很大，所以子口部位的实以上，硫化交联反应还很大，所以子口部位的实际硫化程度要比计算的大际硫化程度要比计算的大3 38 8分钟左右。分钟左右。其中表其中表3 36 6没有列出没有列出9 91111号的等效硫化时间，因为这些部位无论是正常号

24、的等效硫化时间，因为这些部位无论是正常硫化工艺还是变温变压硫化工艺，其等效硫化时间均较大，这些部位的硫化工艺还是变温变压硫化工艺，其等效硫化时间均较大，这些部位的硫化程度不必担心。同时硫化程度不必担心。同时D12.00-20-18PRD12.00-20-18PR的等效硫化时间没有列出。的等效硫化时间没有列出。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire2.4室内成品试验结果依据本公司内控外胎成品试验方法检测，机床耐久试验结果如下：变温变压硫化D9.00-20-16PR轮胎累计行驶时间为93小时45分钟，肩空、内胎破。变温变压硫化D12.00-20-18PR轮胎累计行驶时间为92小时5分钟，肩空。正常工艺硫化D12.00-20-18PR轮胎累计行驶时间为87小时35分钟，肩空。机床试验结果令人满意，远远大于国家标准，同时做了对比12.00-20-18PR实验，变温变压工艺的耐久较正常工艺耐久高出4小时30分钟，损坏肩空时各部位的温度也比正常工艺硫化的轮胎表面温度低，室内试验取得成功。双星轮胎