氮气硫化工艺在半钢子午线轮胎生产中的应用

１～６— 关键测温点 。
图 １ 关键测温点分布
３ ． １ ． ３ 试验内容 ３ ． １ ． ３ ． １ 氮气硫 化 工 艺 上 下 模 温 差 对 比 及 优 化 试验 通过埋线测温 的 方 法 ， 对中心机构改造前后 胶囊上下模表面温度进行分析 。 ３ ． １ ． ３ ． ２ 氮气硫化工艺优化对比试验 轮胎装模→定型→蒸汽 氮气 硫 化 工 艺 Ａ： ） 进（ １． ４～１． ８ ＭＰ ａ →蒸汽排凝→蒸汽进→氮气 ） 进 → 氮气排凝 → 正 硫 化 （ ２． ０～３． ０ ＭＰ ａ →硫化 结束 。 在氮气硫化工艺 Ａ 的基 氮气硫化工艺 Ｂ： 础 上 优 化 氮 气 排 凝 步 序， 并缩短氮气排凝时间 ／ ２ ５。 ３ ． ２ 结果与讨论 ３ ． ２ ． １ 氮 气 硫 化 工 艺 上 下 模 温 差 对 比 及 优 化 试验 采用热电偶埋线测温的方法确定胶囊上下模 表面的温 差 。 改 进 前 胶 囊 上 下 模 表 面 的 温 度 －时 （ ） （ ） 所示 。 从图 ２ 可以看出 ， 在硫 间曲线如图 ２ ａ ａ 化初期 ， 胶囊上下模 表 面 的 温 差 高 达 ２ 硫化 ０ ℃， 中后期温差在逐 渐 减 小 ， 这是由于橡胶是热的不 良导体 ， 随着时间 延 长 模 具 侧 板 热 量 传 到 胎 里 的 缘故 。 为解决胶囊上 下 模 的 温 差 问 题 ， 通过改变设 直接喷射蒸汽和氮气 ， 就有可能将胶 备喷嘴设计 ，
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过热水硫化一 般 采 用 饱 和 蒸 汽 定 型 ， 定型时 会出现定型压力 不 稳 定 ， 表现为定型压力表指针 不停地左右摆动 。 这是由于在充入饱和蒸汽时胶 囊内的温度相对 较 低 ， 导致饱和蒸汽由气体转变 为液体 。 １ ． ２ 硫化步序 氮气硫化工艺是将 １． ４～１． ８ ＭＰ ａ饱 和 蒸 汽 先充入胶囊使其 升 温 后 ， 再向胶囊充入高压力的 高纯度氮气进行 保 压 ， 以达到高温高压的硫化条 件 。 过热水硫化 则 通 过 过 热 水 循 环 ， 达到高温高 压的目的 。 两者存在本质的区别 。 饱和蒸汽为氮 气硫化提供 热 源 ， ２． ０～３． ０ ＭＰ ａ高 压 氮 气 提 供 内压 。 过热水硫 化 的 内 温 和 内 压 皆 来 自 过 热 水 ， 但过热水内温为 １ 温 度 相 对 较 低， 硫 ７ ８～１ ８ ５ ℃， 化速度慢 。 氮气硫 化 步 序 ： １． ４～１． ８ ＭＰ ａ的饱和蒸汽 ） 、 ） 、 饱和蒸汽进 （ 进并排凝 （ ０． ５～２ｍ ｉ ｎ ３～５ ｍ ｉ ｎ 时间取决于轮胎规格） 及 ２． ０～３． ０ ＭＰ ａ氮 气 进 （ 关闭 所 有 阀 门 ， 看 内 压 有 无 下 降， 判断 泄漏检查 （ 、 ） 。 有无阀门泄漏 ） 回收及总排 （ ０． ５～１ｍ ｉ ｎ （ 过热水硫化 步 序 ： １． ０±０． ２）ＭＰ ａ饱和蒸 ） 、 （ 汽进 （ 约 １～２ｍ ｉ ｎ ２． ５±０． １）ＭＰ ａ过 热 水 进 （ ） 、 、 过热水循环 （ 时间取决于轮胎规格 ） 热水 １ｍ ｉ ｎ ） 。 回收及总排 （ ２～３ｍ ｉ ｎ １ ． ２ ． １ 硫化介质 氮气硫化以 饱 和 蒸 汽 和 氮 气 作 为 硫 化 介 质 。 饱和蒸汽用来提 供 内 温 ， 硫化时饱和蒸汽处于密 封状态不再 循 环 。 随 着 硫 化 的 进 行 ， 整个过程的
硫化是橡胶的线型大分子链发生交联形成网 状结构的过程 ， 是轮胎制造的重要工序也是最后 直接影响到成品轮胎的质量 。 目前 ， 国 一道工序 ， 内半钢子午线轮胎生产企业采用的硫化方式有过 热水硫化和 氮 气 硫 化 。 随 着 自 然 资 源 的 紧 缺 ， 氮 气硫化越来 越 受 到 轮 胎 企 业 的 青 睐 。 据 介 绍
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氮气硫化工艺在半钢子午线轮胎生产中的应用
高 勇， 王茂英 ， 张 皓
（ ） 赛轮股份有限公司 ， 山东 青 ２ ６ ６ ５ ０ ０
对氮气硫化工艺和过热水硫化工艺在半钢子午线轮胎生产中的应用进行对比 ， 并对氮气硫化工艺中出现的 摘要 ： 通过对中心机构喷嘴和喷射角度的调整 ， 硫化 胶 囊 上 下 模 温 差 基 本 控 制 在 ５ ℃ 以 内 ； 通过 问题进行研究 。 结果表明 ： ／ 对氮气排凝工艺的优化 ， 缩短氮气排凝时间 ２ 并使单胎耗氮量降低 １ ５， ０％ 。 半钢子午线轮胎 ； 氮气硫化 ； 过热水硫化 ； 温度 ； 工艺优化 关键词 ： （ ） ＴＱ ４ ６ ３． ３ ４ １＋ ． ６； ＴＱ ３ ３ ０． ６＋７ 文献标志码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ６ ８ １ ７ １ ２ ０ １ ２ ０ ２ ０ １ ０ ７ ０ ４ 中图分类号 ： － － －
２］ 。 调整中心机构喷 囊下胎侧部位的冷凝水移去 ［
３ ． ２ ． ２ 氮气硫化工艺优化对比试验 采用氮气硫化 工 艺 后 ， 通过一段时间对耗氮 量的统计发现 ， 单胎耗氮量偏大 。 为了节能降耗 ， 进一步控制生产成本 ， 并建立自己的技术优势 ， 对 氮气排凝时间进 行 了 优 化 ， 不仅保证胶囊的上下 模温差控制在工 艺 范 围 内 ， 而且还降低了轮胎的 单胎能耗 。 Ａ 和Ｂ两种硫化工艺胶囊上下模表面的温 度 －时间曲线如图 ３ 所示 。 图３ 中 第 Ⅰ 区 域 是 通 入 蒸 汽 时 间， 两种工艺 相比 ， 温度无明显差异 ， 这是由于在蒸汽进时工艺 Ａ 与工艺 Ｂ 是相同的 。 图３ 中 第 Ⅱ 区 域 是 轮 胎 的 正 硫 化 时 间， 在正 硫化过程中 ， 工艺 Ｂ 比 工 艺 Ａ 的 温 度 整 体 偏 高 ， 且胶囊上下模的 温 差 几 乎 是 一 致 的 ， 这是由于原
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点埋线测温 ， 实际 测 温 点 分 布 在 轮 胎 的 同 一 断 面 上， 并呈对 称 分 布 。 关 键 埋 线 测 温 点 分 布 如 图 １ 所示 。
并在胶囊内循环 ， 降低胶囊上下 面的冷凝水吹起 ， 模表面的温差 。 调整后胶囊上下模最大温差控制 在５ ℃， 喷嘴改造后胶囊上下模表面的温度 －时间 （ ） 所示 。 曲线如图 ２ ｂ
，
／ 国外主要轮胎企业已有 ３ ４ 的轿车轮胎和轻型载 ／ 重轮 胎 及 １ ４的载重轮胎以氮气为主要硫化 介质 。 本工作首先对我公司过热水硫化工艺转为氮 气硫化工艺进行 前 后 比 较 ， 解决采用氮气硫化工 并为达到节能降耗 ， 控制生产成 艺后出现的问题 ， 本， 提升公司技术优势的目的 ， 对氮气硫化工艺进 行进一步优化 。 １ 氮气硫化工艺与过热水硫化工艺比较 １ ． １ 定型介质 硫化合模前在已装胎坯的胶囊内充入低压气 体对 胎 坯 定 型 。 定 型 的 目 的 为 ： ①利于胶囊在胎 防止胎里窝气 ； 坯内充分舒展 ， ② 使胎坯的外缘形 状进一步接近模 型 的 内 缘 曲 线 ； ③胎坯端正地着 落在下钢圈上 ， 提高轮胎的均匀性 。 氮气硫化采用 低 压 氮 气 定 型 ， 定型过程中低 压氮气不存在气体与液体的转化 ， 定型压力稳定 ， 可提高轮胎的均匀性 。
， 高勇 （ 男， 山 东 菏 泽 人， 赛轮股份有限公 １ ９ ８ ５—） 作者简介 ： 学士 ， 主要从事半钢子午线轮胎硫化技术研究与 司助理工程师 ， 工艺管理工作 。
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轮 胎 工 业 ２ ０ １ ２ 年第 ３ ２卷
温度是递减的 ， 递减程度取决于轮胎硫化时间和 氮气泄露情 况 。 氮 气 是 用 来 提 供 硫 化 内 压 的 ， 氮 气是 无 色 、 无味的气体， 泄 漏 后 很 难 发 现， 更有甚 氮气泄漏会带走硫化胶囊内的热量 ， 使硫化内 者， 温急剧下降 ， 导致轮胎欠硫 。 过热水硫化用 饱 和 蒸 汽 来 缓 冲 内 压 ， 防止胶 囊内瞬间压 力 过 大 ， 对 胶 料 流 动 不 利。过 热 水 用 来提供内温和内压 。 由于过热水热焓和给热系数 小， 导 热 率 低， 能源浪费较 大， 且过热水硫化易使 管道结垢和腐蚀 。 １ ． ２ ． ２ 充入饱和蒸汽 氮气硫化与过热水硫化的第一步都充入饱和 蒸汽 ， 但两者 是 不 同 的 。 氮 气 硫 化 在 充 入 饱 和 蒸 汽的同时进 行 排 凝 。 过 热 水 硫 化 只 进 饱 和 蒸 汽 ， 不需排 凝 。 由 于 刚 充 入 饱 和 蒸 汽 时 胶 囊 内 温 度 会产生冷凝水 。 低， 排凝是氮气硫 化 的 关 键 ， 通过排凝可降低胶 囊的上下模温差 。 如何解决胶囊上下模温差问题 已成为氮气硫化 的 焦 点 ， 这也是与过热水硫化的 不同点之一 。 过热水硫化在正硫化时因过热水处 能把冷凝水带走 ， 硫化时不存在胶囊 于循环状态 ， 上下模温差问题 。 １ ． ２ ． ３ 回收及总排 氮气硫化的 回 收 及 总 排 时 间 一 般 在 ３ ０ｓ 左 相对较短 。 这 是 由 于 硫 化 介 质 的 动 力 粘 度 不 右， 同引起的 。 物 质 的 动 力 粘 度 越 低 ， 分子间的内摩 擦越小 ， 相同压力下分子运动速度越快 。 空气 、 饱 和蒸汽和水 ３ 种硫化介质在 １ ５ ０ ℃ 时的动力粘度 。空气中 分别为 ２ ３ ４． ２， １ ４ ４． ０和１ ８ ６ ３． ０Ｐ ａ·ｓ 氮气的体积分数为 ０． 在此 用 空 气 的 动 力 粘 度 ７ ８， 代表氮气的动力粘度 。 空气和饱和蒸汽的动力粘 度远低于水的动力粘度 。 过热水硫化正硫化结束后 ， 要进行热水回收 、 无压 力 排 和 抽 真 空 。 整 个 过 程 至 少 ０． ５ ＭＰ ａ排 、 ， 需要 １ 耗 时 长。氮 气 硫 化 可 节 约 硫 化 时 间， ２ ０ｓ 提高硫化效率 。 １ ． ３ 设备 氮气硫化 采 用 制 氮 系 统 ， 管 路 简 单， 维护方 不像过热水硫化需要除氧加热器、 压 力 泵、 热 便， 水回收装置 、 ０． ５ ＭＰ ａ压 力 罐 、 ０． ３ ＭＰ ａ压 力 罐、 冷却循环装置和水处理装置等 。