橡膠輪胎電子束輻射硫化的原理及分析

中國橡膠機械網 輪胎輻射預硫化技術是一種現代先進的輪胎生產工藝,通過電子加速器發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、活化并發生交聯反應,有效改善橡膠性能,使其強度明顯提高,在成型和硫化過程中膠料受力均勻、膨脹一致,可在后續生產工藝中保持輪胎半成品部件形狀和尺寸的穩定性。

(1)原理

電子束輻射硫化技術是通過電子加速器發射的高能電子束在橡膠基體中激活橡膠分子,產生橡膠大分子自由基,使橡膠大分子交聯形成三維網狀結構。輻射硫化無需添加硫化劑,在常溫常壓下就可以進行。輻射作用形成的原初化學產物除了離子、電子、激發分子外還包括自由基和某些分子產物,這些原初粒子都具有較高活性,可以發生裂解、重排、電子轉移、脫氫和加成等多種反應。

(2)輻射劑量對橡膠性能的影響

橡膠輻射效應是一種競爭機制。在膠料被輻射時,分子間交聯反應和降解反應同時發生,即一方面通過分子間的交聯形成網絡大分子,相對分子質量不斷增大;另一方面,輻射導致化學鍵斷裂,相對分子質量減小。在交聯與降解的競爭反應中,一定輻射劑量范圍內,以交聯反應為主的高分子材料,稱為輻射交聯型高分子材料;相反以降解反應為主的高分子材料,稱之為輻射降解型高分子材料。當輻射劑量超過一定范圍,所有高分子材料都會出現輻射降解,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。

(3)與傳統化學硫化工藝比較

傳統化學硫化工藝存在著溫度梯度,造成材料表面與內部交聯度不同;同時交聯劑與基材在進行機械共混時不均勻。理論上,由于交聯劑結構和極性差別很大,從而導致交聯劑與基材相容性較差,局部出現交聯劑富集,另外,化學硫化工藝高分子間主要以S?S鍵和C?S鍵進行分子交聯,鍵能較低,容易斷裂,致使橡膠物理化學性能較差。輻射硫化工藝電子束均勻貫穿整個膠料,從而形成均勻的網絡結構。高分子間主要以C?C鍵交聯,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.

在輪胎生產過程中,鋼絲簾線壓延后易發生錯位,采用傳統硫化方法時一般通過增大鋼絲簾布厚度以增強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增大了輪胎質量;采用輪胎輻射預硫化可提高鋼絲簾布強度、減小鋼絲簾布厚度且能有效避免鋼絲簾線錯位。

與傳統硫化工藝相比,輪胎輻射預硫化工藝可縮短硫化時間、提高生產效率,并可降低生產能耗,輪胎成品合格率相對較高且質量相對更穩定。對于全鋼子午線輪胎過渡層膠料而言,采用傳統硫化工藝時,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硫化工藝時必須有過渡層,而采用輪胎輻射預硫化工藝時,由于簾布已經過預硫化,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。