全鋼子午線輪胎壓延鋼絲簾布幅寬收縮對簾布的影響及相關(guān)對策

周君蘭，于 帥，初坤龍，孫宗濤，張彥軍，姜文峰

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

全鋼子午線輪胎生產(chǎn)對半成品部件及工藝精度要求較高，鋼絲簾布作為子午線輪胎最重要的骨架材料，簾布幅寬精度對輪胎的支撐性能及安全性至關(guān)重要。鋼絲簾布由鋼絲簾線和膠料組成，膠料需經(jīng)過粗煉機、細(xì)煉機、供膠機熱煉后進(jìn)入壓延機，壓延簾布時膠料在輥筒旋轉(zhuǎn)和摩擦作用下帶入壓延輥距內(nèi)，在輥筒的擠壓及剪切作用下發(fā)生塑性流動變形。膠料熱煉及壓延過程中橡膠大分子鏈被剪切發(fā)生斷裂，大量機械能轉(zhuǎn)化為熱能聚集在膠料內(nèi)部，同時膠料內(nèi)部還聚集了高應(yīng)力，后續(xù)在冷卻過程中由于應(yīng)力及熱量釋放，膠料會向簾布中心收縮。

本工作通過對壓延簾布收縮后幅寬與理論幅寬進(jìn)行對比，分析簾布收縮的規(guī)律和影響因素，并提出減小收縮對簾布密度影響的相應(yīng)對策[1-2]。

1 影響因素分析

1.1 鋼絲簾線結(jié)構(gòu)

不同類型鋼絲簾線的伸長率對簾布收縮有決定性作用。在壓延過程中鋼絲簾布受牽引張力及錠子架張力，使鋼絲簾線縱向伸長。抗沖擊、高伸長型鋼絲簾線在壓延時伸長較大，牽引張力消失后鋼絲簾線會產(chǎn)生縱向收縮，使簾布幅寬變大，從而抵消部分幅寬收縮[3]。5×0.35HI與0.37＋6×0.32ST鋼絲簾線壓延簾布幅寬收縮率對比如表1所示。

表1 5×0.35HI與0.37＋6×0.32ST鋼絲簾線壓延簾布幅寬收縮率對比

由于5×0.35HI鋼絲簾線為抗沖擊型鋼絲簾線（見圖1），壓延過程中鋼絲簾線伸長較大，盡管簾布中膠料體積占比遠(yuǎn)大于0.37＋6×0.32ST鋼絲簾線，但是壓延簾布幅寬收縮率較小。

圖1 5×0.35HI鋼絲簾線結(jié)構(gòu)示意

1.2 鋼絲簾布中膠料體積占比

對于同種規(guī)格鋼絲簾線，單位體積壓延簾布中膠料體積占比越大，簾布收縮率越大，舉例說明如下。

3×0.24/9×0.225CCHT鋼絲簾線相同壓延厚度、不同壓延密度簾布幅寬收縮率如表2所示。

表2 3×0.24/9×0.225CCHT鋼絲簾線相同壓延厚度、不同壓延密度簾布幅寬收縮率對比

從表2可以看出，在相同壓延厚度下，壓延密度越大，膠料體積占比越小，幅寬收縮率越小。

3＋9＋15×0.175＋0.15鋼絲簾線不同壓延厚度和壓延密度簾布幅寬收縮率對比如表3所示。

表3 3＋9＋15×0.175＋0.15鋼絲簾線不同壓延厚度和壓延密度簾布幅寬收縮率對比

由于壓延密度為55與60根·dm-1的簾布厚度不一致，計算的壓延密度為55根·dm-1的簾布膠料/鋼絲簾線體積比較大，因此其幅寬收縮率較大。

1.3 膠料配方

膠料中含膠率高或膠料門尼粘度高，鋼絲簾布收縮大。熱煉膠條在輥筒的擠壓及剪切作用下發(fā)生塑性流動變形，使膠料沿輥距向外擴張，膠料內(nèi)部聚集了高應(yīng)力及熱量，冷卻時應(yīng)力釋放使簾布在幅寬方向向中心收縮。膠料含膠率高則大分子鏈比例增大，而門尼粘度高則膠料偏硬，二者均會導(dǎo)致膠料的塑性和流動性變差，簾布幅寬收縮率增大[4]。

1.4 壓延工藝

（1）壓延溫度。壓延輥溫越高、卷取溫度越低，簾布幅寬收縮率越大。簾布壓出后經(jīng)歷溫度由高到低的冷卻輥，在冷卻過程中簾布收縮。壓出與冷卻溫度差越大，簾布幅寬收縮率越大。

（2）壓延張力。鋼絲簾布在壓延過程中會受到錠子架張力及牽引張力配合控制，在受力過程中鋼絲簾線存在一定程度的拉伸，張力越大，鋼絲簾線縱向拉力越大，可在一定程度上抑制鋼絲簾線向簾布中心收縮，簾布幅寬收縮率越小。

2 幅寬收縮對鋼絲簾布的影響

2.1 鋼絲簾線密度變化

如果壓延整經(jīng)輥和壓力輥按照要求密度進(jìn)行開槽，簾布幅寬收縮后實際鋼絲簾線密度會增大，膠料體積占比則比理論值小。

以壓延密度為65根·dm-1、厚度為2.0 mm的簾布為例，假設(shè)幅寬收縮率為2%，在簾布收縮后測量厚度應(yīng)達(dá)到2.0 mm的要求。由于簾布收縮會導(dǎo)致厚度略微變大，則簾布出壓延輥時需相應(yīng)減薄，實際鋼絲簾線密度為65/0.98＝66.3根·dm-1，同時實際膠料體積占比小于理論值，如圖2所示。

圖2 壓延簾布幅寬收縮前后尺寸變化示意

2.2 簾布質(zhì)量變化

壓延后簾布幅寬收縮，實際鋼絲簾線密度變大，簾布中膠料體積占比變小。由于鋼材密度遠(yuǎn)大于膠料密度，因此實際單位面積簾布質(zhì)量大于理論質(zhì)量。簾布實際物料清單（Bill of Material，BOM）質(zhì)量修正公式為

以3×0.24/9×0.225CCHT鋼絲簾布壓延密度為55根·dm-1為例，理論簾布幅寬 851 mm，實際簾布幅寬 825 mm，錠子數(shù) 468，線密度3.94 g·m-1，簾布厚度 2.0 mm。根據(jù)公式（1）和（2）計算得：Us＝103.14%，Ur＝99.5%。

由此可得簾布單位面積質(zhì)量BOM理論值：鋼絲簾線 2.35 kg，膠料 2.12 kg，簾布總質(zhì)量4.47 kg。修正后實際質(zhì)量為：鋼絲簾線 2.42 kg，膠料 2.11 kg，簾布總質(zhì)量 4.53 kg。

如果采用理論值計算消耗，會造成消耗與產(chǎn)出不符，按照庫存消耗與簾布產(chǎn)出計算，鋼絲簾線虧3%，膠料盈0.5%，而簾布實際質(zhì)量較理論值大1.3%，最終導(dǎo)致理論計算輪胎質(zhì)量不準(zhǔn)確。

3 相關(guān)對策

幅寬收縮對壓延簾布來說是不可避免的，不需要消除，但需盡可能找到規(guī)律，使收縮率保持穩(wěn)定，可更好地控制簾布質(zhì)量及更準(zhǔn)確地計算物料投入與消耗。保證簾布幅寬收縮率穩(wěn)定需從以下方面進(jìn)行控制。

（1）針對不同結(jié)構(gòu)鋼絲簾線設(shè)定相對合理的單絲張力及主張力，高伸長鋼絲簾線張力設(shè)定適當(dāng)降低，避免鋼絲簾線縱向伸長過大導(dǎo)致簾線結(jié)構(gòu)變化，使縱向收縮過大。

（2）保證膠料門尼粘度穩(wěn)定對于簾布質(zhì)量及幅寬穩(wěn)定性起到重要作用。

（3）嚴(yán)格控制膠料粗煉、細(xì)煉、供膠、壓延溫度及冷卻輥溫度的穩(wěn)定性可在一定程度上減小簾布幅寬收縮率變化。

（4）根據(jù)產(chǎn)品強度要求，合理修正整經(jīng)輥和壓力輥的開槽密度。

首先，需對所有規(guī)格簾布幅寬進(jìn)行標(biāo)定，與理論幅寬進(jìn)行對比，得出簾布幅寬收縮率（α），計算公式為

簾布幅寬收縮后鋼絲簾線密度變大，為使收縮后簾線密度與理論值一致，需在整經(jīng)輥和壓力輥開槽（如圖3所示）設(shè)計時進(jìn)行補償修正。

圖3 整經(jīng)輥開槽尺寸示意

整經(jīng)輥和壓力輥開槽間距（P）的計算公式為

式中，Pl，Px為理論和修正開槽間距。

以3×0.24/9×0.225CCHT胎體鋼絲簾布壓延密度為55根·dm-1為例，理論簾布幅寬 851 mm，實際幅寬 825 mm。根據(jù)公式（3）—（5）計算得：α＝3.06%，Pl＝1.82 mm，Px＝1.88 mm。

按照修正后尺寸設(shè)計整經(jīng)輥和壓力輥開槽尺寸，壓延收縮后即可得到與理論壓延密度基本相符的鋼絲簾布，有利于更準(zhǔn)確地進(jìn)行輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計、安全倍數(shù)計算及成本控制[5-6]。

4 結(jié)語

壓延鋼絲簾布幅寬收縮是生產(chǎn)中的普遍現(xiàn)象，在寬度變化的同時，簾布內(nèi)部鋼絲簾線密度和覆膠率也隨之變化，使輪胎中骨架材料密度不易精準(zhǔn)計算，且在計算成本與消耗時常常造成實際投入的物料與理論計算值存在差異?？梢酝ㄟ^對整經(jīng)輥、壓力輥溝槽間距的修正及對生產(chǎn)過程的嚴(yán)格控制，盡可能減小這種差異，進(jìn)而精確計算輪胎安全倍數(shù)、控制輪胎質(zhì)量，避免原材料浪費。