半钢子午线轮胎胎面导电胶挤出易中断问题及其导电可靠性研究

奚丰希，鲍鑫浩，巫晓华，陈 超

（杭州海潮橡胶有限公司，浙江 杭州 310018）

近年来由于欧洲和北美对轮胎环保和节能的要求日益严格，促使轮胎制造商开发更低滚动阻力和更好抗湿滑性能的轮胎以参与市场竞争，低滚动阻力轮胎在降低能耗、减少用户用车成本的同时，还可减少二氧化碳排放，具有明显的环保效益。将白炭黑用于胎面胶中可显著降低轮胎的滚动阻力，同时保持较好的抗湿滑性能，但会使轮胎的导电性显著下降[1-5]。胎面胶电阻率小于108Ω·cm可以顺利导出汽车行驶中产生的静电，而高用量白炭黑胎面胶的电阻率远大于108Ω·cm，使轮胎产生静电积累，严重危害汽车行驶安全性。例如静电积累过多可能在汽车加油时引起火灾，在行驶时导致车辆运转温度过高，增大车辆运行损耗，缩短车辆寿命，甚至造成车辆自燃等。

为此我公司出口至欧洲和北美地区的半钢子午线轮胎大都带有导电胶条，即在导电性较差的胎面胶中嵌入导电性较好的橡胶条，形成导电通路，以满足轮胎导电性能的要求。然而导电胶在胎面复合挤出过程中容易中断，产生大量的回用胎面胶，影响轮胎的产量和质量。

本工作对半钢子午线轮胎胎面导电胶挤出易中断问题及其导电可靠性进行研究，以提高胎面生产效率和挤出质量[6-10]。

1 导电胶挤出中断问题及胎面生产设备介绍

1.1 导电胶挤出中断问题

导电胶挤出质量对比如图1所示。

图1 导电胶挤出质量对比

1.2 胎面挤出生产设备

我公司采用桂林橡胶设计院有限公司生产的XJF45/90/150/120型四复合冷喂料挤出机生产带有导电胶轮胎的胎面，口型板采用电加热的预热方式，36 V电压带漏电保护。带导电胶胎面挤出装置如图2所示，胎面挤出在线导电胶电阻率测量装置如图3所示。

图2 带导电胶胎面挤出装置

图3 胎面挤出在线导电胶电阻率测量装置

挤出联动线主要包括四复合胎面强制收缩辊道、单位长度称量装置、在线导电胶电阻率测量装置、打标装置、水槽喷淋冷却装置、胎面喷淋冷却系统油酸溶液pH值在线自动控制系统、压缩空气吹干装置、胎面切割定长装置、胎面热空气吹干装置和胎面卷取装置。

胎面挤出在线导电胶电阻率测量装置包括安装支架、直流电源、上辊轮电极和下辊轮电极。

2 存在的问题及解决措施

2.1 导电胶混炼质量问题

2.1.1 原因分析

导电胶混炼不均匀、不相容物质形成较大的颗粒、产生较大的熟粒、塑性不好和流动性差等问题都会造成挤出导电胶下半部中断。

2.1.2 解决措施

（1）加强原材料质量管控，混炼工序增加过滤装置，加强车间5S管理工作。

（2）调整不合理的混炼操作方法，严禁导电胶混炼时掺入回用料。

（3）调整胶料混炼工艺，如增加混炼段数以提高胶料的塑性。

2.2 挤出供料不足或不稳定

挤出时供料不足或不稳定，也是导电胶中断的一个重要因素。例如在调试四复合胎面挤出生产线时，因产量不大，就采用手工切割导电胶片供料，由于手工难以切割出宽度、长度一致的小胶条，导致在挤出时导电胶中断发生概率大。

2.2.1 原因分析

导电胶挤出供料不足或不稳定容易使挤出机内带入空气和机头压力减小，导致口型板内导电胶与非导电胶接触作用力不够，造成挤出导电胶中断。

2.2.2 解决措施

采用分条机切割导电胶混炼胶片，切割胶条尺寸为：宽度 40 mm，厚度 8 mm，长度 710 m。

2.3 操作不当

2.3.1 原因分析

在生产带导电胶胎面时，操作人员没有清理干净口型板里粘附在导电胶槽中的残余胶料，导致挤出导电胶下部中断。

2.3.2 解决措施

取出机头中的胎面口型板，将粘附在导电胶槽中的残余胶料清理干净。

2.4 预口型不匹配

2.4.1 原因分析

预口型将挤出机头内各流道中的胶料按一定的流向路径初步预合后流向外口型。良好的预口型设计能使流道里的胶料流动阻力小、无死角、挤出机头压力小，提高导电胶贯通性，减少外界波动因素的影响。预口型不匹配则导致胶料贯通性差，并导致中断。

2.4.2 解决措施

优化预口型设计。我公司曾为一种胎面设计了A和B两种预口型，如图4所示。通过试验比较，采用预口型B生产的导电胶贯通性好，机头压力小，产生导电胶中断的概率小。

图4 预口型设计

2.5 口型问题

2.5.1 原因分析

口型板上导电胶槽出口宽度太小，导电胶在槽内流动不畅，在出口处底部压力较小，使其与非导电胶接触面粘合力不够，导致其底部容易中断。

2.5.2 解决措施

适当增大导电胶槽出口处宽度，出口采用喇叭形，以提高胶槽下部胶料流速。研究发现：导电胶槽宽度（W）＜2.5 mm时，导电胶下部中断；2.5 mm≤W≤4 mm时，导电胶正常；W＞4 mm时，导电胶宽度超标。

2.6 螺杆转速不匹配

2.6.1 原因分析

导电胶挤出螺杆转速太小，造成导电胶机头压力过低，从而导致导电胶槽出口处的底部压力太小，进而导致导电胶与非导电胶接触面粘合力不够，使导电胶下部（底部）中断。

2.6.2 解决措施

提高导电胶挤出螺杆转速，确保挤出机头压力大于或等于非导电胶挤出机头压力。

2.7 胎面挤出后导电胶贯通状况不明

2.7.1 原因分析

胎面挤出后经过收缩辊道和冷却系统后直接卷取入小车备用，未设置专人或相应设备检查导电胶挤出后的状况。

2.7.2 解决措施

安装胎面挤出在线导电胶电阻率测量装置。为验证在线电阻率测量装置的有效性，做了离线电阻率测量对比试验。先记录在线导电胶电阻率测量装置的显示值，然后将胎面样品拿到公司检测中心进行电阻率测量。胎面在线测量电阻率为6×104Ω·cm（两个带齿的辊筒将胎面压在中间，形成闭路，该方式优于用夹子接触测量），离线测量电阻率为6.2×104Ω·cm，表明在线电阻率测量数据可信，测量装置可用。

观察在线电阻率测量装置的数据，并切割胎面断面验证测量数据能否反映导电胶的工艺状态。将电阻率不同的胎面成型、硫化后的成品轮胎送到公司检测中心进行电阻率检测，并切割轮胎断面，与相对应的胎面胶进行对比。半成品和成品胎面电阻率测量数据和胎面断面如表1 所示。

从表1可以看出：当导电胶贯通时，即使胶料稍少，电阻率也小于8×104Ω·cm；当导电胶中断时，电阻率则在106Ω·cm以上。由此可见，通过电阻率可以快速得知导电胶的贯通状态。

从表1还可以看出：当挤出胎面导电胶电阻率在104Ω·cm左右时，成品轮胎电阻率为105～106Ω·cm；当挤出胎面导电胶中断、电阻率在107Ω·cm左右时，成品轮胎电阻率为109～1010Ω·cm。当胎面胶电阻率达标时，成品轮胎的电阻率也能达标，证明其相关性。

表1 电阻测量数据和胎面断面

综上分析，在线电阻率测量装置的测量数据可真实地反映胎面导电胶的电阻率。通过在线电阻率测量值可以快速得知导电胶的贯通状况。轮胎中导电胶贯通状态下电阻率测量值应在104Ω·cm以下，当电阻率达到107Ω·cm时，截取断面发现导电胶中断。由此可见，在线电阻率测量可以实时检测导电胶的工艺状态，且可以预估成品轮胎的导电能力。在生产前期实时快速地得知导电胶的工艺情况可减少浪费，提高胎面生产效率和挤出质量。

3 结论

通过严格控制混炼胶质量、改进挤出供料方式和操作方法、优化预口型和口型设计、合理匹配挤出螺杆转速及安装胎面挤出在线电阻率测量装置，有效解决了导电胶挤出易中断问题，提高了胎面生产效率和挤出质量。