CN104827612A - 一种不等温平板硫化机及其硫化工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平板硫化机及其硫化工艺，平板硫化机包括硫化机本体，压力单元，上下固定板，活动板，硫化模具，以及分流器，其中，上固定板、活动板、下固定板通过导向柱依次顺序连接，分流器位于活动板上，硫化模具位于活动板下面，同时位于加热冷却单元上面，加热冷却单元能够控制硫化模具实现不等温硫化。本发明可用在改善轮胎各部位胶的硫化匹配方面，通过配方调整，减少硫化时间，降低轮胎整体过硫程度，同时可有效解决轮胎硫化后裂纹的质量问题，对提高硫化设备的安全性和使用寿命、节约能源具有重要的意义。

Description

一种不等温平板硫化机及其硫化工艺

技术领域

本发明涉及橡胶硫化技术领域，具体涉及一种不等温平板硫化机及其硫化工艺。

背景技术

目前，我国大多数轮胎企业，硫化胶囊生产采用恒温法硫化，由于装模时温度过高极易因胶料焦烧造成胶囊裂口、分层问题。其内温的控制是在硫化诱导期和预硫化期胶囊内通入一定温度压力的介质并持续一段时间；在正硫化期胶囊内不间断通入一定温度压力的过热水，保持胶囊内的恒温恒压。同时为控制外温，轮胎外的外压温蒸汽保持恒温。胎坯装于模具内然后置于蒸汽室硫化。而适当提高硫化温度对提高硫化胶囊生产效率及改善产品质量均极为有利，但提高硫化温度极易造成胶囊裂口、分层问题，导致质量事故发生，降低产品合格率。

一般轮胎的正硫化温度在145℃以上，某些轿车轮胎正硫化温度高达200℃，但正硫化时间很短。对于巨型轮胎，其胎体橡胶厚度达150～300mm，需要正硫化时间长。为避免表面的过硫化，多采用比一般轮胎正硫化期温度低得多的硫化温度，如正硫化温仅为138度，但在这样低的温度下正硫化需要的时间过长，当胎体内部橡胶达到正硫化要求时，胎体外部的橡胶往往已过硫。过硫使胶料的物理性能大幅度下降，影响轮胎质量。

中国专利公开号CN2079110，公开日1991年06月19日，发明创造的名称为一种硫化机热压板，该申请案公开了采用将相互连通的热管阵列设置在加热装置与热压板工作面之间的方案。美国专利公开号6350114，公开日2002年02月26日，发明创造的名称为Isothermal coremolding platen，该申请案公开了采用将每只热管与加热装置相互间隔且相互平行布置在热压板内的方案。这两个方案的不足之处是热管与加热装置在热压板上是相分离的，加热装置与热压板相接触并对它直接加热。当热压板产生温差后，埋在热压板内的热管再起温度展平作用。

由于橡胶胶料的导热性能比较差，对于厚制品来讲，在硫化过程中内部胶料的加热速度比与热源接触的外部胶料的加热速度要慢得多。因此在制品硫化时，其内外有一温度梯度，在与加热和冷却介质不同距离的地方出现不同的时间-温度相关性。这对形状不规则的厚制品，尤其是轮胎的硫化均匀性影响很大。对现代轮胎制造来说，当硫化温度非常高的时候，这一温度梯度就会更加明显。另一个与制造轮胎密切相关的影响是，一条轮胎是由不同材料制成以便于满足所需的物理性能。这些均导致了不同的硫化特性和热传递性能。因此有必要检查轮胎不同部分的硫化程度以便保证达到最佳硫化状态。

一个用于测定硫化程度的方法是在硫化之后对轮胎的特定部位进行检测。然而，这一方法只能在单一硫化条件下提供信息，无法提供关于动力学过程的相关信息。因此，很难确定硫化过程是否达到了最佳程度，除非检查不同硫化时间的轮胎。

实心轮胎胎体宽厚，广泛应用于工程机械上。现有的实心轮胎多采用硫化机或硫化罐进行硫化，其硫化的工艺是将实心轮胎放置在带有流道口的模具内然后用硫化机或硫化罐进行恒压恒温硫化，即在硫化过程中硫化的压力和温度始终保持不变。该恒压恒温硫化的方法主要存在的问题是：一是由于实心轮胎胎体宽厚，在恒压恒温硫化时模具内壁橡胶原材即胎体外层的橡胶原材料先膨胀、先进入模具的流道口，胎体内部的橡胶原材料后膨胀后流动，这样由于外层橡胶原材料先膨胀胎体内部的橡胶原材料产生的膨胀应力不能得到很好的释放，同时由于流道口截面堵死或截面变小，内部的橡胶原材料在硫化时的流动性也差，致使硫化后的实心轮胎由于内部橡胶原材料膨胀力的释放，从而会导致实心轮胎外表面裂纹等质量问题产生。二是由于硫化设备长期处于高温高压状态，设备的使用寿命、安全性都会收到影响。三是长时间的高温高压浪费能源。

平板硫化机是各种橡胶模型制品及非模型制品的主要成型设备，具有压力大、适应性广、效率高、占地面积小等特点，在橡胶制品企业得到广泛的应用。现有的设备采用大排量油泵和电液换向阀成完成作业，这就造成了系统所需流量特别大，进一步造成油箱容量，电机功率等所有元件的规格都需加大，因而设备整体外形庞大；且现有的平板硫化机在加热温度控制方面不合理，对操作人员讲，不好操作，很容易造成加热时间过长，造成不必要的能量消耗，并可能导致硫化产品质量无法得到保证。因此加热速度慢，加热温度不够高，且加热成本比较高等问题制约了产业的发展，为解决以上问题，亟待研发一款新的平板硫化机。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种加热效果好、耗能较低，且容易进行温度控制的不等温平板硫化机及其硫化工艺。

该不等温平板硫化机是将厚制品实际硫化过程中测定的时间-温度曲线输入数字控制单元，而加热板的温度可以按照实测的温度进行模拟控制，所得橡胶试片进行物理性能测试，由此可以得到与硫化胶物理性能有关的非等温硫化动力学曲线。该平板机可用在改善轮胎各部位胶的硫化匹配方面，通过配方调整，减少硫化时间，降低轮胎整体过硫程度。

为了实现上述目的，本发明首先提供一种不等温平板硫化机。

本发明的一种平板硫化机，包括硫化机本体，压力单元1，上下固定板4、6，活动板5，硫化模具3，以及分流器8，其中，上固定板4、活动板5、下固定板6通过导向柱7依次顺序连接，分流器8位于活动板5上，硫化模具3位于活动板5下面，同时位于加热冷却单元2上面，加热冷却单元2能够控制硫化模具3实现不等温硫化。

进一步地，加热冷却单元2包括加热板罩21、加热板22、隔热层23，加热板罩21、加热板22、隔热层23顺次设置，加热板22采用铸造结构，在铸造过程中埋入适合数量的加热棒，在相邻两加热棒之间开降温孔，接降温介质(如室温压缩空气，但不限于此)，可根据需要控制降温介质的通、断，从而达到控制加热板22温升曲线的目的。

进一步地，压力单元1采用气动方式，使用压缩空气作为动力源。

进一步地，该平板硫化机包括真空机构，包括有安装在上固定板上的滑柱和定位在滑柱上并沿滑柱上下位移的真空罩组成；其中：滑柱采用钢板焊接而成方形，真空罩定位于滑柱上，真空罩的四壁紧贴滑柱下端有前后滑块、左右滑块和真空防漏胶条，真空罩的左右两侧安装有真空罩铜衬座，该真空罩铜衬座中安装有铜衬，真空罩下端安装有密封耐油条并且与滑动板接合使真空罩内形成一密闭空间，从而达到抽真空的目的。

同时，本发明提供使用上述不等温平板硫化机进行硫化的工艺，步骤包括：

a.软件中编辑并输入硫化时间与温度的曲线，设定硫化合模力不小于7T；

b.设置完成后，放入待硫化胶料，点击开始；

c.开始运行后，气缸按一定的速度和出力大小，带动活动板向下移动，进行合模；

d.压力传感器检测出合模力达到预先设定的压力值后，气缸停止动作，并保持压力恒定；

e.加热板通电，开始加热；

f.硫化模具内的温度传感器实时监测温度变化，得出温度曲线，并与预设温度曲线进行比较；

g.两条曲线在同一时间坐标时，

若实测温度曲线≤预设温度曲线，继续加热；

若实测温度曲线＞预设温度曲线，冷却介质接通，强制降温；

硫化结束时，气缸自动开模并自锁，同时提示操作人员硫化结束。

本发明与现有技术相比，具有以下突出优势：

1.采用气动方式作为动力源具有以下诸多优点

(1)节能：输入0.5mpa的压缩空气即可满足开合模及长时间保压。大量实验证明，本技术比液压系统节能40％-80％。液压系统中，系统压力是通过高压油的溢流实现，而本系统中不需设置溢流阀，系统压力通过力的平衡保持，系统中选用软密封的专用气控单向阀，保压期间实现零泄露。

(2)寿命长：因本系统没有高速运转的机械部件，其使用寿命不低于传统液压站的三倍。使用传统液压站，在保压期间，由于高压油的泄露，导致系统压力下降，系统要在带较大负荷工况下启动，大大降低电机及油泵的寿命。

(3)合模力恒定不变：系统压力是由输入气压压力决定，气压压力调定后系统压力不变，保证硫化件质量的稳定。

(4)开合模速度快，提高生产效率。

(5)用油量小：相比于液压系统，气动系统的用油量显著减少，甚至不用油。

(6)无噪音：系统仅在开合模、升压和降温时有轻微排气声，相比于液压系统的噪音，可忽略不计。

(7)工作环境得到改善：本系统无油、无噪音的特点相比于液压系统漏油、噪音大的特点，可使工人工作环境得到明显改善。

2.实现温度实时控制

传统平板硫化机均为恒温硫化模式，即在硫化之前，先将平板硫化机上下加热板预热，待加热板温度达到预先设定的硫化温度并保持稳定后，再放置待硫化胶料进行硫化。此种恒温硫化模式，难以模拟厚制品(尤其是轮胎)内部胶料缓慢升温的实际硫化过程。

该不等温平板硫化机为变温硫化模式，即在硫化之前，先将待硫化胶料放入硫化模具中，再将实测的厚制品(尤其是轮胎)内部胶料实际硫化过程中的温升曲线输入到数字控制单元，从而对上下加热板温度进行模拟控制，使其按照预先设定的温升曲线缓慢升温，同时对待硫化胶料进行硫化。对硫化之后的试片进行物理性能测试，可以得到与硫化胶物理性能有关的非等温硫化动力学曲线。该平板可用在改善轮胎各部位胶的硫化匹配方面，通过配方调整，减少硫化时间，降低轮胎整体过硫程度。

3.加热板构造为铸造结构

传统平板硫化机加热板多为轧制钢制成，加热方式可采用电加热、蒸汽加热或热流质加热。以电加热为例，在加热板一侧钻有一定数量、一定深度、一定直径的孔，内部插入相应的加热棒。当加热棒通电加热时，加热板通过自身的导热性能，将热量传递给两板之间的硫化模具，从而达到为胶料加热的目的。另有一温度传感器插入加热板中，以便实时检测加热温度。当检测到加热板温度达到预先设定的硫化温度时，便会控制加热板温度保持稳定。此种加热板构造不可避免的会带来以下弊端：1)加热板温度全由加热棒温度决定，且加热棒和加热板之间存在空隙，影响导热性能，无法做到实时、准确控制加热温度，更无法强制降温；2)加热板为轧制钢制成，导热性能及导热均匀性一般，导致加热板整体温度均匀性不佳；3)温度传感器测量的是加热板的温度，而非硫化模具的实际温度，因两者之间存在温度梯度，所以温度传感器不能实时反映胶料的实际硫化温度。

附图说明：

图1为系统结构图；

图2为主体结构正面图；

图3为主体结构背面图；

图4为加热冷却单元；

图5为轮胎硫化温度-时间曲线；

图6为胎冠中心位置胎面和带束层之间胶料硫化特性与模拟温度-时间的关系。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

一种平板硫化机，如图2-3所示，包括硫化机本体，压力单元1，上下固定板4、6，活动板5，硫化模具3，以及分流器8，其中，压力单元1采用气动方式，使用压缩空气作为动力源，上固定板4、活动板5、下固定板6通过导向柱7依次顺序连接，分流器8位于活动板5上，硫化模具3位于活动板5下面，同时位于加热冷却单元2上面，加热冷却单元2能够控制硫化模具3实现不等温硫化。

如图4所示，加热冷却单元2包括加热板罩21、加热板22、隔热层23，加热板罩21、加热板22、隔热层23顺次设置，加热板22采用铸造结构，在铸造过程中均匀埋入5-10根加热棒，在相邻两加热棒之间开降温孔，接降温介质压缩空气，可根据需要控制降温介质的通、断，从而达到控制加热板22温升曲线的目的。

本发明提供使用上述不等温平板硫化机进行硫化的工艺，步骤包括：

a.软件中编辑并输入硫化时间与温度的曲线，设定硫化合模力的大小为7T。如图5所示为在实际轮胎硫化过程中，利用热电偶检测到的轮胎各部分位置的硫化温度-时间曲线，图5中曲线分别表示的检测位置为(1)胎冠中心位置胎面和模具之间；(2)胎冠中心位置胎面和带束层之间；(3)胎冠中心位置带束层和外帘布之间；(4)胎冠中心位置内衬层和外帘布之间；(5)胎冠中心位置隔离胶和胶囊之间；(6)胎肩附近胎面和带束层之间；(7)胎侧和外帘布之间；(8)两个胎圈之间；

在实际试验中，将硫化过程中得到的温度-时间曲线输入到可编程温度控制单元。因此，以单独某一部分的物理特性为基础，整条轮胎的硫化状态就会被检测。本实施例选择(2)胎冠中心位置胎面和带束层之间为检测位置；

b.设置完成后，放入待硫化的卡车胎面胶，点击开始；为了研究胶料的不等温硫化动力学，将冷却介质流动的时间作为一个变量，样片的不等温动力学曲线与其物理性能相关联，如图6所示，胎冠中心位置胎面和带束层之间胶料硫化特性(通过拉伸应力应变、硬度和溶胀度的测定来评价硫化程度)与模拟温度-时间的关系可以看出，在硫化曲线的基础上，长时间的硫化会降低成品的有效物理性能；因此减少硫化时间可以提高轮胎的质量。对于模拟轮胎来说，单独位置的硫化匹配和硫化稳定状态都是可以接受的。当轮胎在正常硫化条件下被硫化时，每一部分都不会欠硫化。然而，从动力学曲线来看，为了得到最优物理性能，硫化时间应该缩短。如果从物理性能最优化到冷却介质开始循环这段时间间隔作为额外的硫化时间，这一间隔大约是30分钟。因此可以假设轮胎的硫化时间可以缩减30分钟(如图6所示)。

从动力学曲线也可以看出，即使所有曲线都具有相对稳定的特征，长时间的硫化条件也会生产出物理性能减弱的硫化产品。

c.开始运行后，气缸按7T出力，以10mm/s的速度带动活动板向下移动，进行合模；

d.压力传感器检测出合模力达到预先设定的压力值7T后，气缸停止动作，并保持压力恒定；

e.加热板通电，开始加热；

f.硫化模具内的温度传感器实时监测温度变化，得出温度曲线，并与预设温度曲线进行比较；

g.两条曲线在同一时间坐标时，

若实测温度曲线≤预设温度曲线，继续加热；

若实测温度曲线＞预设温度曲线，冷却介质接通，强制降温；

硫化结束时，气缸自动开模并自锁，同时提示操作人员硫化结束。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明构思所作的变化和修饰，皆应属本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种平板硫化机，其特征在于：包括硫化机本体、压力单元(1)、上固定板(4)、下固定板(6)、活动板(5)、硫化模具(3)以及分流器(8)，上固定板(4)、活动板(5)、下固定板(6)通过导向柱(7)依次顺序连接，分流器(8)位于活动板(5)上，硫化模具(3)位于活动板(5)下面，同时位于加热冷却单元(2)上面，加热冷却单元(2)能够控制硫化模具(3)实现不等温硫化。

2.根据权利要求1所述的平板硫化机，其特征在于，加热冷却单元(2)包括加热板罩(21)、加热板(22)和隔热层(23)，加热板罩(21)、加热板(22)、隔热层(23)顺次设置，加热板(22)采用铸造结构，在铸造过程中埋入适合数量的加热棒，在相邻两加热棒之间开降温孔，接降温介质，可根据需要控制降温介质的通、断，从而达到控制加热板(22)温升曲线的目的。

3.根据权利要求1或2所述的平板硫化机，其特征在于，压力单元(1)采用气动方式，使用压缩空气作为动力源。

4.根据权利要求2所述的平板硫化机，其特征在于，所述的降温介质为室温压缩空气、循环冷却水或循环冷却油。

5.一种利用权利要求1-4任一项所述的平板硫化机进行不等温硫化的工艺方法，具体包括以下步骤：

a.软件中编辑并输入硫化时间与温度的曲线，设定硫化合模力的大小；

b.设置完成后，放入待硫化胶料，点击开始；

c.开始运行后，气缸按一定的速度和出力大小，带动活动板向下移动，进行合模；

d.压力传感器检测出合模力达到预先设定的压力值后，气缸停止动作，并保持压力恒定；

e.加热板通电，开始加热；

f.硫化模具内的温度传感器实时监测温度变化，得出温度曲线，并与预设温度曲线进行比较；

g.两条曲线在同一时间坐标时，

若实测温度曲线≤预设温度曲线，继续加热；

若实测温度曲线＞预设温度曲线，冷却介质接通，强制降温；

硫化结束时，气缸自动开模并自锁，同时提示操作人员硫化结束。