橡膠輪胎電子束輻射硫化的原理及分析

中國橡膠機(jī)械網(wǎng) 輪胎輻射預(yù)硫化技術(shù)是一種現(xiàn)代先進(jìn)的輪胎生產(chǎn)工藝,通過電子加速器發(fā)射的高能電子束輻照輪胎半成品部件,如簾布層和氣密層等,使膠料離子化、活化并發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),有效改善橡膠性能,使其強(qiáng)度明顯提高,在成型和硫化過程中膠料受力均勻、膨脹一致,可在后續(xù)生產(chǎn)工藝中保持輪胎半成品部件形狀和尺寸的穩(wěn)定性。

(1)原理

電子束輻射硫化技術(shù)是通過電子加速器發(fā)射的高能電子束在橡膠基體中激活橡膠分子,產(chǎn)生橡膠大分子自由基,使橡膠大分子交聯(lián)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。輻射硫化無需添加硫化劑,在常溫常壓下就可以進(jìn)行。輻射作用形成的原初化學(xué)產(chǎn)物除了離子、電子、激發(fā)分子外還包括自由基和某些分子產(chǎn)物,這些原初粒子都具有較高活性,可以發(fā)生裂解、重排、電子轉(zhuǎn)移、脫氫和加成等多種反應(yīng)。

(2)輻射劑量對橡膠性能的影響

橡膠輻射效應(yīng)是一種競爭機(jī)制。在膠料被輻射時,分子間交聯(lián)反應(yīng)和降解反應(yīng)同時發(fā)生,即一方面通過分子間的交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)大分子,相對分子質(zhì)量不斷增大;另一方面,輻射導(dǎo)致化學(xué)鍵斷裂,相對分子質(zhì)量減小。在交聯(lián)與降解的競爭反應(yīng)中,一定輻射劑量范圍內(nèi),以交聯(lián)反應(yīng)為主的高分子材料,稱為輻射交聯(lián)型高分子材料;相反以降解反應(yīng)為主的高分子材料,稱之為輻射降解型高分子材料。當(dāng)輻射劑量超過一定范圍,所有高分子材料都會出現(xiàn)輻射降解,性能變差。因此,輻射劑量是確定橡膠輻射硫化工藝的重要參數(shù)。

(3)與傳統(tǒng)化學(xué)硫化工藝比較

傳統(tǒng)化學(xué)硫化工藝存在著溫度梯度,造成材料表面與內(nèi)部交聯(lián)度不同;同時交聯(lián)劑與基材在進(jìn)行機(jī)械共混時不均勻。理論上,由于交聯(lián)劑結(jié)構(gòu)和極性差別很大,從而導(dǎo)致交聯(lián)劑與基材相容性較差,局部出現(xiàn)交聯(lián)劑富集,另外,化學(xué)硫化工藝高分子間主要以S?S鍵和C?S鍵進(jìn)行分子交聯(lián),鍵能較低,容易斷裂,致使橡膠物理化學(xué)性能較差。輻射硫化工藝電子束均勻貫穿整個膠料,從而形成均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。高分子間主要以C?C鍵交聯(lián),鍵能較高,因而膠料的抗撕裂、耐空氣老化和耐臭氧老化等性能均能得到較大提高.

在輪胎生產(chǎn)過程中,鋼絲簾線壓延后易發(fā)生錯位,采用傳統(tǒng)硫化方法時一般通過增大鋼絲簾布厚度以增強(qiáng)橡膠對鋼絲簾線的固定作用,不僅增大了膠料用量而且相應(yīng)增大了輪胎質(zhì)量;采用輪胎輻射預(yù)硫化可提高鋼絲簾布強(qiáng)度、減小鋼絲簾布厚度且能有效避免鋼絲簾線錯位。

與傳統(tǒng)硫化工藝相比,輪胎輻射預(yù)硫化工藝可縮短硫化時間、提高生產(chǎn)效率,并可降低生產(chǎn)能耗,輪胎成品合格率相對較高且質(zhì)量相對更穩(wěn)定。對于全鋼子午線輪胎過渡層膠料而言,采用傳統(tǒng)硫化工藝時,膠料門尼粘度較低易造成胎里露線,門尼粘度較高則會造成壓延溫度升高,易出現(xiàn)鋼絲簾布表面不光滑和易噴霜等問題,且壓延速度受到限制;采用輪胎輻射預(yù)硫化工藝時,由于提高了鋼絲簾布膠料硬度,可避免膠料流動造成的胎里露線等問題,還可降低膠料門尼粘度、提高壓延速度,過渡層厚度可減小1mm。半鋼子午線輪胎采用傳統(tǒng)硫化工藝時必須有過渡層,而采用輪胎輻射預(yù)硫化工藝時,由于簾布已經(jīng)過預(yù)硫化,可以減小過渡層厚度或取消過渡層,此時氣密層膠料不會滲透到簾線上,可避免簾線變形。