CN115570825B - 一种e型应力平衡硫化胶囊及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轮胎制备技术领域，公开了一种E型应力平衡硫化胶囊，所述硫化胶囊外侧匹配安装有轮胎，所述硫化胶囊包括胶囊冠部，所述胶囊冠部中心点的水平高度高于所述胶囊冠部边缘点的水平高度，且所述胶囊冠部边缘点相对所述胶囊冠部中心点的下落量为所述轮胎行驶面高度的0.5‑0.7倍；所述胶囊冠部的宽度为所述轮胎宽度的0.9‑1.05倍；本发明通过对胶囊冠部的改进，可以使胶囊形状与外胎胎胚内轮廓相适应，外胎硫化结束后容易脱出，脱模方便，不损坏夹缘，延长胶囊的使用寿命。

Description

一种E型应力平衡硫化胶囊及其生产工艺

技术领域

本发明涉及轮胎制备技术领域，特别是涉及一种E型应力平衡硫化胶囊及其生产工艺。

背景技术

硫化胶囊，是轮胎硫化机的中空薄壁橡胶制品，用于装入待硫化的胎坯内腔再通入加热介质，配合硫化机进行定型和硫化作业。硫化胶囊的类型视硫化机结构的不同而异，目前各种定型硫化机使用的胶囊主要为B型硫化胶囊。但是传统的Ｂ型硫化胶囊的外轮廓形状与低断面高性能轮胎内轮廓形状相差甚远，致使低断面轮胎的胎里质量缺陷较多，经常出现胎里窝气、周向裂口等问题。

随着公司内部UHP轮胎（Ultra High performance，超高性能轮胎）规格的开发和增加，胎里窝气、劈缝、周向裂口等成为低断面高性能轮胎主要的外观缺陷，且低断面高性能轮胎规格断面较低，成品胎的胎肩曲率较大，胶囊的匹配程度对外观质量的影响较明显，加之低断面高性能轮胎的断面宽度和断面高度分布较宽，低断面高性能轮胎规格运用传统Ｂ型硫化胶囊生产已不适应。

因此，如何提供一种应力平衡硫化胶囊以实现胶囊与硫化轮胎的匹配是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种E型应力平衡硫化胶囊，以解决传统硫化胶囊胎里窝气、劈缝、周向裂口等现象，实现胶囊与硫化轮胎的匹配。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种E型应力平衡硫化胶囊，所述硫化胶囊外侧匹配安装有轮胎，所述硫化胶囊包括胶囊冠部，所述胶囊冠部中心点的水平高度高于所述胶囊冠部边缘点的水平高度，且所述胶囊冠部边缘点相对所述胶囊冠部中心点的下落量为所述轮胎行驶面高度的0.5-0.7倍；所述胶囊冠部的宽度为所述轮胎宽度的0.9-1.05倍。

在其中一些实施例中，所述硫化胶囊的直径伸张系数为105%-120%，周长伸张系数为106-116%。

在其中一些实施例中，所述硫化胶囊包括两个夹持部，分别位于所述硫化胶囊端部，且所述夹持部厚度为7.0mm；所述硫化胶囊中心点的厚度为4.5mm。

在其中一些实施例中，所述硫化胶囊表面设置有排气线，每个所述排气线宽度为0.8-1.2mm，深度为0.3-0.4mm，且相邻所述排气线之间的距离为10-15mm。

在其中一些实施例中，所述硫化胶囊表面设置有花纹，所述花纹位于相邻所述排气线之间，且所述花纹形状为碎石型、斜线型或网格型。

在其中一些实施例中，所述排气线呈交叉形式，且交叉排气线起始位置的宽度为适配的轮胎胎面展开宽度的0.3倍。

在其中一些实施例中，所述胶囊冠部的宽度、所述硫化胶囊的直径、所述硫化胶囊的断面周长均为5的整数倍；所述硫化胶囊各部位的厚度为0.5的整数倍。

本发明还公开了上述E型应力平衡硫化胶囊的生产工艺，包括以下步骤：

（1）将原料倒入密炼机中进行密炼，排胶，得到密炼胶料；

（2）将密炼胶料放入开炼机中进行混炼，压出胶片，并使所述胶片冷却至室温；

（3）将冷却后的胶片装入注射硫化机的螺杆内进行挤压后进入模具型腔中，进行高温加压硫化处理，硫化完成后，顶出硫化胶囊。

在其中一些实施例中，步骤（2）中所述混炼温度为70-80℃，混炼时长为5-15min。

在其中一些实施例中，步骤（2）中所述使所述胶片冷却至室温包括以下步骤：

使所述胶片以2-4℃/min的速率由70-80℃降至55-60℃，恒温保温3min；

使所述胶片继续以3-6℃/min的速率由55-60℃降至35-40℃，恒温保温5min；

所述胶片自然降至25℃，即可。

在其中一些实施例中，步骤（3）中硫化所需温度为145-165℃，硫化时长为60-70min。

本发明实施例一种E型应力平衡硫化胶囊，与现有技术相比，其有益效果在于：

（1）本发明通过对胶囊冠部的改进，可以使胶囊形状与外胎胎胚内轮廓匹配适应度更高，减小胶囊寸口与轮胎寸口之间的差值，使得外胎硫化结束后容易脱出，脱模方便，不损坏夹缘，延长胶囊的使用寿命；

（2）本发明制备得到的硫化胶囊具有优异的拉伸强度、扯断伸长率、撕裂强度、定伸应力为300%，以及良好的硬度和使用寿命，可以有效降低生产及使用成本。

附图说明

图1是本发明实施例的硫化胶囊结构示意图；

图2是本发明实施例的胶囊硫化工作示意图；

图3为低断面轮胎应力平衡硫化胶囊与普通胶囊样式对比图；

图4是本发明实施例胶囊与轮胎匹配后的应力云图;

图5是本发明实施例相同内压作用下胶囊与轮胎接触压力对比;

图6是本发明实施例胶囊排气线排列示意图。

在图中，1为硫化胶囊；2为普通胶囊、3轮胎、4为胶囊冠部、51为上夹具、52为下夹具、61为上钢圈、62为下钢圈、7为模具型腔。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

因轮胎的硫化外观缺陷集中在轮胎肩部，主要表现为胎里窝气、劈缝、周向裂口、肩部漏线等问题，如图3所示，传统的硫化普通胶囊2冠部宽度与外胎内轮廓不匹配，无胶囊冠部下落量，部分轮胎规格存在胶囊寸口与轮胎寸口差异大，胶囊周长伸张系数和直径伸张系数选择不合理等问题，因此为实现胶囊与外胎胎里更好地配合，需对胶囊的尺寸参数进行改进。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供了一种E型应力平衡硫化胶囊，所述硫化胶囊1包括胶囊冠部4，所述胶囊冠部4中心点与所述胶囊冠部4边缘点位于不同的水平面，且所述胶囊冠部4边缘点相对所述胶囊冠部4中心点的下落量P为轮胎3行驶面高度的0.5-0.7倍。

在本发明一些具体实施例中，如图2所示，所述胶囊冠部4的宽度以BTW表示，胶囊冠部4的宽度BTW为轮胎3宽度的0.9-1.05倍，可以更好的使得硫化1胶囊与轮胎3胎里轮廓保持一致；具体的，胶囊冠部4的宽度BTW为5的整数倍。

通过对胶囊冠部的上述改进，可以使胶囊形状与外胎胎胚内轮廓相适应，外胎硫化结束后容易脱出，脱模方便，不损坏夹缘，延长胶囊的使用寿命；并且需要说明的是本发明的E型应力平衡硫化胶囊适用于50系列以下轮胎。

在本发明一些具体实施例中，如图2所示，为胶囊硫化工作示意图，其中轮胎3设置于模具型腔7内，硫化胶囊1通过上夹具51、下夹具52的配合以及上钢圈61、下钢圈62的配合固定于模具型腔7内；

所述硫化胶囊1的直径伸张系数为105-120%，周长伸张系数为106-116%；

具体的，直径伸张系数计算公式如下：

式中：TID为轮胎内直径，BOD为胶囊直径；

周长伸张系数计算公式如下：

式中：TIP为轮胎内轮廓弧长，BPN为无效伸张值，BIP为胶囊断面周长；

其中，无效伸张BPN的计算公式如下：

式中：ΦC为夹缘内径，b为夹缘宽度，ΦND为夹缘冠部内径。

本实施例确定低断面高性能轮胎专用E型应力平衡硫化胶囊的径伸系数控制在105%-120%，周伸系数控制在106%-116%；经过大量试验研究发现，E型应力平衡硫化胶囊设计时若轮胎径伸系数和周伸系数低于下限，则硫化过程中易产生胎里不平、胎里打折等现象；而当轮胎径伸系数和周伸系数高于上限，则硫化胶囊的使用寿命将直线下降。

在本发明一些具体实施例中，胶囊直径BOD及胶囊断面周长BIP均取5的整数倍。

在本发明一些具体实施例中，所述硫化胶囊1中心点的厚度为4.5mm，夹持部位厚度为7.0mm；

其中，硫化胶囊1中心点的厚度为胶囊中厚A，在确定胶囊中厚A时需要考虑胶囊的周长伸张系数，二者的关系如下：

胶囊中厚=(k)×周长伸张系数

式中：（K）为胶囊伸张时所需的中厚，取4-5mm，对于“E”形式胶囊，（K）值取4。

在本发明一些具体实施例中，胶囊各部位厚度均取0.5的倍数。

在本发明一些具体实施例中，胶囊冠部4弧度尺寸以轮胎3的形状为参考基准，在保证胶囊冠部4下落量的基础上，为100的整数倍。

在本发明一些具体实施例中，硫化胶囊1肩部尺寸以轮胎3肩部内轮廓形状为参考基准，利用有限元分析方法，对胶囊肩部弧度进行优化设计，为10的整数倍。

具体的，结合225/35R20 94W L688规格，将低断面高性能轮胎专用E型应力平衡硫化胶囊1与原施工使用的LP18B胶囊进行有限元对比分析，如图4所示。

针对硫化工艺过程中轮胎出现的肩部窝气及周向裂口现象，胶囊与轮胎匹配性能的主要评价指标为：相同内压作用下胶囊与轮胎接触压力，如图5所示；由图5可以看出相同内压作用下，低断面高性能轮胎专用E型应力平衡硫化胶囊1与轮胎3肩部的接触压力大于原施工使用的LP18B胶囊，即E型应力平衡硫化胶囊与轮胎内表面的接触更加紧密。因此低断面高性能轮胎专用的E型应力平衡硫化胶囊有助于消除胶囊形状与外胎肩部不匹配导致的肩部窝气及裂口。

在本发明一些具体实施例中，所述硫化胶囊1表面的排气线形状为碎石型、斜线型或网格型。

具体的，在胶囊寿命稳定的条件下，硫化胶囊1表面的排气线形状优选为碎石型，可以更好的排出外胎硫化时胎里与胶囊之间的空气，减少窝气现象。

在本发明一些具体实施例中，所述硫化胶囊1的任意排气线宽为0.8-1.2mm，排气线深度为0.3-0.4mm，相邻所述排气线之间的距离为10-15mm，且排气线自胶囊水平中心各10mm处延伸至肩部，倾斜角度为30°。

在本发明一些具体实施例中，所述硫化胶囊1表面设置有花纹，所述花纹位于相邻所述排气线之间，所述花纹形状为碎石型、斜线型或网格型，且所述花纹高度为0.3mm。

在本发明一些具体实施例中，如图6所示，所述硫化胶囊1的排气线呈交叉形式，且交叉排气线起始位置的宽度为适配的轮胎胎面展开宽度的0.3倍。

在本发明一些具体实施例中，如图1所示，胶囊夹缘高度h及夹缘宽度b根据模具卡盘尺寸设计，其中夹缘高度压缩量控制在10-20%，以保证胶囊安装牢固，着合紧密不泄露。

225/35R20 94W L688规格原施工使用LP18B普通胶囊，常因肩部窝气等原因造成硫化无法正常开班生产，且所有胎胚必须人工刷内喷涂，针对上述现象，本发明对上述E型应力平衡硫化胶囊及原施工使用的LP18B普通胶囊在硫化过程中的外观变化进行了评测，评测结果发现，低断面高性能轮胎专用E型应力平衡硫化胶囊在正常硫化过程中，无外观缺陷产生且硫化过程中可取消人工刷内喷涂工序，且E型应力平衡硫化胶囊在使用次数与普通胶囊相当的基础上，硫化质量及生产效率均优于原施工使用的普通胶囊。

实施例2

本实施例提供了上述E型应力平衡硫化胶囊的生产工艺，包括以下步骤：

（1）将原料倒入密炼机中进行密炼，排胶，得到密炼胶料；

（2）将密炼胶料放入开炼机中在70-80℃的温度下进行混炼5-15min，压出胶片，所述胶片分阶段冷却至室温，具体为：以2-4℃/min的速率由70-80℃降至55-60℃，恒温保温3min；继续以3-6℃/min的速率由55-60℃降至35-40℃，恒温保温5min；然后自然降至室温，即可；

（3）将冷却后的胶片装入注射硫化机的螺杆内进行挤压后进入模具型腔中，在145-165℃的条件下进行高温加压硫化处理60-70min，硫化完成后，顶出硫化胶囊。

具体的，本实施例针对混炼出胶过程进行了相关的试验验证，试验方法为设置试验例1-3，并对试验例1-3制备得到的硫化胶囊的性能进行测试。

试验例1

（1）将原料倒入密炼机中进行密炼，排胶，得到密炼胶料；

（2）将密炼胶料放入开炼机中在75℃的温度下进行混炼12min，压出胶片，所述胶片分阶段冷却至室温，具体为：以4℃/min的速率由75℃降至60℃，恒温保温3min；继续以5℃/min的速率由60℃降至40℃，恒温保温5min；然后自然降至室温，即可；

（3）将冷却后的胶片装入注射硫化机的螺杆内进行挤压后进入模具型腔中，在155℃的条件下进行高温加压硫化处理65min，硫化完成后，顶出硫化胶囊。

试验例2

（1）将原料倒入密炼机中进行密炼，排胶，得到密炼胶料；

（2）将密炼胶料放入开炼机中在70℃的温度下进行混炼15min，压出胶片，所述胶片分阶段冷却至室温，具体为：以3℃/min的速率由70℃降至55℃，恒温保温3min；继续以3℃/min的速率由55℃降至38℃，恒温保温5min；然后自然降至室温，即可；

（3）将冷却后的胶片装入注射硫化机的螺杆内进行挤压后进入模具型腔中，在145℃的条件下进行高温加压硫化处理70min，硫化完成后，顶出硫化胶囊。

试验例3

（1）将原料倒入密炼机中进行密炼，排胶，得到密炼胶料；

（2）将密炼胶料放入开炼机中在80℃的温度下进行混炼5min，压出胶片，所述胶片分阶段冷却至室温，具体为：以2℃/min的速率由80℃降至58℃，恒温保温3min；继续以6℃/min的速率由58℃降至35℃，恒温保温5min；然后自然降至室温，即可；

（3）将冷却后的胶片装入注射硫化机的螺杆内进行挤压后进入模具型腔中，在165℃的条件下进行高温加压硫化处理60min，硫化完成后，顶出硫化胶囊。

试验例4

（1）将原料倒入密炼机中进行密炼，排胶，得到密炼胶料；

（2）将密炼胶料放入开炼机中在75℃的温度下进行混炼12min，压出胶片，所述胶片自燃冷却至室温；

（3）将冷却后的胶片装入注射硫化机的螺杆内进行挤压后进入模具型腔中，在155℃的条件下进行高温加压硫化处理65min，硫化完成后，顶出硫化胶囊。

试验例5

（1）将原料倒入密炼机中进行密炼，排胶，得到密炼胶料；

（2）将密炼胶料放入开炼机中在75℃的温度下进行混炼12min，压出胶片，所述胶片分阶段冷却至室温，具体为：以4℃/min的速率由75℃降至50℃，恒温保温3min；继续以5℃/min的速率由50℃降至30℃，恒温保温5min；然后自然降至室温，即可；

（3）将冷却后的胶片装入注射硫化机的螺杆内进行挤压后进入模具型腔中，在155℃的条件下进行高温加压硫化处理65min，硫化完成后，顶出硫化胶囊。

对试验例1-5制备得到的硫化胶囊进行性能测试，测试结果参见表1：

以上结果表明，通过对压片出胶过程降温程序的调节，本发明制备得到的硫化胶囊各项机械性能优异，质量更好、强度更高，且能有效延长其使用寿命，进而降低生产成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方案而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种E型应力平衡硫化胶囊，所述硫化胶囊外侧匹配安装有轮胎，其特征在于，所述硫化胶囊包括胶囊冠部，所述胶囊冠部中心点的水平高度高于所述胶囊冠部边缘点的水平高度，且所述胶囊冠部边缘点相对所述胶囊冠部中心点的下落量为所述轮胎行驶面高度的0.5-0.7倍；所述胶囊冠部的宽度为所述轮胎宽度的0.9-1.05倍；所述硫化胶囊包括两个夹持部，分别位于所述硫化胶囊端部，且所述夹持部厚度为7.0mm；所述硫化胶囊中心点的厚度为4.5mm；

所述硫化胶囊的直径伸张系数为105%-120%，周长伸张系数为106-116%；

所述直径伸张系数=，所述周长伸张系数=/>，其中，/>；

所述TID为轮胎内直径，所述BOD为胶囊直径，所述TIP为轮胎内轮廓弧长，所述BPN为无效伸张值，所述BIP为胶囊断面周长，所述ΦC为夹缘内径，所述b为夹缘宽度，所述ΦND为无效伸张内径。

2.根据权利要求1所述的E型应力平衡硫化胶囊，其特征在于，所述硫化胶囊表面设置有排气线，每个所述排气线宽度为0.8-1.2mm，深度为0.3-0.4mm，且相邻所述排气线之间的距离为10-15mm。

3.根据权利要求2所述的E型应力平衡硫化胶囊，其特征在于，所述硫化胶囊表面设置有花纹，所述花纹位于相邻所述排气线之间，且所述花纹形状为碎石型、斜线型或网格型。

4.根据权利要求2所述的E型应力平衡硫化胶囊，其特征在于，所述排气线呈交叉形式，且交叉排气线起始位置的宽度为适配的轮胎胎面展开宽度的0.3倍。

5.一种权利要求1-4任一项所述的E型应力平衡硫化胶囊的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将原料倒入密炼机中进行密炼，排胶，得到密炼胶料；

（2）将密炼胶料放入开炼机中进行混炼，压出胶片，并使所述胶片冷却至室温，所述混炼温度为70-80℃，混炼时长为5-15min，所述使所述胶片冷却至室温包括以下步骤：

使所述胶片以2-4℃/min的速率由70-80℃降至55-60℃，恒温保温3min；

使所述胶片继续以3-6℃/min的速率由55-60℃降至35-40℃，恒温保温5min；

所述胶片自然降至25℃，即可；

（3）将冷却后的胶片装入注射硫化机的螺杆内进行挤压后进入模具型腔中，进行高温加压硫化处理，硫化完成后，顶出硫化胶囊，硫化所需温度为145-165℃，硫化时长为60-70min。