氮气硫化工艺在半钢子午线轮胎生产中的应用

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第２期

高　勇等．氮气硫化工艺在半钢子午线轮胎生产中的应用

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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，山东青岛　２６６５００

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１５，０％。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：

（）ＴＱ４６３．３４１＋．６；ＴＱ３３０．６＋７　　文献标志码：Ｂ　　文章编号：１００６８１７１２０１２０２０１０７０４　　中图分类号：－－－

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

１］

，气硫化越来越受到轮胎企业的青睐。据介绍［

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１．４～１．８ＭＰａ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，２．０～３．０ＭＰａ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７８～１８５℃，化速度慢。

氮气硫化步序：１．４～１．８ＭＰａ的饱和蒸汽）、）、饱和蒸汽进（进并排凝（０．５～２ｍｉｎ３～５ｍｉｎ时间取决于轮胎规格）及２．０～３．０ＭＰａ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（０．５～１ｍｉｎ

（过热水硫化步序：１．０±０．２）ＭＰａ饱和蒸）、（汽进（约１～２ｍｉｎ２．５±０．１）ＭＰａ过热水进（）、、过热水循环（时间取决于轮胎规格）热水１ｍｉｎ）。回收及总排（２～３ｍｉｎ１．２．１　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

／国外主要轮胎企业已有３４的轿车轮胎和轻型载／重轮胎及１４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利于胶囊在胎坯内充分舒展，防止胎里窝气；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１９８５—）　　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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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３０ｓ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１５０℃时的动力粘度。空气中分别为２３４．２，１４４．０和１８６３．０Ｐａ·ｓ　氮气的体积分数为０．在此用空气的动力粘度７８，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０．５ＭＰａ排、

，需要１耗时长。氮气硫化可节约硫化时间，２０ｓ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、０．５ＭＰａ压力罐、０．３ＭＰａ压力罐、冷却循环装置和水处理装置等。

１．４　生产效率

与过热水硫化工艺相比，氮气硫化工艺的排空和回收时间大大缩短，且在轮胎正硫化过程中会进一氮气相对于过热水能提供更稳定的压力，步缩短硫化时间，因此，生产效率提升２％～４％。２　氮气硫化工艺问题处理

采用氮气硫化后，遇到一些常见问题：胶囊上下模温差大和氮气泄漏。

２．１　胶囊上下模温差大由于在硫化初期，胶囊内表面温度低，饱和蒸汽进入后会形成冷凝水，这些冷凝水聚集在胶囊下模表面，降低传热性能，导致上下胎侧部位胶囊存在温差。

降低胶囊的上下模温差是采用氮气硫化工艺的首要任务。过热水硫化工艺转为氮气硫化工艺／后，我公司对ＬＴ２３５８５Ｒ１６轻型载重轮胎进行埋线测温，并优化了中心机构喷嘴及喷射方式，具体见下述氮气硫化工艺优化部分。２．２　氮气泄漏

防止氮气泄漏是氮气硫化的一个长期而艰巨的任务。氮气泄漏增加空气压缩机和制氮机的负造成能源浪费，缩短制氮设备的使用寿命，提荷，

高生产成本。另外，氮气是无色无味气体，硫化车间氮气浓度增大还会导致操作人员缺氧。

氮气硫化对硫化系统的密封性要求高。为解决氮气泄漏，首先应采用高密封性的机械阀、密封圈和垫片等；其次应对管路和阀门定期维护、更换。氮气泄漏可通过系统用氮量、机台的压力曲线和温度曲线变化等逐段查找，锁定泄漏点。３　氮气硫化工艺优化３．１　试验３．１．１　试验设备和仪器

采用ＷＬＩＶ型测温仪，Ｅ型热电偶导线外覆－

耐高温聚四氟乙烯绝缘层。３．１．２　热电偶埋线

通过对轮胎埋线测温，比较轮胎各部位采用不同工艺的温度差异。胶囊上下模温差对比试验／选用轮胎规格为Ｌ氮气硫化工艺对Ｔ２３５８５Ｒ１６，／比试验选用轮胎规格为ＬＴ２４５７５Ｒ１６。采用２４

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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２ｂ

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（１．４～１．８ＭＰａ→蒸汽排凝→蒸汽进→氮气

）进→氮气排凝→正硫化（２．０～３．０ＭＰａ→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／２５。

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２ａａ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，通过改变设备喷嘴设计，直接喷射蒸汽和氮气，就有可能将胶

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，两种工艺温度无明显差异，这是由于在蒸汽进时工艺相比，

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

嘴的角度，使充进去的氮气能够把胶囊下胎侧表

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轮　胎　工　业　　　　　　　　　　　　　　　２０１２年第３２卷

问题，通过对中心机构喷嘴和喷射角度的调整，温差基本控制在５℃以内。

（）通过对氮气排凝工艺的优化，缩短了氮气２

／提高了硫化生产效率，并使单胎耗排凝时间２５，氮量降低１０％。４　结论

（）与过热水硫化工艺相比，采用氮气硫化工１

艺可以节省能源、提高成品轮胎的均匀性和生产

；；；工艺Ａ）工艺Ａ）工艺Ｂ）１—上模（２—下模（３—上模（

。工艺Ｂ）４—下模（

效率。

）（通过对中心机构喷嘴和喷射角度的调整，２

把胶囊的上下模温差控制在５℃以内，提升了成品轮胎的质量。

）（通过对氮气排凝时间的优化，提高了轮胎３

的生产效率，并在减少热能损耗的同时，使单胎耗氮量降低１０％。参考文献：

［］君轩．］（）：轮胎氮气硫化［世界橡胶工业，１Ｊ．２００５，３２５５４．［］Ｍ］氮气硫化轮胎的争论点、注意点和好处［王２ａｔｈｕｒＡ　Ｎ．Ｊ．　

（）：登祥，摘译．轮胎工业，１９９８，１８１１６６４６６９．－

第１６届中国轮胎技术研讨会论文

图３　Ａ和Ｂ两种硫化工艺胶囊上下模表面

温度－时间曲线

工艺排凝时间较长，在将生成的冷凝水排出的同时，也将部分饱和水蒸气和氮气排出，造成了能源导致工艺Ａ在正硫化时温度偏低。经过氮浪费，

气排凝时间优化，在排出冷凝水的同时，尽量降低饱和水蒸气和氮气的排放，使轮胎既得到更多的热量，又不会出现胶囊上下模温差较大的现象。

图３中第Ⅲ区域为硫化后期，两种工艺温度曲线几乎没有差别。

３．３　优化效果

（针对氮气硫化工艺中存在上下模温差的１）

ＡｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＮｉｔｒｏｅｎＧａｓＣｕｒｉｎＰｒｏｃｅｓｓｉｎ　　　　　ｐｐｇｇ　

ｓｔｅｅｌＲａｄｉａｌＴｉｒｅＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳｅｍｉ－　　　

ｉｎＧＡＯ　ＹｏｎＷＡＮＧ　ＭａｏＺＨＡＮＧ　Ｈａｏ－ｙｇ，ｇ，

（，，）ＳａｉｌｕｎＣｏ．ＬｔｄＱｉｎｄａｏ６６５００，Ｃｈｉｎａ　　２ｇ

：ＡｂｓｔｒａｃｔＡｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｎｉｔｒｏｅｎａｓｃｕｒｉｎｒｏｃｅｓｓｉｎｓｅｍｉｓｔｅｅｌｒａｄｉａｌｔｉｒｅｒｏｄｕｃｔｉｏｎｗａｓｃｏｍ　　　　　　－　　　　　－ｐｐｇｇｇｐｐ　

，ａｒｅｄｗｉｔｈｏｖｅｒｈｅａｔｅｄｗａｔｅｒｃｕｒｉｎｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｅｒｏｂｌｅｍｓｄｕｒｉｎｔｈｅｎｉｔｒｏｅｎａｓｃｕｒｉｎｗｅｒｅｉｎ　　－　　　　　　　　　－ｐｇｐｐｇｇｇｇ

，ｖｅｓｔｉａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｒｏｕｈｔｈｅａｄｕｓｔｍｅｎｔｏｆｔｈｅｎｏｚｚｌｅａｎｄｉｔｓｉｎｅｃｔｉｏｎａｎｌｅｉｎｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　ｇｇｊｊｇｃｅｎｔｅｒｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｔｈｅｒａｎｅｏｆｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｃｈａｎｉｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｕｅｒａｎｄｌｏｗｅｒｍｏｌｄｓｗａｓｃｏｎ　　　　　　　　　　　　－ｇｐｇｇｐｐ　

／ｔｒｏｌｌｅｄｗｉｔｈｉｎ５℃，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｄｅｎｓａｔｅｄｒａｉｎｉｎｔｉｍｅｗａｓｓｈｏｒｔｅｎｅｄｂ２５ｂｏｔｉｍｉｚｉｎｔｈｅｒｏｃｅｓｓ　　　　　　　　　ｇｙｙｐｇｐ　　　　，ｎｉｔｒｏｅｎｃｏｎｄｅｎｓａｔｅｄｒａｉｎｉｎｗｈｉｃｈｒｅｄｕｃｅｄｔｈｅｎｉｔｒｏｅｎｃｏｎｓｕｍｔｉｏｎｏｆｏｎｅｔｉｒｅｂ１０％．ｏｆ　　　　　　　　　　　ｇｇｇｐｙ　

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《轮胎工业》橡胶工业》光盘版和１轮胎工业》合订本光００３—２０１１年每年度《９９４—２００３年《　　启事　２

（）盘版有售。如有需要者，请与本刊编辑部乔晓霞联系。电话：０１０５１３３８４９０。

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