CN105108944A

CN105108944A - 一种热氮硫化轮胎的方法

Info

Publication number: CN105108944A
Application number: CN201510651781.5A
Authority: CN
Inventors: 唐松青
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2015-12-02

Abstract

本发明属于橡胶轮胎制造领域，具体涉及一种热氮硫化轮胎的方法，包括轮胎硫化过程，从空气中提取氮气，氮气经过一次加压和一次加热后，即可在轮胎硫化时，直接向平板或胶囊硫化机模具内的水胎或胶囊充入作为介质使用。本发明避免了轮胎硫化过程中压力与温度的骤升、骤降而对轮胎内部结构造成的损害；所以能提高轮胎质量轮胎硫化的压力与温度的连续性。同时具有延长了胶囊的使用寿命，提高劳动生产率降低生产成本，改变传统电热棒或换热器加热的方法降低能耗，有利于环保使用范围广等优点。

Description

一种热氮硫化轮胎的方法

技术领域

本发明属于橡胶轮胎制造领域，具体涉及一种热氮硫化轮胎的方法。

背景技术

传统的轮胎硫化的方法是把空气、热水和蒸汽为介质，即向轮胎摸具内的水胎或胶囊充入空气、热水或蒸汽；以单模、双模或柱塞罐作为轮胎硫化的设备。但是，这种方法需要庞大的锅炉、热水处理系统不但占地面积大、成本高。同时加硫时间长效率低；对环境有污染，而且由于蒸汽和过热水对轮胎和胶囊的热氧老化而导致胶囊和轮胎的使用寿命降低。

近20年来世界上很多轮胎生产厂家都在探索用氮气等惰性气体替代空气、过热水和蒸汽来硫化轮胎，他们的方法是：(1)将胎胚置入模型；(2)将0.2～0.4MPa的低压氮气充入水胎或胶囊进行胎胚的定型：(3)将1.2～1.6MPa高压蒸汽充入胶囊，提供硫化所需热量，根据轮胎规格和品种不同，这步骤可持续2～6分钟：(4)充入高压氮气(＞2.0MPa)以提高剩余硫化时间内胶囊的内压；(5)排空胶囊，取出轮胎。

这种方法显然降低了生产成本，提高了轮胎的质量，延长了胶囊的使用寿命，也一定程度上提高了效率，但是它的不足之处也很明显：(1)轮胎硫化过程中蒸汽与氮气混合，造成高温高压下的氮气不纯，而使胶囊和轮胎亦存在过氧老化问题；(2)轮胎硫化需要大量的热量，而仅仅在硫化初期充入高压蒸汽作为热源是远远不够的，后入的常温氮气延缓了轮胎加硫的时间；(3)先入胶囊内的蒸汽遇上常温下的氮气凝结成水以后聚集在胶囊的下半侧，所以会造成轮胎硫化上下胎侧质量的不均匀性；(4)由于氮气里含有大量水，所以氮气的重复制用率太低，从而相对提高了生产成本。

针对以上技术的不足，中国专利CN1290595A公开了一种热氮硫化轮胎的方法，在轮胎硫化时，直接向硫化机或硫化罐的轮胎模具内的胶囊充入加热、加压后的纯氮气。本发明由于避免了轮胎硫化过程中压力与温度的骤升、骤降而对轮胎内部结构造成的损害所以能提高轮胎质量轮胎硫化的压力与温度的连续性好。同时具有延长了胶囊的使用寿命，提高了劳动生产率降低了生产成本，有利于环保使用范围广等优点。但是本技术同样存在以下技术缺陷，氮气在使用时采取总罐分送的方式，需要经过两套压力调节设备和加热装置，因此在工艺上需要经过两次加压和两次加热，由而造成生产效率低下以及热量的损耗，在硫化过程时氮气温度变化范围大，从而影响硫化的结果。另外，加热方式采取电发热管加热，升温慢，也不满足节能的需求。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明提供一种热氮硫化轮胎的方法，具有轮胎硫化效果好，生产效率高且节约能源的特点。

本发明所述的一种热氮硫化轮胎的方法，包括轮胎硫化过程，其特征在于：从空气中提取氮气，氮气经过一次加压和一次加热后，即可在轮胎硫化时，直接向平板或胶囊硫化机模具内的水胎或胶囊充入作为介质使用。

其中，具体步骤优选如下：

(1)通过制氮系统设备从空气中提取氮气并收集在氮气储罐里：

(2)将氮气储罐的氮气经过压缩机加压到2.0～4.0MPa后送入储压罐中；

(3)将轮胎的的胎胚用压力为0.08～0.2MPa的空气均匀定型并且装入模具中；

(4)将储压罐的氮气通过电磁加热器加热，加热后的氮气通过硫化机内压管送入水胎或胶囊，水胎或胶囊内的氮气温度保持在145～180℃，水胎或胶囊内的氮气压力通过旁通调压阀降至0.6～1.5MPa对生胎进行一次整型，将胶囊内定型时留下的空气排出，并持续合模完成；

(5)将加热好的氮气持续送入硫化机模具内的水胎或胶囊中，水胎或胶囊内的氮气温度保持在145～180℃，压力保持在2.0～4.0MPa，保持氮气通路与氮气储罐循环，并开始硫化轮胎。

本发明从空气中提取氮气的步骤优选为：

(1)空气加压到10MPa后送入空压缓冲罐：

(2)空压缓冲罐中的空气送入冷干机中排水除油；

(3)处理后的空气送入PSV负离子分子筛提取氮气。

从空气中提取氮气的装置包括：依次连接的空压机、空压缓冲罐、冷干机、空气缓冲罐、PSV制氮机、氮气缓冲罐、增压机和氮气储罐。

其中，冷干机和空气缓冲罐之间还可以设置有过滤器。可以将空气中的微粒进行过滤。

所述的PSV制氮机优选由两组并联的PSV负离子分子筛组成。

所述的氮气储罐的进气口和出气口均优选安装有流量计。

针对不同使用途径的轮胎，硫化时有不同的参数要求，其中，摩托车或电动车外胎硫化时的氮气温度为165～175℃，压力为2.0～2.5MPa，半钢或全钢外胎硫化时的氮气温度为145～155℃，压力为3.0～3.5MPa。

在本发明中，氮气储罐中的氮气只需经过一次加压即送入储压罐中，储压罐中的氮气经过电磁加热器加热后，分送至硫化机的原一次水进口和原二次水进口，分送管道上设置相应的二位切断阀。在氮气一次整型过程时，打开原一次进水口管道，闭合原二次进水口管道，在硫化阶段，闭合原一次进水口管道，打开原二次进水口管道。且硫化机的原二次出水口作为氮气循环利用的输送口与氮气储罐形成闭合回路。

在本发明中，电磁加热器确保升温快，进气出气顺畅；电磁加热器中的盘管采用导热良好的金属材料制成。

本发明所具有的优点是：

(1)提高轮胎质量：轮胎硫化的压力与温度的连续性好，避免了轮胎硫化过程中压力与温度的骤升、骤降对轮胎内部结构造成的损害。使用这种方法和工艺硫化的轮胎，在轮胎耐久性实验机上可跑220个小时，而国家标准是57个小时。

(2)延长了胶囊的使用寿命：由于硫化过程中，即在高温高压下，胶囊内的纯净的氮气，所以胶囊的过热老化问题基本不存在，胶囊的寿命可延长两倍。

(3)提高了劳动生产率：采取氮气一次加压和一次加热工艺，减少工艺路线，提高了生产效率。相对于传统技术，氮气的高温高压是空气、过热水和蒸汽所不能比拟的，保压下循环氮气能快速补充轮胎硫化所需的热量和压力。采用热氮气加压硫化，可节约时间20％。

(4)降低了生产成本：一次加压和一次加热工艺，简化了生产设备，减少了相应的设备采购成本。相对于传统技术，锅炉、热水站、热水的输送需很大的先期投资和后期维修费用，取消了水加热和泵送，从而减少硫化能量费用50～60％；用低压氮气定型，取消了定型用低压蒸汽，节省了水处理和排放费用；氮气的加热与加压都由电力完成，减少了能量传递过程中其它损失，氮气对整个硫化管路也基本无腐蚀等其它副作用。

(5)有利于环保：氮气系统操作简单、清洁，提取与排放都没有污染，没有有害的化学物质或三废要进行处理，可直接排放在大气中。

(6)使用范围广可应用于单模、双模和柱塞罐满足不同轮胎配方的要求。氮气的加热与加压都由电力直接完成并可随时调整氮气的压力与温度保证可控。

附图说明

图1为本发明的工艺流程原理图。

图2为本发明中从空气中提取氮气的结构示意图。

图2中：1、空压机2、空压缓冲罐3、冷干机4、过滤器5、空气缓冲罐6、PSV制氮机7、氮气缓冲罐8、增压机9、氮气储罐。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：

一种热氮硫化轮胎的方法，具体步骤如下：

其中，从空气中提取氮气的步骤为：

(1)空气加压到10MPa后送入空压缓冲罐：

(2)空压缓冲罐中的空气送入冷干机中排水除油；

(3)处理后的空气送入PSV负离子分子筛提取氮气。

从空气中提取氮气的装置包括：依次连接的空压机1、空压缓冲罐2、冷干机3、空气缓冲罐5、PSV制氮机6、氮气缓冲罐7、增压机8和氮气储罐9。

其中，冷干机3和空气缓冲罐5之间还设置有过滤器4。可以将空气中的微粒进行过滤。

所述的PSV制氮机6由两组并联的PSV负离子分子筛组成。

所述的氮气储罐9的进气口和出气口均安装有流量计。

本实施例中，氮气储罐9中的氮气只需经过一次加压即送入储压罐中，储压罐中的氮气经过电磁加热器加热后，分送至硫化机的原一次水进口和原二次水进口，分送管道上设置相应的二位切断阀。在氮气一次整型过程时，打开原一次进水口管道，闭合原二次进水口管道，在硫化阶段，闭合原一次进水口管道，打开原二次进水口管道。且硫化机的原二次出水口作为氮气循环利用的输送口与氮气储罐9形成闭合回路。

在本实施例中，电磁加热器确保升温快，进气出气顺畅；电磁加热器中的盘管采用导热良好的金属材料制成。

实施例2：

应用实施例1的方法，对本技术做工艺成本分析。

1、蒸汽与氮气的成本比较。

(1)根据锅炉厂提供的数据，一吨锅炉每小时耗煤约为180公斤，目前市场煤价约为680元(每吨)。经过计算：680元/吨÷1000kg/吨＝0.68元/kg(每公斤煤的价格为0.68元)。然后可以计算出一吨锅炉每小时需要多少钱：180kg/h×0.68元/kg＝122.4元

(2)按照一吨水烧一吨蒸汽来计算，根据饱和蒸汽比重表来看，1.5mpa(10公斤)的饱和蒸汽的密度为：7.9kg/m³。1000kg÷7.9kg/m³＝126.5m³。

(3)此时可以算出每立方蒸汽的成本：122.4元÷126.5m³＝0.9675元/m³≈0.97元。

(4)现场是9硫化机，其中有两台硫化机是4模，七台硫化机是5模。一共模具数量为43副模具，每小时也开2.5模，水胎按照0.01m³计算。那么每小时充入胶囊需要的蒸汽约为：

43副×2.5次×0.01m³(水胎)×16(压力系数)×2(排气次数)＝34.4立方/小时。

那么每天在蒸汽上的能耗为：34.4m³×0.97元/m³×24小时/天≈800元/天。

(5)常规99.99％纯度的氮气成本也最多在0.6元/m³。(根据各制氮机厂家工艺不一样，导致分子筛的空氮比也不一样)。综上所述，不难看出蒸汽成本其实比氮气还高。

2、使用热氮硫化效率。

按照传统蒸汽硫化方式，先充入一段蒸汽，然后排气一次，再次充入蒸汽到硫化结束。使用热氮硫化的工艺是这样的：合模以后先充入40秒氮气对管道和水胎预热，然后排气8秒，再充入热氮到硫化结束。整个过程不需要用到蒸汽，所以氮气才能循环使用。目前传统110/90-16的硫化时间为21分钟，排气时间为1分钟，总时间为21分钟，修改成热氮硫化后硫化时间可以缩短到17分钟，排气时间为10秒，如果氮气压力提升到2.0mpa。硫化时间将会更短。轮胎品质也会更好。以下计算为理论值：(每天工作时间为24小时，换算成1440分钟，所有模具都按照110/90-16生产)

传统工艺：1440分钟÷21分钟/模＝68.5模68.5模×43模＝2949条(轮胎)

热氮硫化：1440分钟÷17分钟/模＝84.7模84.7模×43模＝3642条(轮胎)

那么热氮硫化工艺比传统工艺每天会多出693条轮胎3642条-2949条＝693条

Claims

1.一种热氮硫化轮胎的方法，包括轮胎硫化过程，其特征在于：从空气中提取氮气，氮气经过一次加压和一次加热后，即可在轮胎硫化时，直接向平板或胶囊硫化机模具内的水胎或胶囊充入作为介质使用。

2.根据权利要求1所述的一种热氮硫化轮胎的方法，其特征在于包括以下步骤：

3.根据权利要求1和2所述的一种热氮硫化轮胎的方法，其特征在于从空气中提取氮气的步骤是：

(1)空气加压到10MPa后送入空压缓冲罐：

(2)空压缓冲罐中的空气送入冷干机中排水除油；

(3)处理后的空气送入PSV负离子分子筛提取氮气。

4.根据权利要求3所述的一种热氮硫化轮胎的方法，其特征在于从空气中提取氮气的装置包括：依次连接的空压机、空压缓冲罐、冷干机、空气缓冲罐、PSV制氮机、氮气缓冲罐、增压机和氮气储罐。

5.根据权利要求4所述的一种热氮硫化轮胎的方法，其特征在于冷干机和空气缓冲罐之间还设置有过滤器。

6.根据权利要求4所述的一种热氮硫化轮胎的方法，其特征在于所述的PSV制氮机由两组并联的PSV负离子分子筛组成。

7.根据权利要求4所述的一种热氮硫化轮胎的方法，其特征在于所述的氮气储罐的进气口和出气口均安装有流量计。

8.根据权利要求1和2所述的一种热氮硫化轮胎的方法，其特征在于：摩托车或电动车外胎硫化时的氮气温度为165～175℃，压力为2.0～2.5MPa，半钢或全钢外胎硫化时的氮气温度为145～155℃，压力为3.0～3.5MPa。