Page 89 - 《橡塑技术与装备》2023年6期

工艺与设备 张晓琳 等·11.00R20 规格全钢子午线轮胎硫化工艺优化

3#— 上模 2# 带束层端点 ； 科技发展有限公司产品，每 10 s 记录一次温度数据
4#— 上模胎侧表面 ；
5#— 上模三角胶最厚点 ； 2 测温结果
6#— 上模气密层表面。 2.1 测温数据分析
1.2 胶料活化能计算 由图 2 和图 5 可以看出，方案 1、2、3 的胎面和
由于轮胎属于厚制品，在硫化过程属于变温硫化， 胎侧表面温度取消相近，主要是因为外表面温度主要
为更好的表征轮胎最终的硫化程度，通常换算为某个 由模套、模具、热板提供，受内温的影响相对比较小。
温度（通常为 151 ℃）的等效硫化时间。为此需要对 但由于方案 4、5、6 整体硫化时间缩短，硫化结束时
测温点对应的胶料做多个温度点下的流变仪用以计算 间较早，整体温度相对较低，时间越短所到达的最高
各个部位的硫化程度。 温度越低。
对胎面胶、基部胶、胎侧胶、带束层胶、三角胶
以及气密层胶分别测试 141 ℃、151 ℃、161 ℃、171
℃四个温度下的流变仪 , 得到正硫化时间 T 90 ，并根据
阿累尼乌斯公式 ：
E (T 2 -T 1 )
t 1
ln( )= R （1）
t 2 T 2 T 1
式中，T 1 和 T 2 为硫化温度，K ；
t 1 和 t 2 分别为温度 T 1 和 T 2 时的正硫化时间，s ；
-1
R 为气体常数 [8.314J·（mol·K ）] ； E 为胶料硫化反
-1
应的活化能，J·mol 。用流变仪分别测出胶料在 T 1 和 图 2 1# 测温点温度 - 时间曲线
T 2 温度下对应的正硫化时间 t 1 和 t 2 ，然后带入式（1），
由图 7 可以看出，由于方案 1 全程过热水循环，
可求出 E。计算得到各部位胶料的活化能 E，具体见
胎里温度达到最高点后一直持续至过热水停止循环、
表 1。 泄压后温度快速下降，硫化后效应很短。由于方案 2-6
表 1 各部位胶料活化能
通入一定时间的过热水后采用保压的方式继续硫化，
序号 部位 活化能 E
1 胎面胶 22.81 停止过热水循环后，虽然硫化反应为放热反应，但没
2 基部胶 24.98 有持续的过热水提供能量，硫化反应释放的热量不足
3 胎侧胶 22.08
4 带束层胶 23.58 以支撑温度不下降，所以胎里温度在达到高点后开始
5 上三角胶 24.52
6 气密层胶 27.85 缓慢的下降，直至泄压出锅完成硫化。
由图 3、4、6 可以看出，六个工艺对应部位整体
1.3 硫化工艺优化方案 温度变化规律与图 7 所示的基本一致，方案 2~6 的温
选择公司产量最大的规格 11.00R20 规格进行硫 度峰值较低，但由于这三个测温点均处于轮胎内部，
化工艺优化试验，主要通过缩短过热水循环时间，新 温升速度更慢，硫化程度受温度高低影响更大。同样，
增过热水保压的方式开展，具体方案如下（方案 1 为 在泄压出模后，由于处于轮胎内部散热速率慢，硫化
正常硫化工艺）： 后效应更明显。硫化工艺也正是基于硫化程度最低的
表 2 硫化工艺方案 部位在泄压时等效硫化时间超过起泡点所制定的，因
项目 方案 1 方案 2 方案 3 方案 4 方案 5 方案 6 此较大幅度的缩短过热水循环时间新增保压时间导致
过热水循环 /min 43.5 23.5 28.5 23.5 26.5 23.5
保压时间 /min 0 20 15 15 15 10 欠硫的风险更高，但可以通过测温找到保压和过热水
总时间 /min 52 52 52 47 50 42 循环的临界点，保证最低点达到正硫化程度的同时最

大程度降低硫化能耗。
1.4 试验设备
2.2 硫化程度分析
测温导线 ： T 型测温导线（铜 - 铜镍）
测温仪的数据收集规则为每 10 s 抓取的一个温
硫化测温仪 ： TC-Ⅲ 型硫化测温仪，北京奥玛琦
度数据，讲数据带入阿累尼乌斯方程中计算每个 10 s

年
2023 第 49 卷 ·35·