CN108162226A - 一种高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法，属于轮胎技术领域，其制备方法包括如下步骤，第1步，配料，各组分配比为：丁基橡胶95，氯丁橡胶4‑5，N375炭黑15‑20，乙炔炭黑35—45，石墨烯7‑15，烷烃油7‑10,硬脂酸0.5‑1.5，氧化锌5‑7，树脂8‑10；第2步，一段混炼；第3步，滤胶；第4步，二段混炼；第5步，成型；第6步，硫化；第7步，打磨；第8步，成品检验。本发明提供的高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法在保证其各项物理机械性能稳定的基础上进一步提高导热系数，从而达到节约能源，降低成本的目的。

Description

一种高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法
技术领域：
本发明公开了一种高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法，属于轮胎制造技术领域。
背景技术：
随着轮胎生产技术的快速发展，轮胎质量越来越高，各轮胎企业产品趋于同质化，轮胎生产企业之间的竞争依据产品质量的差距已经逐渐缩小，节约能源、降低生产成本、提高劳动生产效率也成为轮胎生产企业间强有力的竞争力。轮胎硫化胶囊作为轮胎生产过程中不可缺少的工具，提高其导热性能对提高轮胎生产企业的生产效率及节约能源有着至关重要的作用。
轮胎硫化胶囊的作用是轮胎生胎硫化时在其内部充压缩空气、氮气、过热水或过热蒸气，撑起生胎，形成内压定型并传导热量，从内部对生胎进行硫化。轮胎生胎外部与钢模直接接触，因钢模的导热性能优于硫化胶囊，所以提高硫化胶囊的导热性可以缩短轮胎生胎硫化时间，从而达到节约能源、降低生产成本的作用。
轮胎硫化胶囊的使用环境极为苛刻，在大于180℃的高温环境下进行几百次的大幅度屈挠、共硫化，所以对硫化胶囊的抗撕裂程度、伸长率、硬度、强度、弹性以及定伸应力等各项指标均需达到一定的要求，在保证以上指标稳定的前提下增加填充材料提高轮胎硫化胶囊的导热性成为新的研究方向。
石墨烯作为一种新型填充材料，首次运用到轮胎硫化胶囊生产中。石墨烯与石墨、金刚石等都是碳元素的单质，它们互为同素异形体。石墨的比表面积为5-10m2/g,导热系数为5-20w/(m·k)，而石墨烯的理论比表面积为2630m2/g,导热系数为5000w/(m·k)。对比可知石墨烯在比表面积和热导率性能方面比石墨优异得多，在密炼过程中可与胶料更充分的接触，并表现出更突出的导热性能。
密炼中心混炼一般用于轮胎生产企业，因其产量大，不同部件的胶料配方各不相同，每种配方的添加剂种类繁多，混炼均匀性要求高，所以必须使用密炼中心混炼工艺。对于轮胎硫化胶囊而言，因其生产配方及添加剂种类较少，一般采用开放式炼胶机或普通式密炼机进行混炼。开放式密炼机混炼周期长，胶料均匀性差，产量低，操作环境极为恶劣。普通式密炼机各小料称量温度控制均采用人工操作，精确度不高，人为因素影响较大，容易出现误操作，操作过程中易产生烟尘，操作环境极为恶劣。本发明混炼工艺采用密炼中心混炼，密炼机使用啮合型密闭式炼胶机，目的为提高胶料性能，缩短生产周期，保证混炼质量，提高生产效率，改善操作环境。参考文件为橡胶技术与装备，第10期，啮合型和剪切型密炼机混炼效果的对比试验研究，文章编号1009-797X(2005)10-0006-03。
发明内容：
本发明提供了一种高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法，克服现有技术导热性不足的缺点，充分提高轮胎硫化胶囊的导热系数，同时保证轮胎硫化胶囊的抗撕裂程度、伸长率、硬度、强度、弹性以及定伸应力等各项物理机械性能指标相对稳定；在不影响产品性能的基础上，实现了在单位时间内提供更多的热量，从而减少轮胎的硫化时间，节约能源并提高轮胎生产过程的劳动生产效率；混炼工艺采用密炼中心混炼，提高混炼的均匀性，缩短混炼时间，提高生产效率。
技术方案：
一种高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法，包括如下步骤：
第1步，配料，按每l00份橡胶中各种原料的重量份对高导热型轮胎硫化胶囊的各原料组分进行称重，配比为：丁基橡胶95，氯丁橡胶4-5,N375炭黑15-20，乙炔炭黑35--45，石墨烯7-15，烷烃油7-10,硬脂酸0.5-1.5，氧化锌5-7，树脂8-10；
第2步，一段混炼，采用密炼中心混炼，使用设备为XMN-160×(5～50)Y啮合型密闭式炼胶机，投料顺序为丁基橡胶、氯丁橡胶→硬脂酸→石墨烯→1/2N375炭黑、1/2乙炔炭黑→1/2N375炭黑、1/2乙炔炭黑→烷烃油→排胶，排胶温度控制在140～150℃之间，压力4.5～6Pa,转速35～50转，时间240秒，混炼结束后将得到的混炼胶在炼胶机上捣炼散热，胶料下片过冷却线冷却后停放；
第3步，滤胶，使用设备为销钉机筒冷喂料滤胶挤出机，将步骤2得到的胶片放入挤出机中过滤，机头温度35±5℃，使用28、40目两层滤网，得到胶片待用；
第4步，二段混炼，使用设备为开放式炼胶机、热喂料挤出机，将步骤3得到的胶片放入开炼机中混炼，开放式开炼机前辊温度50～70℃，后辊温度55～75℃，在混炼过程中加入树脂和氧化锌，混炼均匀后得到的胶片放入热喂料挤出机中挤出胶条，胶条温度≤120℃，将得到的胶条送入挂料房停放待用；
第5步，成型，使用设备为冷喂料成型机，将步骤4得到的胶条放入冷喂料成型机中挤出料坯，冷喂料成型机的螺旋杆温度设定范围为40～50℃，电机转速为800～1200r/min，将挤出的料坯按顺序放入烘箱内预热待用；
第6步，硫化，使用硫化机分为模压式和注射式两种，将步骤4得到的料坯放入硫化机中硫化，得到高导热型轮胎硫化胶囊；硫化温度范围175～210℃，硫化时间15～150分钟，压力9～25pa；
第7步，打磨，用砂轮将高导热型轮胎硫化胶囊中口部位打磨平滑整齐，深度不得超过0.5mm；
第8步，成品检验，根据质量检验标准对高导热型轮胎硫化胶囊进行检验，合格后入库。
所述高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法，其特征在于，所述第1步中N375炭黑、乙炔炭黑、石墨烯为填充剂；
所述高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法，其特征在于，所述第1步中烷烃油为软化剂。
所述高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法，其特征在于，所述第1步中硬脂酸为加工助剂。
所述高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法，其特征在于，所述第1步中氧化锌为活化剂。
所述高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法，其特征在于，所述第1步中树脂为硫化剂。
有益效果
本发明与参考发明CN102993577B对比，用石墨烯一种材料代替三氧化二铝和石墨，并减少了基础材料丁基橡胶(原用量100)及填充材料乙炔炭黑(原用量40-60)的用量，用烷烃油代替蓖麻油，节约原材料的同时明显提高轮胎硫化胶囊的导热系数及胶囊的拉伸强力，在保证轮胎硫化胶囊各项物理机械性能指标稳定、不影响产品性能的基础上，实现了单位时间内为轮胎生胎硫化提供更多的热量，从而减少轮胎生胎的硫化时间，节约能源，提高轮胎生产过程的劳动生产效率，降低生产成本。
本发明与参考发明CN102993577B对比，填充材料石墨、三氧化二铝及乙炔炭黑的作用是提高硫化胶囊的导热系数，石墨的晶体颗粒比较大，与胶料混合不均匀，且本身导热性能比石墨烯差，而三氧化二铝需与石墨协同作用来提高胶囊的导热性，三氧化二铝的加入虽可以提高轮胎硫化胶囊的导热性，但因其本身硬度较高，且为白色粉末状，颗粒大，与胶料混合后影响胶囊的各项物理性能，对胶囊的使用寿命有不利影响。另一方面三氧化二铝对人体的眼睛、鼻子及肺部有刺激，所以尽量少加或不加。而石墨烯在高导热性轮胎硫化胶囊配方中的添加应用，使得这种硫化胶囊不仅具有高导热性能，而且具有优异的物理机械性能与使用寿命。完成其提高内侧硫化胶囊的传热速度，减少轮胎的硫化时间，提高轮胎工厂的设备利用率，起到节能降耗的目的。
本发明混炼工艺采用密炼中心混炼，使用设备为XMN-160×(5～50)Y啮合型密闭式炼胶机，啮合型密闭式炼胶机较普通密炼机的优点在于，啮合型密炼机的混炼作用发生在2转子之间的啮合区域，由于转子突棱的外径大于2转子的中心距，
胶料在混炼过程中除了受到剪切力的作用还受到捏炼的作用，而且在上顶栓的作用下胶料被强制进入2转子之间，因而胶料会产生较大的变形，并受到极强的作用力，从而增强混炼效果，并能加快胶料热量传导。而且啮合型密闭式炼胶机采用自动化系统操作，自动投料，计量及温控精确，容量大，生产效率提高，混炼更均匀，提高混炼胶的性能；混炼过程中产生的烟气通过排气管自动排出，改善操作环境。现有技术使用开放式密炼机或者是普通密炼机，开放式密炼机混炼周期长，胶料均匀性差，产量低，操作环境极为恶劣。而普通式密炼机的各小料称量温度控制均采用人工操作，精确度不高，人为因素影响较大，容易出现误操作，且操作过程中易产生烟尘，操作环境极为恶劣，所以对比现有技术，本发明所采用的密炼中心混炼可以提高胶料性能，缩短混炼时间，提高生产效率，改善操作环境。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，并不是对本发明权力的限制。
本发明实施例采用的密炼机为XMN-160×(5～50)Y啮合型密闭式炼胶机。
本发明实施例采用的硫化机为：胶囊硫化机模压与注射两种。
本发明实施例生产轮胎硫化胶囊的规格主要为轿车轮胎胶囊(PCR)、卡车轮胎用胶囊(TBR)及其他。
本发明实施例中未提及或未限定的参数为现有技术。
[S-X-1]实施例1，一种高导热性轮胎硫化胶囊的制备方法，采用以下工艺步骤：
第1步，配料，用电子秤对各种原料进行称重，选取丁基橡胶95份、氯丁橡胶5份、N375炭黑14份、乙炔炭黑32份、石墨烯5.5份、烷烃油8.2份、硬脂酸1.2份、氧化锌5份、树脂8份；
第2步，一段混炼，采用密炼中心混炼，投料顺序为丁基橡胶、氯丁橡胶→硬脂酸→石墨烯→1/2N375炭黑、1/2乙炔炭黑→1/2N375炭黑、1/2乙炔炭黑→烷烃油→排胶，排胶温度控制在140～150℃之间，压力4.5～6Pa,转速35～50转，时间240秒，混炼结束后将得到的混炼胶在炼胶机上捣炼散热，胶料下片过冷却线冷却后停放；
第3步，滤胶，使用设备为销钉机筒冷喂料滤胶挤出机，将步骤2得到的胶片放入挤出机中过滤，机头温度35±5℃，使用28、40目两层滤网，得到胶片待用；
第4步，二段混炼，使用设备为开放式炼胶机、热喂料挤出机，将步骤3得到的胶片放入开炼机中混炼，开放式开炼机前辊温度50～70℃，后辊温度55～75℃，在混炼过程中加入树脂和氧化锌，混炼均匀后得到的胶片放入热喂料挤出机中挤出胶条，胶条温度≤120℃，将得到的胶条送入挂料房停放待用；
第5步，成型，使用设备为冷喂料成型机，将步骤4得到的胶条放入冷喂料成型机中挤出复合成型施工标准的料坯，冷喂料成型机的螺旋杆温度设定范围为40～50℃，电机转速为800～1200r/min，将挤出的料坯按顺序放入烘箱内预热待用；
第6步，硫化，将步骤4得到的成型胶片按施工标准及工艺参数要求放入硫化机中硫化，得到高导热型轮胎硫化胶囊，硫化温度范围175～210℃，硫化时间15～150分钟，压力9～25pa；
第7步，打磨，用砂轮将高导热型轮胎硫化胶囊中口部位打磨平滑整齐，深度不得超过0.5mm；
第8步，成品检验，对高导热型轮胎硫化胶囊进行检验，合格后入库。
[S-X-2]实施例2一种高导热性轮胎硫化胶囊的制备方法，采用以下工艺步骤：
第1步，配料，用电子秤对各种原料进行称重，选取丁基橡胶98份、氯丁橡胶4份、N375炭黑16份、乙炔炭黑35份、石墨烯9份、烷烃油8份、硬脂酸1.5份、氧化锌6份、树脂9份；
第2步，一段混炼，采用密炼中心混炼，投料顺序为丁基橡胶、氯丁橡胶→硬脂酸→石墨烯→1/2炭黑(N375炭黑、乙炔炭黑)→1/2炭黑(N375炭黑、乙炔炭黑)→烷烃油→排胶，排胶温度控制在140～150℃之间，压力4.5～6Pa,转速35～50转，时间240秒，混炼结束后将得到的混炼胶在炼胶机上散热，然后胶料下片，过冷却线冷却后停放。
第3步，滤胶，使用设备为销钉机筒冷喂料滤胶挤出机，将步骤2得到的胶片放入挤出机中过滤，机头温度35±5℃，使用28、40目两层滤网，得到胶片待用；
第4步，二段混炼，使用设备为开放式炼胶机、热喂料挤出机，将步骤3得到的胶片放入开炼机中混炼，开放式开炼机前辊温度50～70℃，后辊温度55～75℃，在混炼过程中加入树脂和氧化锌，混炼均匀后得到的胶片放入热喂料挤出机中挤出胶条，胶条温度≤120℃，将得到的胶条送入挂料房停放待用；
第5步，成型，使用设备为冷喂料成型机，将步骤4得到的胶条放入冷喂料成型机中挤出复合成型施工标准的料坯，冷喂料成型机的螺旋杆温度设定范围为40～50℃，电机转速为800～1200r/min，将挤出的料坯按顺序放入烘箱内预热待用；
第6步，硫化，将步骤4得到的成型胶片按施工标准及工艺参数要求放入硫化机中硫化，得到高导热型轮胎硫化胶囊。硫化温度范围175～210℃，硫化时间15～150分钟，压力9～25pa；
第7步，打磨，用砂轮将高导热型轮胎硫化胶囊中口部位打磨平滑整齐，深度不得超过0.5mm；
第8步，成品检验，对高导热型轮胎硫化胶囊进行检验，合格后入库。
用上述配方测得的胶料导热系数，其结果如下表所示：
表一
样品编号 导热系数(W/m*k)
传统轮胎硫化胶囊 0.2480
S-X-1 0.4482
S-X-2 0.4572
与传统的轮胎硫化胶囊相比，导热系数有了显著提高，另一方面，考虑配方变化后是否会影响到硫化胶囊物理机械性能和实际应用，为此，我们对高导热性轮胎硫化胶囊和普通轮胎硫化胶囊的物理性能进行了对比实验，其测试结果如下：
表二
根据试验结果可以看出使用高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法得到的硫化胶囊，其各项物理机械性能指标及综合性能指标与传统的硫化胶囊相比基本保持稳定，没有发生大的变化。
综上所述，本发明公开的高导热型硫化胶囊的制备方法得到的硫化胶囊，在导热系数提高的同时，各项物理机械性能指标相对稳定，在不影响产品性能的基础上，实现了在单位时间内提供更多的热量从而减少轮胎的硫化时间，达到节约能源和提高劳动生产效率的目的，用本发明公开的方法制备的高导热型轮胎硫化胶囊经使用验证寿命可达到600次以上，现已投入批量生产，并以其优异的导热性能获得客户的认可。

Claims (6)

1.一种高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
第1步，配料，按每l00份橡胶中各种原料的重量份对高导热型轮胎硫化胶囊的各原料组分进行称重，配比为：丁基橡胶95，氯丁橡胶4-5,N375炭黑15-20，乙炔炭黑35--45，石墨烯7-15，烷烃油7-10,硬脂酸0.5-1.5，氧化锌5-7，树脂8-10；
第2步，一段混炼，采用密炼中心混炼，使用啮合型密闭式炼胶机，投料顺序为丁基橡胶、氯丁橡胶→硬脂酸→石墨烯→1/2N375炭黑、1/2乙炔炭黑→1/2N375炭黑、1/2乙炔炭黑→烷烃油→排胶，排胶温度控制在140-150℃之间，压力4.5～6Pa,转速35～50转，时间240秒，混炼结束后将得到的混炼胶在炼胶机上散热，然后胶料下片过冷却线冷却后停放；
第3步，滤胶，使用设备为销钉机筒冷喂料滤胶挤出机，将步骤2得到的胶片放入挤出机中过滤，机头温度35±5℃，使用两层滤网，得到胶片待用；
第4步，二段混炼，使用设备为开放式炼胶机、热喂料挤出机，将步骤3得到的胶片放入开炼机中混炼，开放式开炼机前辊温度50～70℃，后辊温度55～75℃，在混炼过程中加入树脂和氧化锌，混炼均匀后得到的胶片放入热喂料挤出机挤出胶条，胶条温度≤120℃，将得到的胶条送入挂料房停放待用；
第5步，成型，使用设备为冷喂料成型机，将步骤4得到的胶条放入冷喂料成型机中挤出料坯，冷喂料成型机的螺旋杆温度设定范围为40～50℃，电机转速为800～1200r/min，将挤出的料坯按顺序放入烘箱内预热待用；
第6步，硫化，使用硫化机分为模压式和注射式两种，将步骤4得到的料坯放入硫化机中硫化，得到高导热型轮胎硫化胶囊，硫化温度范围175～210℃，硫化时间15～150分钟，压力9～25pa；
第7步，打磨，用砂轮将高导热型轮胎硫化胶囊中口部位打磨平滑整齐，深度不得超过0.5mm；
第8步，成品检验，对高导热型轮胎硫化胶囊进行质量检验，合格后入库。
2.根据权利要求1所述的高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法，其特征在于，所述第1步中N375炭黑、乙炔炭黑、石墨烯为填充剂。
3.根据权利要求1所述的高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法，其特征在于，所述第1步中烷烃油为软化剂。
4.根据权利要求1所述的高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法，其特征在于，所述第1步中硬脂酸为加工助剂。
5.根据权利要求1所述的高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法，其特征在于，所述第1步中氧化锌为活化剂。
6.根据权利要求1所述的高导热型轮胎硫化胶囊的制备方法，其特征在于，所述第1步中树脂为硫化剂。
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