电子束辐射技术提高轮胎质量和生产效率

1、电子束辐射技术提高轮胎质量和生产效率0. 前言聚合物的辐射硫化研究始于第二次世界大战之后， 得益于核 反应技术的发展。在 20 世纪 40 年代末期开始基础技术研究， 随后逐步发展为商业化技术。近年来，各种各样的辐射源，比如 X- 射线（软和硬）、伽 马射线、紫外线（UV和电子束（EB）等，正在广泛应用于硫化 各种聚合物、橡胶、油漆、油墨、涂料和粘合剂以及接枝共聚。 电子束辐射硫化与传统的热硫化相比， 具有硫化速度快且均匀的 特点，这是使橡胶形成混合的交联网络最容易而且是唯一的技 术。1. 电子束辐射 在电子束辐射过程中，电子是由电子枪或电子发射器产生 的，在高度真空环境下，经过 150-25

2、0kV高压电场进行加速，高 能电子束通过金属箔窗， 轰击被辐照的目标， 达到辐射加工的目 的。产生电子并使其加速的设备一般称为电子加速器或电子束 发生器。 与其它的辐射方法相比， 电子束辐射有极大的穿透力和 极高的能量。电子束辐射归属于离子辐射， 而微波和红外线则属于非离子 辐射。电子束辐射通常用于交联高聚物，尤其是橡胶。电子束辐射技术硫化橡胶有诸多优点。 第一， 电子束辐射过 程没有废物产生，从而没有严重的环境危害；第二，需要的能量 低，设备在不使用时即可关闭，因此没有永久的放射性；第三， 电子束穿透力较高， 在硫化厚橡胶制品时， 能够有效控制硫化交 联的均匀性，可以在生产过程的任何阶段开始

3、辐射。此外，电子 束辐射在环境温度下就可以使用， 在橡胶产品中如果同时使用硫 黄硫化，能够使橡胶产生混合交联体系。2. 电子束辐射硫化轮胎部件的机理 电子束辐射是通过向目标材料的原子核外电子传递能量而 起作用的， 在这一过程中， 一些电子吸收了来源于电子束的能量 从原子中释放出来，产生正离子和自由电子。一些吸收了电子束能量的电子转移到更高能量的原子自由 基上，形成激活的原子或分子（自由基）活性点。这些离子、电 子以及激活的活性点， 成为被辐射材料发生任何化学变化的引发 点。在辐照过程中，发生交联反应的同时也发生链断裂反应，最 终形成的结果取决于两种反应的速率。3. 电子束辐射在橡胶工业中的应用

4、 正确合理选择辐射硫化条件， 可以改进材料的特性， 包括机 械性能、热性能、化学性能、粒子尺寸、溶解性能、兼容性、表 面性能以及其它性能。工业化应用电子束辐射高聚物能够实现四种效果，即交联、 聚合、接枝和降解。电子束辐射技术主要的应用领域包括电线和电缆、热收缩 管、连接头、薄膜、复合材料厚制品，如轮胎、传送带等。电子束辐射技术应用最广的是轮胎工业， 轮胎中既消耗天然 橡胶也消耗合成橡胶。 B.F.Goo-drich 公司是最早应用辐射技术 硫化轮胎的。1957年， Goodrich 应用 Co-60 辐射源成功地硫化了整条轮 胎，但是至今无法得知他们所采取的具体方法。 很少有关于应用 电子束或

5、其它辐射技术硫化整条轮胎的报道， 在这个领域的研究 工作几乎没有， 可能因为这样做几乎不具备可行性。 在轮胎工业 中，辐射技术的主要用途是预硫化轮胎的部件， 提高生产效率和 产品质量。电子束在轮胎工业中应用的主要目的是提高生胎强度， 从而 改进未硫化轮胎的尺寸稳定性， 减小胎体帘布层覆胶厚度， 阻止 帘线在最终硫化时发生位移， 使各部位内衬层厚度均匀， 既降低 了轮胎重量又提高轮胎性能， 还能减少硫化时间和制造成本， 提 高轮胎生产效率。所有这一切，使轮胎的质量和寿命得以提高。在轮胎部件硫化之前， 针对预辐射需要进行大量工作， 预硫 化后的轮胎部件用于轮胎成型和硫化也需要做大量试验工作， 包

6、括相关性能的评价等等。这样预处理轮胎部件的主要优点是， 减少硫化时间、 提高生 胶强度， 与常规热硫化相比， 提高轮胎硫化均匀性和产品尺寸稳 定性，节约材料，更好地控制胶层厚度。4. 电子束辐射硫化 制造轮胎通常使用不同级别和性能的天然橡胶、 丁苯橡胶和 顺丁胶，基于这些橡胶设计的配方可以用于不同规格的子午线轮 胎和斜交轮胎。本研究选择的配方是轮胎表层的胎面和内衬层， 胶料在工厂 制备，在BARC使用电子加速器辐照（型号ILU6），辐照环境是 室温、空气介质，电子束剂量为 5-10Mrad。首先开展的研究工 作是优化辐射轮胎部件所需的电子束剂量。一组胎面和内衬层经过 5Mrad电子束剂量辐射，

7、用 A表示， 另一组胎面和内衬层经过 7Mrad电子束剂量辐射，用B表示。加 速能量和束流分别为1.8MeV和1mA每通过一次辐射是IMrad 电子束辐射剂量。 使用辐照过的胎面和内衬层制造轮胎， 减少不 同的硫化时间，分别命名为 A组轮胎和B组轮胎。在轮胎成型之前， 研究了被辐射部件的部分特性， 比如硫化 特性、粘性、粘合强度和生胶强度等。轮胎胎面的内部受到辐射以后，基部胶部分发生了部分硫 化，使轮胎在最终硫化完毕时达到均匀硫化的效果， 而普通热硫 化是通过加热硫化剂从轮胎内部或外部开始硫化， 使轮胎表面和 中间部分的硫化程度不同。 如果同时使用硫黄硫化和电子束辐射 硫化，能够改变胎面内部的交联网络结构。5. 结论电子束辐射技术能够成功应用于橡胶 - 纤维复合结构的产 品，例如轮胎。显而易见，在乘用轮胎制造过程中，辐射硫化不 能完全取代硫黄硫化，除非完全重新设计轮胎。但是，应用辐射 技术对轮胎部件进行部分硫化已经成为常规做法。 与传统的热硫 化轮胎相比， 用电子束辐射预硫化轮胎部件制造的轮胎能够形成 混合的交联键形式，从而提高轮胎寿命。采用适当的辐射剂量， 对轮胎部件和胎体之间的粘合强度没有不利影响。通过电子束辐射胎面， 耐磨性有所提高， 这一现象归功于辐 射处理后产生的 C-C 交联键。此外，使用辐射处理过的部件制 造的轮胎，最终