3.2. Формование, вулканизация и контроль качества покрышек

С 50-х годов успехи в конструировании шин создали предпосылки для развития аппаратурного оформления вулканизации как завершающего процесса технологии, а подтолкнула этот процесс эластичная диафрагма, соединившая вулканизацию с формованием в одной машине - форматоре-вулканизаторе. Ликвидация процессов закладки варочных камер при формовании покрышек, удаления воды из них и выемки их, которые присущи применявшимся ранее автоклавпрессам и индивидуальным вулканизаторам, упростили технологию.

Вулканизация – это сложный коллоидно-химический процесс превращения пластичной резиновой смеси в конструкционный материал с уникальным комплексом свойств - способностью к высокоэластической деформации в сочетании с высокой прочностью и рядом других ценных качеств. С момента открытия вулканизации натурального каучука серой (1839г) улучшали свойства резины путём усложнения состава этой первой смеси, но превратили её в уникальный материал только через 100 лет - к 40-м годам XX века с началом массового внедрения органических ускорителей вулканизации и активного печного техуглерода (сажи). Первые научные представления о вулканизации каучуков как химическом процессе сшивания макромолекул поперечными связями в единую пространственную сетку сформировались к средине XX века на базе теории цепных молекул Штаудингера и первых знаний о структуре и химических свойствах полимеров. В 80-х годах Донцов начал исследования коллоидно-химических особенностей вулканизации и ввёл термин полифункциональных узлов сетки из коллоидных частиц полимера, формируемых полимеризационноспособными мономерами. Усиление каучуков долго рассматривали как самостоятельное явление на межфазной границе, и только в 2000-2005 годах изучен механизм локализации техуглеродом процессов вулканизации внутри углеродокаучуковых частиц с превращением их в прочные полифункциональные узлы сетки резины. Таким образом, 170-летняя история развития технологии шин насчитывает три важных периода их вулканизации – малоэффективной, ускоренной и усиленной.

Покрышка является толстостенным многослойным резинокордным изделием, поэтому режимы её вулканизации различаются схемами построения и продолжительностью. На выбор параметров теплоносителей, помимо коэффициента теплоотдачи, влияют теплофизические свойства и температуростойкость шинных материалов, конструкция и размеры покрышки, а также способность резиновых смесей к конфекции, формованию и вулканизации. Формование покрышек - это сложный технологический процесс изменения формы в индукционном периоде вулканизации, при котором на границе между разными по составу резиновыми слоями и армирующими материалами идут процессы диффузии и взаимопроникновения, повышающие прочность их связи. Для предварительного формования покрышки в диафрагму подают формующий пар низкого давления (0,25МПа), под действием которого и опускающейся верхней полуформы выгибаются её стенки. Вулканизацию начинают с подачи в диафрагму греющего пара небольшого давления (1,0-1,6МПа) для быстрого разогрева диафрагмы и покрышки, а когда тепловой поток достигает изделия, подают пар более высокого давления прессования (1,8-2,2МПа) для растекания смесей и двухстороннего нагрева покрышки. Такое давление может оказаться достаточным для опрессовки и вулканизации покрышек самых малых размеров; для среднегабаритных покрышек поднимают давление опрессовки до 2,0-2,5МПа а для крупногабаритных - до 2,8МПа. Поскольку применение такого пара противопоказано из-за слишком высоких температур, в диафрагму после греющего пара подают циркулирующую перегретую воду требуемого давления с температурой 170-200^оС.

При формовании покрышки её внутренний диаметр уменьшается, а наружный - увеличивается, и она приобретает форму тора, приближающегося по конфигурации к вулканизованной покрышке с меньшим на 6-8% периметром профиля. Заданная форма покрышки получается в результате изменения углов расположения (поворота) нитей корда и деформации резины, а в покрышках полуплоской сборки – и поворота слоёв борта вокруг сердечника крыла. При формовании диагональных покрышек угол по короне увеличивается до 52^о, а в бортовой части снижается до 27-30^о. Греющим паром нагревают покрышку до минимальной степени вулканизации (25% от полной), позволяющей снимать давление без опасения расслоений и образования пористости. Для достижения оптимальных свойств многослойного изделия необходимы различия по скорости вулканизации слоёв: быстро вулканизующиеся смеси должны быть во внутренних, плохо прогреваемых слоях, а медленнее – в наружных.

Температуру вулканизации покрышки при выбранном режиме определяют непосредственными замерами с помощью термопар, которые закладывают между её слоями. Количественную оценку кинетики вулканизации при переменных температурах проводят разными методами, а для упрощения расчёта эффектов вулканизации применяют номограммы и инженерные методики. Распространён способ построения кривых «интенсивность-время» и определения эффекта вулканизации по площади под кривой. Способ приведения к эквивалентным временам удобен тем, что образцы резин вулканизуют в лабораторных условиях при постоянных температурах, и на кинетических кривых определяют продолжительность индукционного периода, время начала вулканизации, время достижения плато вулканизации, величину плато и другие времена. Для оптимизации режимов вулканизации покрышек в современных технологиях широко применяют физическое и математическое моделирование температурных полей и степеней вулканизации резин в изделии.

Подготовка покрышек к вулканизации состоит в нанесении на их поверхности смазки, содержащей тонкодисперсные тальк и слюду с размером частиц 7-10 мкм, хозяйственное мыло с 60% жирных кислот и силиконовую эмульсию, распределённые в воде или бензине (табл.3.25). Смазка на внутренней поверхности покрышки облегчает закладывание в её полость диафрагмы, выход воздуха из её полости между диафрагмой и каркасом, предотвращает привулканизацию диафрагмы к каркасу и прилипание ездовой камеры к покрышке при эксплуатации. Наружная смазка облегчает растекание смеси по форме при формовании и вулканизации покрышки и выход воздуха из формы. На специальных станках одновременно промазываются внутренняя (распыление пистолетом) и наружная стороны покрышек, после чего они проходят зону сушки и поступают на участок отбора, где с помощью подъёмного стола автоматически навешиваются на подвесной цепной конвейер. Хранят сырые покрышки на специальных конвейерных складах сроком от 4ч до 7 дней; при длительном хранении начинает выцветать сера, а материал теряет текучесть, что может привести к их расслаиванию при формовании.

Таблица 3.25.