硫化作為輪胎生產(chǎn)中非常重要的一步，是決定輪胎質(zhì)量和使用時(shí)間的決定性因素，因此硫化工藝的技術(shù)革新至關(guān)重要，在長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展中，輪胎硫化技術(shù)從等溫等壓轉(zhuǎn)變?yōu)樽儨�，使用的硫化介質(zhì)也從高壓蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)饬蚧�工藝從而轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)庹羝�硫化[6-7]。在氮?dú)庹羝�硫化中，氮�(dú)夤�壓、蒸汽產(chǎn)熱的方式既簡(jiǎn)單又高效，被廣泛的應(yīng)用于輪胎生產(chǎn)中。氮?dú)獾膬?yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

       （1）氮?dú)鉃闊o(wú)污染氣體，能直接排放在空氣中，降低工藝成本。

       （2）氮?dú)獾谋葻崛葺^低，因此吸收的熱量更少，這樣對(duì)硫化中的溫度影響更小，硫化質(zhì)量更高。

       （3）氮?dú)馀c水的不相溶性，因此壓力的損失更小，并且可以在一定范圍內(nèi)調(diào)試，極大提高生產(chǎn)過(guò)程。

       （4）氮?dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)與周?chē)�物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)作用，因此不會(huì)對(duì)材料產(chǎn)生破壞。

 

3　輪胎組成中的各種橡膠

       輪胎由各種橡膠組成，其中包括天然橡膠與合成橡膠[8]。天然橡膠主要組成成分為-1，4-聚異戊二烯，質(zhì)量分布均勻，相對(duì)分子質(zhì)量較高，具有很高的強(qiáng)度，能有效提高橡膠的綜合性能。并且其擁有彈性極佳，比熱容低，抗沖擊性強(qiáng)等特點(diǎn)，因而使用廣泛。輪胎中使用的合成橡膠分為以下兩種：聚丁二烯橡膠，丁苯橡膠。聚二丁烯橡膠化學(xué)性質(zhì)與天然橡膠相似，通過(guò)單體丁二烯合成，有較好的耐磨能力且彈性極佳。丁苯二烯的主要組成成分為苯乙烯和丁二烯，分子量較為聚集，因此擁有一定的定向性結(jié)構(gòu)。其主要特點(diǎn)為：抗低溫、耐油、耐磨等。

 

4　硫化體系

4.1　硫化優(yōu)點(diǎn)

硫化體系中，硫磺硫化應(yīng)用非常廣，技術(shù)非常成熟，且擁有促進(jìn)劑。硫磺硫化有以下優(yōu)點(diǎn)：

       （1）減少硫磺使用量，提高硫磺使用的有效率，大大節(jié)省了生產(chǎn)成本。

       （2）在擁有促進(jìn)劑的情況下，能有效的縮短輪胎生產(chǎn)時(shí)間，降低能源消耗。而在促進(jìn)劑與硫化劑用量的不同配比下，又分為不同的硫化體系。

 

4.2　硫化體系

       硫化體系包括：高溫快速硫化體系、平衡硫化體系、半有效硫化體系、有效硫化體系、普通硫化體系等5種硫化體系。高溫快速硫化體系溫度非常高可達(dá)240℃，能顯著的降低橡膠的交聯(lián)密度，當(dāng)然，選取高溫硫化的必要條件為材料有一定的耐高溫性；平衡硫化體系能消除橡膠的不飽和度，使橡膠有一個(gè)穩(wěn)定的交聯(lián)密度，使硫化過(guò)程變?yōu)榉�(wěn)定的反應(yīng)過(guò)程。選取的橡膠一定要擁有較低的比熱容并且要具有較高的機(jī)械強(qiáng)度；半有效硫化體系通過(guò)促進(jìn)劑和硫磺的共同作用，硫化膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由大量的單硫鍵和雙硫鍵構(gòu)成，硫化過(guò)程穩(wěn)定，使用廣泛。其中所用到的橡膠需要具備抗硫化還原、耐熱等特點(diǎn)。有效硫化體系分為兩種，一種為活性劑與硫化劑的共同作用；一種為活性劑、硫化、促進(jìn)劑的不同混合比例下的化學(xué)作用，兩種方式均能有效的降低橡膠的硫化還原。所用到的材料需要有耐老化、耐熱性等特點(diǎn)。普通硫化體系主要為促進(jìn)劑、硫磺、活性劑不同配比下的共同化學(xué)作用，能夠有效的降低交聯(lián)密度，生產(chǎn)的橡膠耐疲勞極佳、彈性極佳、擁有較高的動(dòng)態(tài)性能。選取的材料通常要具有良好的耐熱、耐高溫。

 

5　硫化工藝

       以硫化測(cè)溫技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析驗(yàn)證不同的硫化工藝下輪胎的成型質(zhì)量，進(jìn)而對(duì)輪胎工藝進(jìn)行有效的改善。輪胎由橡膠構(gòu)成，橡膠在制造輪胎過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生硫化現(xiàn)象。所以，對(duì)橡膠的理化性質(zhì)要進(jìn)一步探討研究。硫化大致經(jīng)過(guò)3個(gè)階段：①活性劑、硫磺、促進(jìn)劑的化學(xué)反應(yīng)。②橡膠大分子相互反應(yīng)產(chǎn)生交聯(lián)現(xiàn)象。③交聯(lián)反應(yīng)經(jīng)過(guò)熟化、短化、重排、改性等過(guò)程，交聯(lián)鍵逐漸穩(wěn)固。橡膠的線性大分子在一定的壓力、溫度下通過(guò)物理化學(xué)作用而生成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這個(gè)過(guò)程就是硫化[9]。硫化工藝的改善是在硫化測(cè)溫的基礎(chǔ)上進(jìn)行，因此測(cè)溫的數(shù)據(jù)能更直觀的反映出生產(chǎn)輪胎的質(zhì)量水平，從而改善硫化工藝和硫化配方。硫化測(cè)溫發(fā)展多年，隨著以前誤差大、精度小的不成熟階段到現(xiàn)在精度高、誤差低的高技術(shù)階段的轉(zhuǎn)變，硫化測(cè)溫對(duì)輪胎生產(chǎn)硫化過(guò)程的影響逐漸提升，因此，要制造出性能優(yōu)越的輪胎，需要更好、更成熟的硫化測(cè)溫技術(shù)。因此，以下通過(guò)實(shí)驗(yàn)具體分析在測(cè)溫技術(shù)下對(duì)硫化工藝的改進(jìn)。

 

       硫化大致材料為某輪胎制造公司192/62R1490H型橡膠產(chǎn)品，儀器有MDR2000無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀、DSC204F1差示掃描量熱儀等。DSC試樣從輪胎斷面取得，參與比較的硫化特性試樣從終煉膠中獲取。差示掃描量熱儀測(cè)試中：升溫速率為12.5℃/min，溫度非常高280℃，測(cè)試品質(zhì)量5~15g。硫化測(cè)溫中需滿足以下指標(biāo)：①熱電偶在胚胎的位置合適，胚胎溫度范圍達(dá)到條件。②硫化器具正常工作，機(jī)器內(nèi)部沒(méi)有損壞。③硫化過(guò)程中溫度波動(dòng)范圍、內(nèi)外壓差大小均滿足規(guī)定條件。在測(cè)溫之前，要選擇好胚胎中合適的位置，并埋入熱電偶。硫化工藝選擇為：氮?dú)馀拍�、氮�(dú)獠慌拍�。通過(guò)硫化測(cè)溫技術(shù)測(cè)定兩種工藝的各項(xiàng)指標(biāo)，進(jìn)而分析得出非常優(yōu)的硫化工藝。表1和表2為測(cè)得的兩種工藝的具體指標(biāo)。

       由此可以得出，兩種方式均有過(guò)硫現(xiàn)象，氮?dú)馀拍�各�?xiàng)指標(biāo)更優(yōu)。但是在氮?dú)獠慌拍�的方式下，橡膠的過(guò)硫程度較大，上下模溫差較大。氮?dú)馀拍�的特點(diǎn)在于：①不僅能排除冷凝水也可以排除部分水蒸汽，達(dá)到降低溫度的效果。②能排除部分氣體，降低橡膠內(nèi)外壓力差，并使得壓力變化趨于平緩穩(wěn)定。在硫化氮?dú)馀拍�中：溫度增加幅度低、上下模溫差小，降低了硫化程度，進(jìn)而提高輪胎成型品質(zhì)。在DSC分析下，氮?dú)馀拍�產(chǎn)生的硫化程度更低。在對(duì)成品的檢測(cè)中，通過(guò)氮?dú)馀拍�工序生產(chǎn)的輪胎性能更優(yōu)。

 

6　硫化配方

       以硫化測(cè)溫技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)據(jù)研究不同材料的硫化還原現(xiàn)象，對(duì)各種組成成分進(jìn)行不同程度的配比，進(jìn)而對(duì)硫化配方優(yōu)化。由于實(shí)驗(yàn)的局限性，本次實(shí)驗(yàn)僅在配方配比上做小幅的微調(diào)，本次用到的主要材料為充油20%不溶性硫磺IS-7020、促進(jìn)劑CZ。以下為正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表3、表4。

       配比完成后，通過(guò)硫化測(cè)溫技術(shù)分別在140℃、160℃、180℃下測(cè)定不同配比組合所需要的硫化時(shí)間。

       由此可以看出，在140℃時(shí)，3#配比非常優(yōu)；在160℃時(shí)，2#配比非常優(yōu)；在180℃時(shí)，1#配比非常優(yōu)。非常佳為2#、180℃。

 

7　結(jié)語(yǔ)

       硫化的復(fù)雜性是導(dǎo)致技術(shù)革新難以實(shí)現(xiàn)的主要問(wèn)題，其中非常難的問(wèn)題就在于怎樣測(cè)定硫化過(guò)程中輪胎的實(shí)時(shí)溫度。因?yàn)檩喬ビ啥鄬酉鹉z合制而成，所以輪胎各層的溫度不一，而且是隨著時(shí)間的變化而變化，這一動(dòng)態(tài)的溫度測(cè)定是常規(guī)測(cè)溫方式難以實(shí)現(xiàn)的，隨著各國(guó)相關(guān)研究的進(jìn)行，硫化測(cè)溫得以實(shí)現(xiàn)，有效的解決了輪胎硫化過(guò)程中動(dòng)態(tài)溫度的實(shí)時(shí)測(cè)定。硫化測(cè)溫多應(yīng)用于輪胎的生產(chǎn)過(guò)程，這種測(cè)溫方式能夠準(zhǔn)確的描述硫化過(guò)程中時(shí)間-位置-溫度三者的動(dòng)態(tài)變化關(guān)系，在硫化測(cè)溫、變溫硫化、硫化傳熱等過(guò)程中有著重要的意義。通過(guò)硫化測(cè)溫技術(shù)分析得出：在硫化工藝中，氮?dú)馀拍�能有效的降低硫化程度；在硫化配方中，�?dāng)CZ、IS-7020配比為1.3:4.3，溫度為180℃時(shí)，硫化時(shí)間非常少，硫化程度非常低。