尼龙斜交载重轮胎内胎的设计与制造

5523012 · 发表于 2009-2-26 22:11:36

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摘要：本文介绍了尼龙斜交载重轮胎内胎的设计方法、施工设计要点、制造方法及硫化后出现的质量问题及解决预防措施。在内胎的技术设计方面，介绍了内胎设计中参数的选取的方法，成品内胎壁厚的取值，气门嘴贴合位置的设计，内胎上排气线的设计，内胎模型设计中的注意事项；内胎施工设计方面，讲述了成品成型长度的确定方法，半成品平叠宽度的计算，半成品内胎厚度的确定，半成品内胎定型圈的设计方法；制造工艺方面，详细讲述了内胎从挤出、成型、内胎接头、定型到内胎硫化的工艺过程；硫化后质量问题方面，分析了硫化后常出现的几种质量问题，并提出了相应的解决预防措施。
关键词：内胎；技术设计；施工设计；制造工艺；质量问题

内胎是充气轮胎的主要部件，通常在零下几度至120度或者说在更高的温度下工作，因此要求其有很好的气密性和强度。其性能的好坏对外胎有着很大的影响。因此与大家共同探讨一下内胎的设计与制造。
1 内胎的技术设计
1.1 内胎设计中参数的选取
  充气时内胎各部件承受着不同的变形，外径部分承受伸张变形，着合部分承受着压缩变形，断面方向也承受伸张变形。经验证明：内胎的外径、内径和断面方向都有一定的最佳伸张值。

图1 内胎与外胎配合示意图
设计内胎断面尺寸时，主要考虑以下三个参数值。内胎与外胎配合示意图如图1。
1）内胎外直径伸张值
内胎外直径伸张值=Dk/Dt
=1.018～1.055
式中：          Dk—外胎胎里直径，mm
            Dt—内胎外直径，mm
2）内胎内直径收缩值
内胎内直径收缩值=D1/D0
=1.02～1.05(平底轮辋)
=1.06～1.20(深式轮辋)
式中：       D1—内胎内直径，mm
            D0—外胎胎圈直径，mm
内胎内直径收缩值视轮辋种类而定，因平底轮辋外胎直径等于轮辋直径加两倍垫带厚度；而深式轮辋外胎直径等于轮辋直径。故深式轮辋内胎内直径收缩值大于平底轮辋内胎内直径收缩值。在设计内胎内直径时应当注意，内胎内直径至少比外胎胎趾直径大2～4mm，以免往轮辋装配时，内胎夹入胎圈与轮辋之间。
3）断面周长伸张值
断面周长伸张值=Lk/L内
=1.1～1.25
式中：       Lk—外胎断面内周长，mm
            L内—内胎断面外周长，mm

以上内胎外直径伸张值、内胎内直径收缩值和断面周长伸张值选取的正确与否，将决定内胎的质量和性能。取值过大，胎壁减薄，易损坏；取值过小，不易舒展，易打褶磨损。从表面上看以上三个数值是孤立的，但实际上是有内在联系的，需通过实际上绘图，将内、外胎轮廓配置在一起，进行合理调整，才能互相符合。实践证明，三个数值中应以断面周长伸张值为主，其它两值服从于它。但当其它两式服从后所得系数不合理时，断面周长伸张值也可作适当的让步。断面周长伸张值需要根据不同规格的轮胎取不同的值。一般来说，断面小、内径大的取小值；天然胶内胎取小值，丁基内胎取大值。实践证明丁基内胎断面周长伸张值是天然胶内胎的0.9左右。
1.2 成品内胎壁厚的
  内胎成品厚度，根据使用条件确定。其强度和气密性能（在配方一定的情况下）取决于它的壁厚，胎壁越厚气密发性能越好，同时打折的可能性越小。但胎壁厚增加时工作温度上升，也不经济。所以说内胎壁厚应在保证产品质量的前提下，尽量设计的薄一些。实践证明，双层胎壁厚最佳取值厚度为：
轻型载重轮胎：3.5～5.5mm
中型载重轮胎：4.0～5.5mm
重型载重轮胎：4.5～6.5mm
  不用垫带的内胎，着合部位的厚度应增加0.5～1.0mm，以增加内胎轮辋区的强度，并防止安装时被夹破，同时增强承受强烈制动产生高温的能力。
1.3 气门嘴贴合位置的设计
  气门嘴贴合位置的设计，根据轮辋嘴子眼位置确定。平底轮辋嘴子眼位置设在中心，气门嘴贴合位置在内胎断面纵轴上；深式轮辋嘴子眼位置设在轮辋基座的拐弯处，气门嘴贴合位置在相应部位。
1.4 内胎上排气线的设计
  内胎是薄制品，欲排出模型内剩余空气，不能使用排气孔的方法，一般设计排气线的方法。排气线一方面可借以排出内胎与硫化模型间的空气，同时也能排出外胎与内胎之间的空气，增进内胎与外胎内表面的紧密程度。排气线的设计位置和尺寸，没有标准，通常如图2所示。一般其位置和尺寸为：胎冠和着合部位各有4～6条排气线，其宽度一般为0.5mm左右，深度为0.25～0.5mm，间距10～15mm；气门嘴贴合位置的A处、内胎接头处的B处和其对称部位的C处排气线条数较多达10条左右，其宽度一般为0.5mm左右，深度为0.25～0.4mm，间距3～8mm；侧部排气线一般为8～20条左右，其宽度一般为0.5mm左右，深度为0.25～0.4mm。

图2 内胎排气线位置示意图
1.5 内胎模型的设计
  内胎模型的设计一般如图3所示，应注意的是模型内缘合模位置的设计。内缘合模位置不宜设计在内胎断面的纵轴上。主要为了防止合模时内胎内周发生促褶等质量毛病。内缘合模线与内胎断面的纵轴之间的距离，视规格而定，一般为20～50mm，过长将增加操作难度。用于深式轮辋上的内胎，由于气门嘴位置不在内胎断面的纵轴上，所以模型内缘合模位置可设在气门嘴位置上。

  图3 内胎模型设计示意图
2 内胎的施工设计
2.1 半成品成型长度的确定
  半成品成型长度根据经验应用下式计算：
半成品成型长度=K1×лD1
式中：  K1—经验系数
D1—内胎断面中心直径
  式中K1的取值一般在0.75～0.85。视内胎断面大小和内径大小而定。断面小、内径大的取大值，反之取小值。对于大断面内胎来说，按此式计算的长度太长，半成品在定型时里口褶子根本无法排开。经验证明经验系数K1取0.65～0.7较合适。
2.2 半成品平叠宽度的确定
  半成品平叠宽度根据经验应用下式计算：
半成品平叠宽度=K2лΦ
式中：  K2—经验系数
      Φ—内胎断直径
  式中K2的取值一般在0.80～0.85。视内胎规格大小而定。大规格取大值，小规格取小值。但对于断面大内径小的内胎取大值并不合适，因为经验系数取大值，计计算出的宽度就大，这虽有利于克服胎身局部变薄，但由于定型时里口收缩小，半成品在定型时里口褶子根本无法排开，易产生成品里口打褶现象。所以，在确定计算半成品平叠宽度时，应在保证里口不打褶的情况下，经验系数尽量取大值。
2.3 半成品内胎厚度的确定
  半成品内胎厚度，本着保证成品内胎各部位厚度均匀的原则确定。半成品内胎冠部、着合部及侧部厚度是不同的，因为内胎硫化定型时，内外侧伸张是不一致的，外侧伸张力大，内侧伸张力小，外侧应取稍大值，内侧稍小些。
2.3.1 半成品内胎冠部厚度的确定
  半成品内胎冠部厚度根据经验应用下式计算：
半成品内胎冠部厚度=H1/K3
式中：  K3—经验系数
      H1—成品内胎冠部厚度
  经验系数K3取值范围为0.5～0.7，视内胎断面大小和直径大小而定。断面尺寸大，内径小，取值小些；反之则取大值。
2.3.2 半成品内胎着合部厚度的确定
半成品内胎着合部厚度根据经验应用下式计算：
半成品内胎着合部厚度= H2/K4
式中：  K4—经验系数
      H2—成品着合部厚度
  经验系数K4取值范围为0.8～0.92，视内胎断面大小和直径大小而定。断面尺寸大，内径小，取值小些；反之则取大值。
2.3.3 半成品内胎侧部厚度的确定
半成品内胎侧部厚度根据经验应用下式计算：
半成品内胎侧部厚度=（半成品内胎冠部厚度+半成品内胎着合部厚度）/2
2.4 半成品内胎气门嘴贴合位置的确定
  半成品内胎气门嘴贴合位置，按照内胎硫化模型嘴子眼位置确定。其移动距离按下式计算中心：
L=A/K
式中：L—半成品内胎气门嘴中心与纵向轴距离
A—模型嘴子眼中心与纵向轴弧长距离
K—半成品内胎断面周长对模型断面周长伸张值（约1.1～1.2）
2.5 半成品内胎定型圈的设计
  内胎定型圈是内胎生产的工具，其示意图如图4所示。定型圈的设计正确与否将关系着内胎的硫化质量。
图4内胎定型圈示意图
2.5.1 半成品内胎定型圈着合直径的设计
  半成品内胎定型圈着合直径一般较内胎着合直径大1～2%，其伸张值为：
定型圈着合直径 / 内胎着合直径=1.01～1.02
  其伸张值取值视内胎断面大小和直径大小而定。断面尺寸大，内径小，取值大些；反之则取小值。
2.5.2半成品内胎定型圈弧度半径的设计
  半成品内胎定型圈弧度半径一般为成品内胎半径的75～85%。
3 内胎的制造工艺
3.1 挤出前的准备工作
3.1.1 滤胶前的热炼
  热炼的目的是为了提高胶料混炼的均匀性和热塑性，便于挤出，得到规格尺寸准确、表面光滑、内部致密的半成品。热炼采用开炼机，要充分捣炼均匀，供胶温度一般不超过80度。
  丁基内胎一般需低温小辊距热炼。前辊温为：45～55℃，后辊温50～60℃。因为丁基橡胶平均分子量低。生胶具有冷性，分子链应力松驰速度快，为保证在弹性状态下包辊，提高分子链的机械剪切力，必须采用低温热炼。小辊距操作的目的是使胶料通过辊距时产生较大的剪切速率，在分子链来不及松驰的情况下保持良好的弹性包辊性能。
3.1.2 内胎胶料的滤胶操作
  因内胎是薄制品，需有良好的气密性和抗撕裂性，因此，要求胶料无杂质，必须过滤。滤胶温度不超过135℃，过高时易焦烧。滤网为28和40目各一层。因过滤时许多杂质被挡在滤网前，如不及时更换滤网，会出现破网，杂质重新混入胶料，故必须勤换滤网。破网胶料要重新过滤，滤后胶不得粘地。
3.1.3 内胎胶料滤胶后加磺工艺
  滤胶后必须在开炼机上散热，当胶温降至100～105℃以下时，再加硫磺。加磺后需停放24小时后使用。以使配全合剂充分扩散；使胶料恢复弹性变形，减少后工艺收缩；使橡胶与炭黑进一步生成结合橡胶，提高补强效果。
3.2 内胎的挤出工艺
  内胎压出质量对内胎成品外观质量有直接影响。而内胎的压出质量与胶料的可塑度、热炼均匀度、返回胶用量，以及压出的速度、温度、供胶量、运输带速度、冷却方式和时间等工艺条件有关。挤出时应注意以下事项：
1）胶料热炼要均匀，供胶温度一致，以保证胶料可塑度的均匀。
2）挤出前调整好挤出机的各段温度，并将机头、芯型预热好。
3）喷出的隔离剂应呈雾状，粉子不得太多太少，保证胎筒不粘，减少粉尘污染，并使胎筒内无水。
4）挤出供胶时，应按不同的规格要求控制胶条厚度及宽度，并保证连续性，挤出胶筒要表面光滑、平整。要经常测量及调整。
5）挤出开始时每条过磅，等正常后，小胎隔2～4条过一次，大胎每隔5～8条过一次。
6）胎筒存放温度不高于40℃，存放处必须保持清洁，室温控制在18℃，停放1～2小时方可成型，丁基内胎需停放4小时。
3.3 内胎的成型工艺
内胎的成型工艺包括胎筒的检查、定长、贴气门嘴和接头。
3.3.1 内胎气门嘴的处理与包胶硫化
  内胎用气门嘴主要成份是黄铜，铜含量为62～65%，锌含量为35～38%。为提高气门嘴和橡胶的粘合力，气门嘴在贴胶前需经化学处理，除去油污及表面氧化膜。处理方法为：先将气门嘴底座打磨，除去表面层后，时行碱液浸煮（碱液为氢氧化钠溶液浓度为5～10%，浸煮时间为5～10分钟，温度为100℃以上。）然后用热水洗涤成中性，进行酸处理，除去氧化薄膜。酸液为硫酸与硝酸混合液，比例为1：2，浓度为42～43%，处理时间为4～10秒。酸处理后，由于表面有硫酸铜存在，影响与胶垫的粘合，需立即用50～60℃蒸馏水冲洗呈中性，然后置于恒温箱内干燥，干燥温度为65～70℃，时间为30～40分钟。处理好的气门嘴必须及时使用，若存放时间超过24小时以上，则应按上述程序重新处理，以保证胶嘴粘合力的稳定。
  洁净的气门嘴按规定重量在底座或包胶部分贴上胶片，装入胶垫气门嘴硫化模，在平板硫化机上进行硫化。通常气门嘴硫化后贴合面要经打磨，再经涂胶浆备用。
3.3.2 半成品内胎的定长
  定长是按照规定的成型长度进行定长，其长度应包括预留切关两端长度。定长前应先检查胎筒是否符合标准，有否杂质和气泡等缺陷，是否有自硫胶粒或压痕，然后定长。
3.3.3 半成品内胎气门嘴的贴放
  贴放气门嘴时，先定位，再冲气门嘴孔，并在其周围刷汽油和胶浆，以提高胶垫与胎壁的粘合力。气门嘴要贴正、压牢、不得含有气泡。
3.3.4 半成品内胎的接头
  胎筒接头前要先将胎筒两端隔离剂擦拭干净，以免接头时对接头强力有影响。天然胶或天然胶与丁苯胶并用的内胎接关为斜切，切头电刀温度在170～200℃范围。半成品接头部位要均匀涂刷汽油，并待汽油挥发干后才切头。
  丁基胶的自粘性差，故丁基内胎接头较困难。通常，需要专用的丁基内胎接头机进行接头。
  内胎接头后半成品储备量大型胎为3～6条，中小型胎为3～10条。停放过多会引起胎侧变形而摺薄。接头后的内胎要按顺序使用。
3.4 内胎的定型
内胎定型在定型圈内进行。定型时先将胎筒内翻，使气门嘴向内，套在定型圈上缓缓冲入空气，使胎筒外径慢慢伸张，并将着合部位褶子理平。定型的目的是使生胎在硫化前伸张均匀，保证各部位的厚度达到标准要求，当生胎充气到一定程度，用气门蜡堵住气门嘴等待硫化。定型时应注意以下几点：
1）接头后的半成品胎筒，必须停放一定的时间才能进行定型。
2）定型前要检查胎筒长度、宽度是否符合工艺要求，是否有杂质和气泡。并在胎筒表面涂少量滑石粉。
3）定型风压不低于0.3Mpa。
4）定型操作时，缓缓冲气，用手沿胎筒周向抹动，使褶子张开，半成品各部位均匀伸张。如遇到胎筒发硬，应采用二次定型的方法，第一次定型以不超过标准的70%为宜。
3.5 内胎的硫化
  内胎硫化是内胎制造过程中最后一道工序。内胎硫化的目的是使半成品，在适当的硫化条件下产生交联反应，制造出有实际使用价值的产品。内胎是薄制品，内胎硫化三要素的选取和制订，对提高生产效率和稳定产品质量有着重要的作用。下面以天然胶为主的内胎硫化的制订作以介绍。
3.5.1 内胎的硫化温度的制订
  在外胎生产中，模型硫化温度在143～155℃之间。由于内胎是薄制品，故可以适当选取更高一些的模型硫化温度，以达到提高硫化效率的目的。在以天然胶为主的内胎生产中，目前模型硫化温度可提高到160～170℃。
3.5.2 内胎的硫化压力的制订
  目前内胎硫化的设备是内胎硫化机，模型依靠硫化机的机械力合模和锁模。由于内胎是薄壁中空的密封环状制品，故需要施加内压力，使半成品膨胀后紧贴在硫化模型的内壁上定型和硫化。因为半成品是柔软的筒状，故只需较小的压力即能满足这一需要。通常内压为0.6～0.88 Mpa。硫化机的合模力通常是内压力的1.25倍。
3.5.2 内胎的硫化时间的制订
  由于内胎是薄壁制品，因为不需要考虑等效硫化效应。且硫化温度又较高，硫化平坦期短，故内胎的硫化时间一般都比较短。同时应考虑到内胎的后硫化效应，以避免橡胶性能超过硫化平坦期产生下降。
  内胎硫化时应注意以下几点：
1）落模时，应将嘴子对正插嘴，装胎要正和稳，合模要迅速，否则下模胶料先受热变软而影响胎筒的均匀性。
2）启模前，1～2分钟排放内压，避免内压没排净造成内胎爆炸。
3）硫化结束后，硫化机自动启模，应及时取出成品，进行外观检查。如出现二条以上同样的毛病的内胎，应及时进行分析处理。
4内胎常见质量问题及预防措施
4.1内胎表面缺胶、麻斑
  形成的原因有以下几点：
（1）胶料可塑度低，流动性差。
（2）压出的胎筒宽度不一。
（3）硫化内压不足。
（4）模型内留存空气。
（5）模型表面脏。
解决和预防措施：
（1）提高胶料的可塑度。
（2）控制压出胎筒的宽度。
（3）提高硫化内压。
（4）模型表面开排气线。
（5）定期清洗模型。
4.2内胎接头裂开
形成的原因有以下几点：
（1）接头部位有杂质。
（2）电热刀温度过高。
（3）接头过长或过短。
（4）电热刀上有杂质。
解决和预防措施：
（1）胎筒两接口必须清洁。
（2）严格控制电刀温度和角度。
（3）经常保持电刀刃口的清洁。
（4）提高胶料的可塑度。
（5）提高胎筒拼接时的压力。
（6）控制半成品存量。
4.3内胎厚薄不匀
形成的原因有以下几点：
（1）压出的胎筒厚薄不匀，宽度不一，。
（2）定型时伸张不均匀。
（3）硫化操作装模过慢。
（4）半成品停放时间过长。
解决和预防措施：
（1）控制压出胎筒符合施工标准。
（2）严格控制定型时充气压力。
（3）提高硫化工的操作技术水平。
（4）控制半成品存时间。
4.4内胎打褶
形成的原因有以下几点：
（1）硫化定型压力过大。
（2）胎筒长度过长，形成径向褶子。
（3）胎筒过宽，形成周向褶子。
（4）胎胚停放时间过长。
解决和预防措施：
（1）调整硫化定型压力。
（2）胎筒平叠长度、宽度应符合施工标准。
（3）严格控制胎胚的停放时间。
4.5硫化后内胎胎身胀大
形成的原因有以下几点：
（1）模温不均匀，造成胎身部分欠硫所致。
（2）气门堵塞，出模后内压膨胀。
解决和预防措施：
（1）经常检查模具，保证各部位温度均匀。
（2）定型前检查气门腔内是否有杂物，保证气门蜡内无杂质。
4.6 硫化后内胎上有杂质
形成的原因有以下几点：
（1）原材料不纯，含有杂物。
（2）生产现场不清洁。
（3）滤胶质量差。
（4）模具上有杂物。
解决和预防措施：
（1）严格控制原材料的质量标准。
（2）严格控制胶料过滤质量。
（3）加强现场管理，做到文明生产。
（4）加强工艺管理，严格工艺纪律，做到三不落地。
4.7 硫化后气门嘴部位有气泡、边缘重皮、裂口等
形成的原因有以下几点：
（1）气门嘴胶贴不牢。
（2）胶垫边缘过厚。
（3）胶垫上有滑石粉。
（4）贴气门嘴时胶浆没干。
（5）气门嘴部位欠硫。
解决和预防措施：
（1）待胶浆中汽油挥发干后，再贴气门嘴。
（2）保持胶垫的清洁。
（3）胶垫边缘最好过度为零。
（4）贴牢气门嘴胶。
（5）保证气门嘴部位欠不硫。

5523012 · 发表于 2009-2-26 22:29:11

内胎常见质量问题及预防措施

无绪 · 发表于 2009-2-27 14:33:38

资料不错，　支持一下

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偶以前也设计过　也做过　不过以后内胎是越来越少了．

hjj456789 · 发表于 2009-3-2 08:13:06

学习下载,刚好正在论证新的内胎项目
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学习下载,刚好正在论证新的内胎项目

shuige1688 · 发表于 2009-3-8 14:15:40

好的资料，谢谢分享！！好在不要胶币；

rtiany · 发表于 2009-3-8 22:33:03

谢谢，楼主的资料。楼主是内胎专家？

yantingkai · 发表于 2009-4-6 16:41:47

谢谢楼主的资料了，看看

胶豆 · 发表于 2009-6-25 08:56:18

免费的好资料，多谢楼主！
现在评不了分，一定记住给补上

mtsliu · 发表于 2009-10-19 13:44:52

资料好啊，辛苦楼主了

pepsi003 · 发表于 2009-10-30 11:52:54

资料好啊，辛苦楼主

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