轮胎工艺知识

1、第三节 轮胎工艺知识第一部分 轮胎发展简史最早的轮胎是由木头或铁制造的，这从我国古代的战车上和国外的绅士马车上都能看出。1885年首次发明空气轮胎的是英国商人，这种轮胎是充气轮胎的雏形，它的舒适性与滚动阻力都比实芯轮胎好得多，但负荷量小，也无法充气，因而限制了它的使用范围。到1888年曾在英国兽医学院受训过的发明了充气轮胎，并取得了专利。这种充气轮胎比空气轮胎前进了一大步，它提高了负荷质量，减小了滚动阻力，提高了行驶速度和舒适性。虽然Dunlop的充气轮胎结构比较简单，但却开创了轮胎制造技术的新纪元。后来发明了有钢丝圈结构的轮胎，同时开始采用内胎。1890年Dunlop和Welch两家公司联合

2、生产带钢丝圈结构的充气轮胎。由于轮胎采用了钢丝圈和轮辋，使充气轮胎由自行车胎发展到汽车轮胎。对提高轮胎性能起决定作用的革命是采用了无纬线的帘布，约于1893年第一次采用棉帘布制造轮胎，比用帆布制造的充气轮胎使用寿命和行驶性能大大提高。在美国于1889年首先制造充气轮胎的厂家是Goodrich。中国则是在1931年由上海的一家工厂生产出第一家汽车轮胎。因此，轮胎的发展是经历了一个漫长的历程，在这漫长过程中不知有多少代人为之付出了艰辛的劳动和高超的智慧。第二部分 轮胎基本构成一、轮胎的功能为保证汽车的性能，要求轮胎具有如下四项基本功能：1、支承汽车重量（负荷性能）2、将驱动力和制动力传递到路面（牵

3、引性和制动性）3、改变和保持行驶方向（操纵性和稳定性）4、缓冲来自路面的冲击（乘坐舒适性和包络特性）此外，耐磨性和节油性，也都是重要的要求性能。二、轮胎的分类轮胎按照结构可以分为三类，分别为斜交胎、半钢胎和全钢胎。无论是斜交胎、半钢丝子午线轮胎，还是全钢丝子午线轮胎，大致上都可以分为胎冠、胎体、缓冲层或带束层及胎圈等部位，基本上都是由胎冠、胎肩、胎侧复合件、胎体、胎圈、胎圈填充胶、子口包布及内衬层等几个部分组成。具体如下图斜交胎 半钢胎全钢胎三、子午线轮胎结构特点胎体帘线按子午线方向排列（与胎冠中心线呈90°或接近90 °排列），并有帘线排列几乎接近周向的带束层箍紧胎体的这

4、类充气轮胎，叫子午线轮胎。只有带束层为钢丝帘线的子午线轮胎叫半钢子午线轮胎，而胎体、带束层和子口包布全部采用钢丝帘线的子午线轮胎叫全钢丝子午线轮胎。一般简称为全钢子午胎，有时又称为全钢胎。为了便于统一描述轮胎的部位，避免产生混乱，一般轮胎行业将整个轮胎按下图分为：（1）五大部位：胎冠、胎肩、胎侧、胎圈、胎体；（2）三大区域：两个非变形区，一个变形区；（3）将胎圈部位按照人的足部命名习惯将其称为：胎趾、胎踵；（4）为了便于观察轮胎装配后是否正确，人为的在轮胎外表面加上了：装配线和防护线全钢子午线轮胎结构图四、子午线轮胎规格标识（一）普通载重子午胎规格标志9.00 R 20轮辋名义直径(英寸) 子

5、午线结构标志轮胎名义断面宽(英寸)（二）轻卡子午线轮胎规格标志6.50 R 16 TL 104/102 L速度符号负荷指数(单胎/双胎)无内胎标志轮辋名义直径(英寸)子午线结构标志轮胎名义断面宽(英寸)L （三）轿车子午线轮胎规格标志185 /70 S R 13 86负荷指数轮辋名义直径(英寸)子午线结构标志速度级符号 轮胎扁平率轮胎名义断面宽(英寸) 五、轮胎花纹类型和特点（一）花纹类型（如下图）1、普通花纹（1）横向花纹：有烟斗、羊角、八角等类型。 优点：驱动和制动性能好，花纹基部不易裂口，不易夹石子。 缺点：滚动阻力大、生热大、散热慢、易肩空。（2）纵向花纹：有曲折、锯齿型。 优点：滚动

6、阻力小、抗侧滑性好、嗓音小。 缺点：花纹基部易裂口、易夹石子、耐磨性差。（3）混合花纹：胎冠中部为纵向，肩部为横向。 优点：防滑性好，驱动力和制动力较好。 缺点：耐磨性差。（4）越野花纹：有向越野花纹、无向越野花纹。 优点：驱动力和制动力大、花纹自洁性好，适用于雪地、河地、泥泞地。（二）花纹深度胎面花纹依轮胎规格、花纹类型、胎体强度、车辆速度等来确定，一般认为花纹越深耐磨性越好，但是，轮胎重量增加、胎体散热性差。（三）磨耗标志为了安全起见，规定轮胎要有最低残沟，故在胎面周围设置不少于四处凸起的部位，称之为磨耗标志。轮胎磨耗到此部位要更换轮胎。第三部分 轮胎生产工艺流程轮胎生产流程主要包括：密炼

7、、压出（包括零度带束层挤出）、压延（内衬层、钢丝、胶片）、裁断（纵裁、直裁、斜裁、立裁）、钢丝圈制造、成型、硫化、成品检验，如下图所示流程轮胎生产工艺过程流程图第四部分 轮胎工艺知识一、生胶及原材料（一）生胶生胶是一种高弹性聚合物材料，是制造橡胶制品的基础材料，一般情况下不含配合剂，生胶的商品形式绝大多数呈块状、片状，少量为粘稠状液体，也有粉末的。按来源与用途分类为：天然胶(NR)和合成胶；1、天然橡胶(NR)天然胶结构及分类: 天然胶是由三叶橡胶树流出的胶乳，经浓缩、凝固、加工而成的。橡胶弹性好，机械强度高，不透水、不透气、耐撕裂、耐屈挠，综合加工性能好，但耐老化性能差，用于制做轮胎、管带等

8、各种橡胶制品，特别是子午胎，各部件胶料几乎要求使用天然橡胶。在质量上要严格控制胶料的发霉和杂物，PRI值也是关键指标，这一指标表明生胶老化后的保持率。门尼粘度是各轮胎厂家根据轮胎生产工艺的需要规定的一项指标。2、丁苯橡胶(SBR)（1）结构丁苯橡胶(SBR)其分子结构是由丁二烯和苯乙烯共聚而成的。丁苯橡胶按聚合方法分类，可分为乳液聚合和溶聚两种。随丁苯橡胶终结合苯乙烯的增加，其性能变化如下：硬度上升，模量上升，弹性下降；压出收缩下降，压出表面光滑；耐低温性能下降；在空气中热老化性能变好。（2）丁苯橡胶(SBR)的性能具有较好的弹性，虽然丁苯橡胶(SBR)的弹性低于天然橡胶，但在橡胶中仍属较好的

9、。丁苯橡胶(SBR)是非自补强橡胶，丁苯橡胶(SBR)不能结晶，其未补强的硫化胶的拉伸强度、撕裂强度以及生胶的格林强度均远低于天然橡胶，耐磨性能优于天然橡胶，耐龟裂性能优于天然橡胶。（3）丁苯橡胶(SBR)的配合与加工丁苯橡胶(SBR)的配合总体上讲与天然橡胶相近，但也有区别：一是丁苯橡胶(SBR)必须加补强剂。二是丁苯橡胶(SBR)的硫黄硫化体系中硫黄用量比较天然橡胶要少。一般用1.02.5份（标准配方中丁苯橡胶SBR1500硫黄用量1.75份，天然橡胶中流黄为3.0份。三是丁苯橡胶(SBR)所用促经剂应比天然橡胶多。丁苯橡胶(SBR)的粘合性比天然橡胶差，若需要增加粘性应当使用增粘剂。3、

10、顺丁橡胶(BR)（1）结构顺丁橡胶(BR) 分子结构为 -（CH2-CH=CH-CH2）-n它是由丁二烯在定向聚合催化剂的作用下制得的弹性聚合物。（2）顺丁橡胶(BR)的性能具有较好的弹性，是通用橡胶中弹性最好的一种橡胶。顺丁橡胶(BR)的拉伸强度和撕裂强度均低于天然橡胶基丁苯橡胶。因此耐刺穿性不佳。顺丁橡胶(BR) 耐老化性能优于天然橡胶，老化以交联为主，老化后期变硬。顺丁橡胶老化后期易崩花掉块。顺丁橡胶动态生热低，优于天然橡胶。顺丁橡胶防滑性能差。（二）橡胶硫化促进及活性体系1.硫化剂：在一定的条件下，使橡胶分子由线型结构变为网状结构的物质称为硫化剂。常用的硫化剂有硫磺粉，不溶性硫磺。硫磺

11、的密度为2.02.6左右，硫磺的熔点为114。 2.促进剂：就是指能降低硫化温度，缩短硫化时间，减少硫黄用量，又能改善硫化胶的物理性能的物质，称为促进剂。 生产常用的促进剂有:噻唑类促进剂 M(MBT)、DM(MBTS)秋兰姆类促进剂TMTD、TMTM次磺酰胺类促进剂CZ（CBS）、NOBS、NS、DZ3.硫化活性剂能增加促进剂的活性，减少促进剂用量，缩短硫化时间，并可提高硫化强度的物质叫硫化活性剂。常用的活性剂有氧化锌和硬脂酸。 4. 防焦剂CTP橡胶在生产加工过程中要经过混炼、压延、压出及硫化等一系列工艺过程，经受各种温度下不同热作用的历史，使胶料的焦烧时间缩短。在加工工序或胶料停放过程中

12、，可能出现早期硫化现象，即胶料塑性下降、弹性增加、无法进行加工的现象，称为焦烧。防焦剂CTP也称PVI,学名N-环己基硫代酞酰亚胺。（三） 橡胶的补强与填充剂按填料在橡胶中的作用可分为补强性、填充和增容性填料，前者主要作用是提高橡胶制品的物理机械性能，称为补强剂，如炭黑、白炭黑(补强作用不如炭黑)等；后者主要作用是增加橡胶的容积，降低含胶率，降低成本，称填充剂或增容剂，如碳酸钙CaCO3、陶土等。（四）橡胶老化1.老化：橡胶制品在储存和使用一段时间以后,就会变硬、龟裂或发粘，以至不能使用，这种现象称之为“老化”。导致橡胶老化的因素很多，主要有热、氧、臭氧、微量金属、阳光、紫外线等。屈扰疲劳主要

13、是增加橡胶分子与氧的接触面积，从而加速老化。能抑制或减弱橡胶发生老化现象的物质称为“防老剂”。橡胶的老化是一种复杂的不可逆转的化学反应过程，防护方法概括为：物理防护方法和化学防护方法。所谓物理防护方法是指能够尽量避免橡胶与老化因素相互作用的方法，如加石蜡等。所谓化学防护方法是指通过参入老化反应来阻止或延缓橡胶老化反应继续进行的方法，如加入胺类防老剂等。2.防老剂化学防老剂能抑制橡胶分子自由基的链式反应，防止因自由基的链式反应而引起橡胶结构及性能的变化，以达到防止老化的目的。常用橡胶防老剂有胺类防老剂和酮胺类防老剂；物理防老剂有石蜡等。（五）橡胶的增塑体系1、橡胶的增塑剂的分类凡能增加胶料的塑性

14、流动，使之易于加工，并能适当改善制品的某些性能的物质称为增塑剂。增塑剂按其来源不同可分为如下五类：a.石油系增塑剂；b.煤焦油系增塑剂；c.松焦油系增塑剂；d.脂肪油系增塑剂；e.合成增塑剂。常用的增塑剂有: 芳烃操作油、松香。（六）骨架材料骨架材料:把轮胎牢固地固着在轮辋上，以及承受轮胎在使用过程中的内压力和外部的冲击力，主要是由轮胎中的骨架材料来承担。骨架材料分为纤维材料和金属材料两大类。1、纤维材料轮胎生产常用的纤维材料有锦纶纤维(俗称尼龙)、聚脂纤维和人造丝。锦纶纤维是橡胶工业目前所使用合成纤维中性能最好、耐疲劳性好，但其变形大，易产生热收缩现象，故硫化后的轮胎需立刻进行后充处理。聚酯

15、纤维(涤纶): 聚酯纤维的强度高,拉伸强度为尼龙的1.21.3倍，伸长小，耐冲击性能比锦纶高4倍左右,尺寸稳定，适于做子午胎胎体骨架材料。2、金属材料金属材料在轮胎中主要用于两个方面: 一是作为结构材料，如轮胎的钢丝帘布。二是作为结构配件，如内胎金属气门嘴。钢丝由于强度高、受力几乎不伸张，已成为轮胎，特别是子午线轮胎的重要骨架材料。为了提高钢丝与橡胶的粘合性能在钢丝表面都镀一层黄铜，但钢丝不耐各种介质的锈蚀，且密度大，使胎体加重。胎圈钢丝:斜胶胎胎圈钢丝用的是65号钢，19#钢丝直径为1±0. 2mm, 扯断强力大于160Kg/根，表面镀黄铜。弯曲次数为60次以上，扭转次数为25次以

16、上。全钢胎胎圈钢丝直径为1.65±0. 2mm。钢丝帘线:普通结构钢丝帘线(Ordinary Cord)高伸长结构钢丝帘线(High Eiongation Cord) 紧密型结构钢丝帘线(Compact Cord)开放式结构钢丝帘线(Open Cord) 目前，全钢丝载重子午胎多采用普通结构钢丝帘线作胎体，高伸长结构钢丝帘线做带束层的保护层。钢丝帘线性能的正常检测项目很多，如帘线直径、捻度、拉伸强度、断裂伸长率、平直度、钢性、线密度等等，在实际生产过程中还应检查其它几项：A、残余扭力的大小，及每毗帘线中扭力旋转方向的配比。普通结构钢丝帘线的残余扭力最大为0±3转/6米，高伸

17、长结构钢丝帘线的残余扭力最大为0±5转/6米；B、钢丝帘线表面清洁； C、每个锭子的帘线长度应尽量保持一致。 制作钢丝帘线所用的钢丝多为高碳钢（C70），碳含量0.60.82%左右。对胎体用钢丝帘线要求柔软、耐屈挠性能好，单丝直径以细(0.15-0.175mm)为好。带束层用钢丝帘线要求刚度高，单丝直径可粗一些。钢丝帘线表面镀黄铜。所谓黄铜实际上是铜、锌合金，铜锌比6070：3040 。 二、塑炼及混炼（一）生胶塑炼工艺1、概述定义: 在一定条件下，对生胶进行机械加工，使之由强韧的弹性状态变为柔软而具有可塑性状态的工艺过程，称为塑炼。塑炼过程实质上就是使橡胶的大分子断裂，大分子链由长

18、变短的过程。塑炼的目的就是便于加工制造。2、塑炼方法（1）物理增塑法：利用低分子增塑剂加入生胶中增加生胶的可塑度的方法，称物理增塑法。只能是一种辅助增塑方法，用于提高塑化效果。（2）化学增塑法：利用某些化学物质对生胶大分子链的化学破坏作用来减少生胶的弹性和粘度，提高其的可塑性和流动性，这种方法叫化学增塑法。只能作为其他机械塑化方法中的一种辅助增塑方法使用。（3）机械增塑法：利用机械的高剪切力作用使生胶大分子链破坏降解而获得可塑性的方法，称机械增塑法。这是目前生胶塑炼加工中使用最广泛而又行之有效的增塑方法，可以单独用于生胶塑炼加工。（二）混炼工艺把各种配合剂和具有塑性的生胶， 均匀地混合在一起的

19、工艺过程，称为混炼。混炼的目的是为了提高橡胶制品的使用性能，改善加工工艺性能和节约生胶，降低成本。混炼胶的质量对胶料的后续加工性能，半成品质量和成品性能具有决定性影响。对混炼胶的质量要求主要有两个方面，一方面胶料应具有良好的工艺加工性能，二是胶料能保证成品具有良好的使用性能。故混炼操作必须做到使配合剂均匀混合并分散到生胶中去，并达到一定的分散度；同时，胶料的可塑度要适当均匀；补强剂与生胶在相界面上应产生一定的结合作用，生成结合橡胶；另外还应力求混炼速度快，生产效率高，能耗低。密闭式炼胶机的混炼方法一般分为一段混炼法和二或四段混炼才能保证混炼胶质量。三、压出压延工艺（一）压延概念压延工艺是利用压

20、延机辊筒的挤压力作用使橡胶发生塑性流动和变形，将胶料制成具有一定断面规格和一定断面几何形状的胶片，或者将胶料覆盖于纺织物表面制成具有一定断面厚度的胶布的工艺加工过程。压延工艺能够完成的作业形式有胶料的压片、压型和胶片的贴合及纺织物的贴胶、擦胶和压力贴胶或称半擦胶。（二）压延工艺压延工艺是以压延过程为中心的联动流水作业形式。压延操作是连续进行的，压延速度比较快，生产效率高。对半成品质量要求是表面光滑无杂物，内部密实无气泡，断面几何尺寸形状正确，表面花纹清晰，断面厚度尺寸精确，其厚度误差范围在0.10.01mm。钢丝压延方式图示（三）压出概念压出是使胶料通过挤出机机筒壁和螺杆之间的作用，连续地制成

21、各种不同形状半成品的工艺过程。压出工艺通常也称挤出工艺，它广泛用于制造胎面、内胎、胶管以及各种断面形状复杂或空心、实心的半成品。它还可以用于胶料的过滤、造粒、生胶的塑炼以及上下工序的联动，如密炼机下的补充混炼下片，热炼后对压延机的供胶等。全钢胎的主要四大部件胎面、胎侧复合件、胎肩垫胶、三角胶芯均为挤出机生产的。各部件由两复合或三复合挤出后经过冷贴胶片等方式操作，经辅线冷却，裁刀定长裁断然后摆放到百叶车上，或者不用裁断，直接卷取。不同的挤出机可满足不同部件生产工艺要求，但其生产工艺要点基本相同。压出原理：1.挤出机的喂料2.胶料在挤出机内的塑化（压缩）3.胶料在压出中的运动状态4.胶料在机头内的

22、流动状态5.胶料在口形中的流动状态和压出变形（四）压出工艺1.热喂料压出工艺热喂料压出工艺一般包括胶料热炼、压出、冷却、裁断及接取等工序。1.1胶料热炼胶料在进入压出机之前必须进行充分的热炼预热，以进一步提高混炼胶的均匀性和胶料的热塑性，使胶料易于压出，得到规格准确、表面光滑的半成品。一般来说，胶料的热塑性越高，流动性越好，压出就越容易。但热塑性太高，胶料太软，缺乏挺性，会使压出半成品变形下塌，因此压出中空制品的胶料应防止过渡热炼。1.2压出工艺压出工艺过程中常会出现很多质量问题，如半成品表面不光滑、焦烧、起泡或海绵、厚薄不均、条痕裂口、半成品规格不准确等。其主要影响因素为：胶料的配合 配方中

23、含胶率大的胶料压出速度慢、膨胀（或收缩）率大，半成品表面不够光滑。此外胶料不同压出性能也不同。胶料随填充剂用量的增加，压出性能逐渐改善，膨胀（或收缩）率减小，压出速度快，但某些补强填充剂用量过大，会使胶料变硬，挤出时易生热过高而引起胶料焦烧。胶料的可塑度 胶料压出应有一定的可塑度，但可塑度过高，会使压出半成品失去挺性，形状稳定性差。2.冷喂料压出工艺2.1冷喂料挤出机热喂料挤出机螺杆的长径比较小，L/D为38；冷喂料挤出机螺杆的长径比较大，L/D为817，且螺纹深度较浅。3. 冷喂料压出工艺及其优缺点3.1冷喂料压出对压力的敏感性小，尽管机头压力增加或口型阻力增大，但压出速率降低不大。3.2由

24、于不需热炼工艺，减少了质量影响因素，从而压出物更加均匀。3.3胶料的热历程短，所以压出温度较高也不易发生早期硫化。3.4应用范围广，灵活性大，可适用于天然橡胶、丁苯橡胶、丁晴橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶等。3.5冷喂料挤出机的投资和生产费用较低。四、成型工艺（一）两鼓成型机组成部件名称及功能1、成型主鼓（胎侧子口、内衬、钢丝或尼龙加强层、胎体、垫胶、胎圈贴合件）2、成型辅鼓（带束层、胎面贴合及压合）3、传递环（冠带复合件传递、胎圈传递）4、后供料架（包括主机副机供料架）5、后滚压装置（胎冠、胎侧、三角胶芯）6、胎圈夹持器（夹持胎圈贴合件就位）（二）三鼓成型机组成部件名称及功能1、成型贴合鼓: （胎

25、侧子口、内衬、钢丝或尼龙加强层、胎体、垫胶、胎圈贴合件）2、成型辅鼓（带束层、胎面贴合及压合） 3、成型鼓（中鼓）：垫胶3、传递环（冠带复合件传递、胎筒传递、胎圈传递）4、后供料架（包括副机主机供料架）5、后滚压装置（胎冠、胎侧、三角胶芯）6、胎圈夹持器（夹持胎圈贴合件就位）（三）成型工艺主要控制点1、成型平面宽2、成型机头宽度3、各部件定位角度、位置4、胎体帘布、内衬层等部件接头质量5、各部件压合位置及压实情况6、成型反包、侧压及后压辊动力风压五、硫化工艺1、硫化：在加热或辐照的条件下，胶料中的生胶与硫化剂发生化学反应，由线型结构的大分子交联成为立体网状的大分子，并使胶料的物理机械性能及其它

26、性能随之发生根本变化，这一过程即称为硫化。硫化是轮胎制造过程中的最后工序。其包括两层意义：A:分子的交联过程;即化学反应的过程B:定型成品的过程。2、硫化三要素：温度、压力、时间。3、硫化使用的介质有：氮气、高温蒸汽、低压蒸汽、过热水、冷却水。硫化机使用的动力介质还有动力水、风、汽、电。4、硫化方式：氮气硫化： 硫化的后期充入氮气保压来完成硫化。变温硫化： 高温蒸汽硫化的后期通过过热水作为内温介质。常温硫化：主要是过热水硫化。六、成品检测及动平衡（一）外观检查对轮胎的外观进行检查，主要有胎里露线、凸凹不平、胎里起泡、脱层、重皮、裂口、缺胶、钢丝圈上抽、白胎侧的打磨及喷涂效果等。（二）光检查采用

27、光机对轮胎进行内部质量检查，包括带束层偏歪、差级、钢丝圈上抽、松散、轮胎杂质、脱层等。检验采用通用的X光无损探伤机，通过X光射线波长，能在屏幕上看清轮胎所用骨架材料的结构排列情况及其他质量缺陷。（三）动平衡检测评价轮胎的动平衡均匀性分为质量分布不均匀、尺寸分布不均匀、刚性分布不均匀。而质量分布的不均匀是质量不平衡性来评价的。轮胎的不平衡性分为：静不平衡、偶不平衡、动不平衡。动不平衡是轮胎在动态情况下产生的不平衡性，当不平衡性为零的时候为动平衡。造成动不平衡的主要原因是质量分布不均匀，认为包括两个方面：一是质量不均匀（部件尺寸）：部件厚度不均匀；二是分布不均匀（设备精度）：偏心和偏歪。（四）均匀性试验机检测采用均匀试验机对所有子午胎进行径向力、侧向力经向、横向跳动及锥度检测并对轮胎质量进行分级，目前我公司半钢胎均进行该项目的检测，随轮胎技术的不断发展全钢轮胎已开始普及均匀性的检测项目。第五部分 轮胎技术创新发展趋势 当今是一个以科技为本、以知识和智能创新发展的时代。因此，企业间的竞争已由传统的产品竞争转为科技实力的较量；而科技实力的较量，归根结底就是技术创新能力的竞争。可见技术创新已成为推动企业发展的主要动力。对现在正从劳动密集型向技术密集型过渡的轮胎行业来说更如此。全自动化生产一直是轮胎制造业界追求的目标，也是全