子午线轮胎设计、制造技术汇总

子午线轮胎设计与制造第一节子午线轮胎结构特点子午线轮胎是由米其林公司首次于1946年发明，其名因结构而得名，胎体材料(帘子线层)呈径向排列，垂直于轮胎行驶方向，类似于径纬线，因此形象的将其称为子午线轮胎。

子午线轮胎胎冠结构和胎体结构是不同的，胎体具有良好的减震、散热、操控等性能；胎冠的结构比较强壮，抗冲击能力、稳定性能等比较好。

目前轿车所用轮胎基本上为子午线轮胎。

由于子午线轮胎具有耐磨、节油、乘坐舒适，牵引性，操作稳定性及高速性能好等优点，使其获得了较快的发展。

目前，国际上子午线轮胎占轮胎市场的80%。

子午线轮胎与普通斜交轮胎相比，具有许多斜交轮胎不具有的优点。

而赋予子午线轮胎性能的根本原因，则在于子午线轮胎与普通斜交轮胎的结构不同。

图示为子午线轮胎的构造。

它由1-胎圈，2-帘布层，3-带束层，4-胎冠；5-胎肩组成，并以带束层箍紧胎体。

其特点是：1. 帘布层帘线排列的方向与轮胎的子午断面一致。

由于帘线如此排列，使其强度得到充分利用。

子午线轮胎的帘布层数一般可比普通斜交胎诚少约40%～50%，胎体较柔软。

2.帘线在圆周方向上只靠橡胶采联系，因此，为了承受行驶时产生的较大切向力，子午线胎具有若干层帘线与子午断面呈大角度(交角为70度～75并)、高强度、不易拉伸的周向环形的类似缓冲层的带束层。

带束层通常采用强，度较高、拉伸变形很小的织物帘布(如玻璃纤维、聚酰胺纤维等高强度材料)或钢丝帘布制造。

子午线轮胎的优点是：1.接地面积大，附着性能好，胎面滑移小，对地面单位压力也小，因而滚动阻力小，使用寿命长。

2.胎冠较厚且有坚硬的带束层，不易刺穿；行驶时变形小，可降低油耗3%～8%。

3.因为帘布层数少，胎侧薄，所以径向弹性大，缓冲性能好，负荷能力较大。

它的缺点是：因胎侧较薄，胎冠较厚，在其与胎侧的过渡区易产生裂口。

侧面变形大，导致汽车的侧向稳定性差，制造技术要求高，成本也高。

由于子午线轮胎明显优越于普通斜交胎，因此在轿车上已普遍采用，在货车上也越来越多地采用了子午线轮胎，如东风EQ1090E型、EQ2080E型、解放CAl091型、黄河JNll82型等载货汽车和越野汽车上的轮胎，均为子午线轮胎。

子午线轮胎制造工艺主要制造工艺分为：生胶塑、混炼，胎面、胎侧制造，胎体、带束层制造，各种型胶部件制造，胎圈制造，外胎成型，外胎硫化，外胎成品的生产检测等。

第二节塑炼和混炼塑炼和混炼是橡胶加工的基本工艺过程。

塑炼是将天然橡胶分子链发生机械和氧化裂解，使天然橡胶失去部分弹性和增加塑性。

混炼是将各类配合剂均匀分散到已具有一定塑性的橡胶类高弹体中，从而制得供产品各胶料部件使用的混炼胶。

本节只对子午线轮胎的加工工艺的特殊要求和其相关设备及机械结构方面做简要的介绍。

1．橡胶塑炼准备天然橡胶的原料、因橡胶树受自然界的气候、地理等各种客观复杂条件的限制，橡胶块品质存在着差异。

为此，天然橡胶块在塑炼前，先将同等级品质的橡胶块加以混合。

橡胶块混合的加工工艺流程是：一块橡胶块经提开到一排辊道上后，滚向一台切胶机一次切割成4-6块小块橡胶，然后依次落入坐落在圆盘式转台上的4-6辆框式小车里。

小车经传动板依次运入橡胶烘房，烘胶的温度夏季为35-40ºC，冬季为65-70 ºC；烘胶的相应时间为8个小时和12个小时。

整个生产过程可以达到完全自动。

橡胶被切成小块并经恒温烘胶，使胶块温度比较一致，塑炼不仅可节省电能，主要可以改善塑炼橡胶的可塑度的批量均一程度。

2. 橡胶塑炼设备天然橡胶的塑炼方法有用开放式炼胶机、螺杆塑炼机、密炼机等三种设备进行。

开放式炼胶机塑炼，劳动生产率低，占地大，不适宜于用胶量大的轮胎工业。

用螺杆塑炼机塑炼，在五十年代比较盛行。

橡胶块先经切胶、破胶后喂入螺杆塑炼机，塑炼后的橡胶可根据需要呈颗粒状或片状，缺点是橡胶的可塑度变化范围受到一定的限制，现在建设新的轮胎工厂，几乎已不再采用这种塑炼工艺了。

现在使用最广的是密炼机的塑炼方式。

橡胶块经皮带称量后直接通过密炼机进料口进入混炼室内进行塑炼，达到给定的功率和时间就自动排胶，在开放式出片机或者辊筒机头螺杆挤出机连续出胶片，然后胶片被喷涂隔离剂、挂片风冷、成片折叠、定重切割、停放待用。

生胶从塑炼到胶片切割的全过程实现机械化、连续化、微机控制。

如密炼机转子速度为60r/min，天然橡胶塑炼容量为195-210公斤，排胶温度为165-170ºC，塑炼时间为4分钟左右。

子午线轮胎的胶料，为获得良好的分散性，不少配合剂在混炼之前，有的做成膏状、有的搅拌分散于微量的类如干燥的白炭黑、碳酸钙中、有的做成母胶等等。

轮胎胶料的生产工艺大部分是两端混炼，钢丝帘线胶料大多是三段混炼。

轮胎工业使用的混炼设备是密炼机系统。

1．混炼周期的控制方法胶料混炼周期有时间、温度和能量消耗-功率积分等控制方法。

单一的时间因素的传统控制方法已属落后而将被淘汰。

一般使用的是以温度控制为主、辅以参考时间的方法。

现在已发展到以混炼能量为主、温度控制为辅的方法了。

混炼能量控制混炼过程方法的优点是可以缩小批量胶料之间的质量差异，提高混炼胶质量的均一性能。

2．胶料的分段混炼轮胎胶料的第一段混炼通常制成含有软化剂的炭黑母胶。

第一段混炼方法有顺序混炼和逆法混炼两种。

顺序混炼工艺就是在密炼机混炼过程中先加生胶后加其它配合剂的加料顺序，通常是生胶+小料+1/2炭黑+软化剂+1/2炭黑——排胶。

逆法混炼工艺就是先加配合剂最后加生胶的加料顺序，如炭黑-软化剂-小料-生胶-排胶，也有把软化剂最后加入的。

制造母胶的第一段混炼采用270立升、60r/min的密炼机，混炼时间为2分钟，排胶温度在165ºC以下。

第二段混炼工艺是母胶+促进剂、硫磺-排胶。

终炼采用270立升、30r/min 的密炼机，混炼时间为2.5分钟。

由于排胶温度可控制在100ºC以下，保证了胶料加工的安全性。

3．钢丝帘线胶料的混炼钢丝帘线胶料的胶质硬、炭黑量多、粘合剂分散性差，一般采用三段混炼方法。

制造炭黑母胶如采用30r/min的密炼机，混炼时间为4.5分钟，排胶温度为145ºC左右。

终炼阶段如加促进剂和硫化剂时，如有不溶性硫磺配合时，则要特别注意混炼室内的胶料温度，其一般控制在90-95ºC之间，最高不得超过100ºC。

终炼采用的是低速密炼机，如270立升密炼机的转子转速，有的选用15r/min，有的选用20r/min，终炼周期为2.5-3分钟。

Banbury公司推荐用较高的38 ºC等水温作密炼机的冷却循环水，能弥补季节性、冷设备开车等温度差异所引起的胶料品质的均一程度。

此外，还有缩短密炼时间、减少耗水量、节省能量等优点。

为了混炼类如钢丝帘线这类硬胶料，密炼机上顶栓对混炼室中胶料的单位压力，选用设备时不要低于550KPa。

在正常情况下，上顶栓应该能上下浮动，浮动距离以50mm左右为佳。

4．混炼胶料的质量检测混炼胶料的质量检测项目主要有可塑度、硬度、比重和硫化仪曲线。

硫化曲线是硫化仪利用转矩量对温度下的胶料之间的变化绘制的曲线，每种胶料配方都有其特定的硫化曲线，用此标准曲线检验每批混炼料的质量情况。

三、密炼机组密炼机是塑炼或混炼橡胶的加工装备。

上辅机组是指粉状、液状、颗粒状等原材料为储存、称量、输送后投入密炼机所需的装置。

下辅机组是指密炼机排出的胶料经出片直到叠片切割等一系列的装置。

现代化的轮胎工厂的炼胶系统，是以密炼机为中心，并与上辅机组和下辅机组联结成一条完整的炼胶生产线。

1．上辅机组（1）炭黑系统炭黑经槽车或拆包后在密闭状态下用风压送到各个炭黑储罐或分格大储罐。

大储罐中炭黑分别被风送到各种品种的炭黑日料斗，风送炭黑有13-18m/s高压快速和4m/s低压低速两种方法。

现在发展低压低速方法，其优点是湿法颗粒炭黑在风送过道中的破碎率为10-20%，大大低于前者的20-30%.日料斗内的不同品种炭黑按照加料次序依次投入悬挂秤称量，然后投入密炼机混炼室。

（2）液体软化剂系统软化剂从加温储罐中经泵送入中间保温罐后备用。

液体软化剂以重量法或溶剂法用压力直接注射进密炼机混炼室中与胶料进行充分混炼，一般而言用重量法比较准确。

（3）小量原料配量系统。

各种原料分别存放在依次排列的储斗内，用低熔点聚乙烯包装袋包装、微处理机控制称量。

2．下辅机组下辅机组的排列大致有以下三种形式：（1）270立升密炼机后用两台Φ660x2100mm压片机串联排列出片。

（2）270立升密炼机后用一台Φ660x2100mm压片机连续出片。

（3）270立升密炼机后用一台辊筒机头螺杆挤出机连续出片。

3．密炼机密炼机全称叫做“密闭式炼胶机”，是在开炼机的基础上发展起来的。

1820年发明开炼机以后，使橡胶工业发生了根本的转变，但由于开炼机存在许多缺点，比如劳动强度大，效率低，粉尘大等，严重影响人的身体健康，于是人们开始考虑能否把这一加工设备用一个罩子把它罩起来，就逐步发展成密炼机。

因为它在密炼室里面工作，所以称作密闭式。

由于开炼机工作是敞开的，故叫做开放式炼胶机。

一般介绍均认为密炼机是Banbury在1916年发明的，实际最早是由西德W&P公司的一名商业工程师（英国人）根据该公司的原型机台设计的，由于其发展较快，产量也大应用较广，故人们一直认为Banbury密炼机是最早问世的。

自从出现密炼机后，在混炼过程中显示了比开炼机具有的一系列优点，如混炼时间短，生产效率高，操作容易，较好地克服粉尘飞扬，减少配合剂的损失，改善劳动条件，减轻劳动强度等。

由于它在很大程度上是凭经验发展起来的，因而在发展早期曾出现过认为塑炼效率低，不能用它来塑炼的说法，但已经为生产实践所否定。

因此，密炼机的出现是炼胶机械的一项重要成果，至今仍然成为塑炼和混炼中的典型设备，并处于不断发展完善中。

据国外资料统计，在橡胶工业中有88％的胶料是由密炼机制造的，塑料、树脂行业亦广泛应用密炼机。

现代密炼机发展的标志之一是高速、高压和高效能机台。

通常将转子转速为20rpm的称为低速密炼机，30～40rpm的称为中速密炼机，60rpm以上的称为高速密炼机。

近年来，出现了转速达80rpm甚至更高的密炼机，亦有对工艺和效能有广泛适应性和处理手段的双速、三速、变速密炼机，也有转子速比可调节的密炼机。

其操作时间大大缩短，从过去慢速机台的8～15min缩短至1.5～3.5min，甚至有的达1～1.5min（包括采用密炼法与补充混炼法配合的工艺过程等）。

密炼机的结构也在不断发展。

密炼机工作过程及整个机组的机械化、自动化水平也在不断提高，采用了程序控制，现在大型引进机台均采用计算机控制。

总之，此种发展是在大大强化混炼过程，提高机台效能，减轻体力劳动和改善工作环境等。