专利名称：轮胎内衬层的局部深度式硫化的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种局部深度式硫化轮胎内衬层的方法。此外，本发明涉及一种硫化轮胎内衬层的改进设备。
背景技术：
制造轮胎的一个通用方法是使用硫化胶囊。该胶囊以蒸汽或像热水的加热流体进行充胀以朝轮胎模具的壁部挤压生轮胎。在轮胎硫化工艺中有一些与胶囊使用相关的问题。特别是，在成形期间该胶囊可使轮胎扭曲和影响其在模具中的位置。这可能导致严重的质量问题。与胶囊使用有关的另一个问题是它们会被磨损。这导致增加胶囊更换的成本以及增加与该更换相关的劳动及时间。此外，在胶囊中可能有缺陷，诸如针孔泄漏。针孔泄漏将使高温蒸汽逸出并接触轮胎的内衬层。这可导致蒸汽渗透过内衬层进入其它的橡胶/强化部分之间的各层中而出现废品。与硫化胶囊使用有关的润滑材料也会污染轮胎。
使用胶囊的其它缺点包括较低的热传导率(由硫化介质至轮胎的)，因为胶囊的壁厚减小了热流通量而导致更长的硫化时间，由此增加了时间及能源的额外成本。当制造诸如拖拉机轮胎的较大轮胎时，使用硫化胶囊的这些问题及缺点会更多。
曾经使用无胶囊模压工艺以便降低与硫化胶囊相关的工作成本和制造较大的轮胎。无胶囊模压方法已公开于美国专利NO.4,400,342、5,127,811及5,597,429中。
虽然无胶囊模压的应用有各种优点，但在这个方法中可能发生各种问题。生轮胎与流体在压力下直接接触可由于该流体渗入该未硫化的轮胎而产生问题。流体渗透可导致相邻各层之间的分离，或者相反地扰乱弹性体材料与加强结构之间的粘结工艺。
讲述了流体渗透问题的一种硫化轮胎方法公开于美国专利6,409,959中，该专利公开了一种硫化轮胎工艺，该工艺通过在轮胎内表面上提供一打底胶浆并对该轮胎施加热以硫化第一层弹化体和形成防止流体在压力下渗入该轮胎内部的一层来硫化轮胎。一旦形成了这个不渗透层，压力下的流体就允许完成该生轮胎的硫化。
无胶囊模压的另一个途径是生成不渗透这些硫化流体的轮胎内衬层。在制造轮胎中制备部分地硫化的橡胶层的一种方法公开于美国专利4,139,405中，该专利教导应用辐射来作用于橡胶层的硫化或部分硫化。该被硫化的层可以是内衬层或胎面层。硫化的量或深度由所应用的辐射强度来控制。该内衬层可在生轮胎与内衬层一齐制成后被硫化或是单独地硫化而然后在生轮胎的组合中用作内衬层。辐射可用来处理生轮胎的内衬层。通过屏蔽部分轮胎来控制要被辐照的区域。然而，辐照对丁基橡胶及含有丁基衍生物的某些其它橡胶有不利影响。
制备部分地硫化的橡胶带的另一个方法公开于美国专利4,233,013中，该专利教导了用于连续生产硫化橡胶带的一种设备，该硫化橡胶带具有诸如轮胎胎面的表面结构。该装置包括把橡胶挤出成为柔软的、发粘的连续橡胶带的一装置；在压力下把橡胶压入模压表面的一装置；以及维持其处于压力下的同时引导辐射或热量进入粘性橡胶的一装置。实质上，在橡胶被挤出成为一皮带上的连续带之后，模压装置在该橡胶上施以压力并且该橡胶被暴露以辐射或加热至部分地硫化该橡胶片。
部分硫化的还有的另一个方法公开于美国专利5,201,975中，该专利教导了应用一加热的图案环以便模压及部分地硫化胎面组合件来制造轮胎的一种方法。未硫化的胎面组合件被装配入一图案环以赋予该胎面橡胶以一图案，然后该胎面橡胶被加热以变成部分地硫化，并且通过未硫化的胎体在该图案环内定位来使该轮胎进一步组装，使得该胎体接触该胎面组合件的未硫化部分。
发明内容
本发明的目标是制造一种部分地硫化的内衬层的方法及设备，该内衬层在无胶囊轮胎模压工艺中是有用的。通过在预定的时间周期内使压力和热量联合作用在内衬层的一个面上来获得局部深度式硫化的橡胶层。更准确地说，根据本发明，把热量及压力施加在轮胎上以控制硫化工艺，使得硫化深度或硫化深度曲线能被控制。通过提供不渗透硫化流体的衬层，使在一侧面被更加充分硫化的一内衬层充当一传统的硫化胶囊；与此同时，该内衬层的另一侧面较少硫化或未被硫化。用这种方法，在轮胎制造过程中，诸如胎面层、胎体层及胎圈的生轮胎其它组成部分可被粘结在该内衬层的发粘未硫化表面上。一旦该生轮胎被形成在部分硫化内衬层上，该轮胎就可在轮胎模压空腔内被硫化而不使用硫化胶囊。
本发明的一个体现是一种制备轮胎的内衬层的方法，该方法包括步骤形成一未硫化橡胶层，该未硫化橡胶层具有一第一表面和一相对的表面；向橡胶层施加压力；从该第一表面加热该橡胶层，以使该表面上的该层比该相对的表面上的层更加完全地硫化；冷却该橡胶层；并且在该层已被冷却至不会明显发生硫化的温度之后，释放施加至该橡胶层的压力。
在本发明的一更具体实施例中，一橡胶层被设置在一支承上并被封闭在已增压的一硫化腔中。该压力选择得在硫化工艺期间可防止硫化的副产物使橡胶层起泡。在该腔增压后，该层从一个侧面被加热至所需的硫化温度并在该所需的温度下保持一段时间以便获得所需的硫化曲线，其中该已被加热的侧面更完全地硫化而该相对的侧面未完全硫化或未被硫化。在要求的制造时间内该橡胶层被加热至适于提供所需的硫化曲线的温度。这个温度约为250-450°F。通常，该支承是一鼓。一旦达到所需的硫化曲线，则该层被冷却至该层不再硫化的温度。通常，这个温度约低于100°F。最后，该腔被减压。通过保持该层上的压力直至它冷却至它不再硫化的温度为止，当该压力被释放时该硫化副产物不会使该层起泡。
本发明的另一个体现是一种用于硫化轮胎的内衬层的设备，该设备包括具有一内表面和外表面的一硫化鼓；在该鼓内表面上的一热交换腔；围绕该鼓的一外壳；该鼓的该外表面与该外壳之间的一空间；在该外壳内部位于该外壳每个端部的一可充气密封件，使得通过对该密封件充气，该密封件膨胀并封闭住该鼓与该外壳之间的该空间；用于向该空间供输一气体并使该空间增压的一进气口；用于加热该鼓中的该热交换腔的一热源；以及用于冷却该鼓内的该热交换腔的冷却剂。
本发明的另外一实施例是一种方法，该方法包括提供一种用于硫化轮胎内衬层的设备，该设备包括一鼓，该鼓具有一内表面和外表面；在该鼓内表面上的一热交换腔；围绕该鼓的一外壳；该鼓的该外表面与该外壳之间的一空间；在该外壳内部位于该外壳每个端部的一可充气密封件，使得通过对该密封件充气，该密封件膨胀并封闭住该鼓与该外壳之间的该空间；用于向该空间供输一气体并使该空间增压的一进气口；用于加热该热交换腔以便加热该鼓的一热源；以及用于冷却该热交换腔以便冷却该鼓的一冷却剂源；提供一未硫化的橡胶层，该橡胶层具有邻近于该鼓的该外表面的一个表面；对该密封件充气以封闭住该外壳与该鼓之间的该空间；使该外壳与该鼓之间的该空间增压；加热该鼓，由此加热该橡胶层，以使邻近该鼓的该外表面的该层比该相对的表面上的层更加完全地硫化；冷却该鼓，由此冷却该层；和在该层已被冷却之后释放该空间内的压力。
在本发明的一更具体的实施例中，该设备包括一鼓，其中该橡胶层被施加在该鼓的该外表面上。该鼓的该内表面含有热交换腔，该腔可被分成各区段或各子腔，以控制该硫化区域的位置。该外壳以脚状件安装在一轨道上，该脚状件从该外壳延伸并可相对该鼓移动，使得该外壳可被定位于第一位置，在该第一位置该橡胶层可被施加在该鼓上，和定位于第二位置上，在该第二位置该外壳围绕该鼓，生成该外壳与该鼓之间的一空间。通过向该密封件充气使该空间被密封，该密封件位于该外壳的每个端部。一旦该空间已被密封，一气体被供输入该空间以使该空间增压，依次增压该橡胶层。在该橡胶层增压之后，则该橡胶可通过加热而硫化。在本发明的一个实施例中，该鼓内的该热交换腔含有容纳热的流体或冷却剂的通道，由此该鼓可分别地被加热及被冷却。邻近该鼓的该橡胶的该侧面被加热以硫化该橡胶至所需深度，并且一旦达到所需的硫化橡胶的深度就与该鼓一起被冷却。一旦实现了这点，该橡胶上的压力就可被释放。
通过参考下列附图来更详细解释本发明，其中图1是从根据本发明的一个实施例的一硫化设备的侧边所见的一立体视图。
图2是图1中所示的该设备的一立体视图，其中该外壳被定位成围绕该鼓。
图3是根据本发明的一个实施例的一设备的一剖视图。
图4(A)是显示处于未充气状态下的该密封件一放大视图。
图4(B)是显示处于充气状态下的该密封件的一放大视图。
图5是该外壳的一剖视图。
图6是该外壳的一分解视图。
图7是该鼓的一剖视图。
具体实施例方式
在本发明的一个实施例中，设备10包括一硫化鼓12及安装在一轨道或滑轨16上的一外壳14。外壳14含有一对脚状件18，脚状件18支承着外壳14以沿杆17运动。利用一毂体15(图3)将鼓12安装在一垂直架13上，毂体15利用容纳在孔15a中的螺栓而固定在架13上。在图释的实施例中，鼓12是静止的，但鼓12可被安装成能相对于外壳14移动而外壳14是静止的，或者鼓12及外壳14两者可被安装成能彼此相对运动。
鼓12具有一外表面20及一内表面22。外表面20可以是带纹理的或光滑的及带有孔的以生成轮胎内面上所需的模压外观。多个流体供应管24向鼓12内表面22上的一封闭的热交换腔26供给诸如蒸汽或热水的热交换介质。各流体供应管由软管25连接至供应有热交换介质的一箱体或集管27。虽然热的流体是加热该鼓的方便手段，但也可使用诸如电加热线圈或电感应器的其它热源。
外壳14被移动入如图2中所示的围绕鼓12的位置，致使外壳14围绕着鼓12而在鼓12的外表面与外壳14之间形成一空间28。空间28尺寸上可改变，但它必须略宽于容纳内衬层厚度所需的尺寸，该内衬层将被安装在鼓12上。例如，空间28的宽度可以是约0.25-1.0英寸。
在外壳14的端部是第一环形可充气密封件30及一第二环形可充气密封件32。密封件30、32由环状胶囊形成，该环状胶囊与一压力气体源流体连通，该压力气体从管子40、42供入位于每个密封件30、32上的入口柄34、36，管子40、42连接于一密封压力调节器38。密封压力调节器38经管子44连接至气体/空气源。
密封件30、32可由能耐受硫化温度的硅橡胶或其它合适材料制成。各密封件通过配套环48、49、50、51保持在其位置上。每个密封件具有分别在外端部的一外配套环48、51和在内端部上的一内配套环49、50，以便如本文所描述依靠空间28的充气和增压使密封件30、32保持在其位置。配套环48、49、50、51通常由诸如钢的坚硬金属制成并且由螺栓53螺栓连接在外壳14的内表面上。图4A图释了处于非充气状况下的密封件30。图4B图释了处于充气状况下的密封件30。当充了气时密封件30接触鼓12的外表面20。通常密封件30、32被充气至一压力，该压力大于将施加至空间28的压力约5psi。这可使密封件30、32经受住施加在密封的空间28的压力。因此如果该空间被增压至45psi，该密封件将被充气至压力大于45psi，例如约50psi。外壳14还含有一外壳压力阀52。增压气体由外壳压力阀52控制并被供输进入外壳14与鼓12之间的空间28，使得通过开启阀52可使空间28增压。
为制成一内衬层，一未硫化的橡胶层11被施加在鼓12的外表面20上。可以应用在鼓12上制成内衬层11的任何方便的方法。在一种方法中，该内衬层被单独地制成片而该片被缠绕在该鼓上并以技术上已熟知的方式拼接。该橡胶层可由有利于形成轮胎内衬层的任何组合物制成。有益于此目的橡胶配方在技术上是已熟知的。这些配方将根据轮胎的性质和尺寸而改变，而该轮胎是用内衬层来形成的。有利于制作内衬层的一种橡胶组合物是丁基橡胶组合物。在Spadone的美国专利4,279,284中提供了其它的例子。该层的厚度范围从约0.050英寸至0.250英寸，但不局限于此。
外壳14端部处的密封件30、32被充气以封闭住空间28并生成可被增压的一密封的腔。在密封空间28时，空气或其它气体被供输入空间28。这在空间28中产生压力，由此空间28向橡胶层11加压。在一个实施例中，施加的该压力通常至少为40psi。该压力被选择得它足够高以防止硫化产品使内衬层起泡(即形成微孔)，但足够低以保持在该可充气密封件的工作极限之内。在向橡胶施加压力方面，当向鼓12的热交换腔26供输热的流体时保持着该施加的压力。在一个实施例中，该热的流体是可通过供应管24被供入热交换腔26的蒸汽。在图释的实施例中，有间隔18°分布的20个入口24。但是该数量及间隔是任选的。热源可以是一流体，诸如蒸汽或像热油的其它热交换流体。在另一个实施例中，该热交换腔可用电加热元件加热。
该热源加热鼓12，依次鼓12加热邻近鼓12的外表面20的橡胶层11。通常，该橡胶被加热至约250-450°F，而更经常是被加热至约280-320°F。当热量从一个侧面穿透橡胶层11时，邻近鼓12的橡胶层11由于热而开始硫化。实际的加热条件将取决于被硫化的橡胶组合物的配方、其厚度以及所需的硫化深度曲线。
在内衬层中所生产的该硫化曲线将根据轮胎的尺寸及形状和内衬层所使用的轮胎模压工艺而改变。内衬层的外表面将比邻近鼓的内表面被硫化得少些。外表面硫化程度的范围从基本未被硫化至接近完全被硫化，例如约为0至约98％硫化。内表面可基本充分被硫化或硫化了60-100％。一个目标是选择一硫化曲线，它造成内表面足够地硫化，使得该衬层可应用于无胶囊模压工艺中而该外表面保持充分地未被硫化，以在轮胎制造过程中使轮胎的其它部件粘结至该衬层上。
一旦达到所需的硫化曲线，该热源就被撤除而一冷却剂被供入热交换腔26以冷却该鼓，依次冷却橡胶层11及有效地停止该橡胶的任何进一步硫化或使它减慢至一不显著的速率。在一个实施例中，该冷却剂源可通过位于该鼓内表面22上的供输管24被供输入热交换腔26。该冷却剂源可以是水。该水可被冷却至一温度，在该温度下可如所要求地快速有效地停止该硫化。一旦通过冷却橡胶层而使该硫化停止，施加在该橡胶的压力就可被释放。在一个实施例中，这可通过关断外壳压力阀52并使密封件30、32放气来完成。这之后，外壳14移动至其邻近鼓12的初始位置。部分地硫化的橡胶层11可通过把它从鼓表面上剥离而被除去，并用于该轮胎成型工艺的下一个步骤。内衬层的已硫化侧面变成不透气及不透液体，而较少硫化或未被硫化的侧面仍然保持粘性，这对于在轮胎制造工艺中把还有的部件添加到该轮胎是有帮助的。该内衬层的该硫化的部分可使橡胶的模压不必使用空气胶囊，因为它在模压过程中能经受住该硫化流体。事实上，该内衬层的该硫化部分起到该硫化胶囊的代替物的作用。因此，该部分地硫化的内衬层享有一硫化胶囊的两种性质，仍保持为制造轮胎而进一步添加部件所需的该粘度性质。
应该清楚地理解上面说明的意图仅是图释和例子，并没有限制的意图。可作出其它的改变及改良，包括缩小及扩大变化和附录的权项的改良。
权利要求
1.一种制造一轮胎的一内衬层的方法，其特征在于以下步骤形成一未硫化的橡胶层，该层具有一第一表面和一相对的表面；向该橡胶层施加压力；从该第一表面加热该橡胶层以使该表面上的该层比该相对的表面上的层更加完全地硫化；冷却该橡胶层；和在该层已被冷却之后，释放施加至该橡胶层的压力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该未硫化的橡胶层被形成在一鼓上，该层的一个表面邻近该鼓的外表面。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该未硫化的橡胶层的厚度约为0.050-0.250英寸。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，向该层施加压力的步骤是通过在一空间中封闭住该未硫化的橡胶层并向该空间施加压力来完成的。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，施加至该未硫化的橡胶层的该压力在硫化期间足以防止因硫化副产物而使该层起泡。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，施加至该未硫化的橡胶层的该压力至少是40psi。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，加热该橡胶层的一个表面的步骤是通过加热该鼓并由此优选地加热邻近该鼓的该橡胶层的表面来完成的。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该橡胶层被加热至约250-450°F的温度。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该未硫化的橡胶层被加热一段时间，该段时间足以为该橡胶层提供一所需的硫化曲线。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该未硫化的橡胶层被加热至一温度并加热一段时间，使得该层厚度的一部分被部分地硫化而该层厚度的其它部分被更完全地硫化。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该鼓被冷却至该橡胶不再继续硫化的一温度。
12.一种用于硫化一轮胎的一内衬层的设备，其特征在于一鼓，该鼓具有一内表面及外表面；在该鼓的该内表面上的一热交换腔；围绕该鼓的一外壳；位于该鼓的该外表面与该外壳之间的一空间；在该外壳内位于该外壳每一端部处的一可充气密封件，使得通过向该密封件充气，该密封件膨胀并封闭住该鼓与该外壳之间的空间；用于向该空间供输一气体并使该空间增压的一进气口；为加热该鼓而与该热交换腔连通的一热源；和为冷却该鼓而与该热交换腔连通的一冷却剂源。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，该鼓的该外表面是带纹理的。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，该鼓及该外壳安装在一轨道上以便彼此相对运动。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，该热源是蒸汽。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，该热源能加热该鼓至约250-450°F的温度。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，该冷却剂源是水。
18.一种用于硫化一轮胎的一内衬层的方法，其特征在于以下步骤提供一设备，该设备包括一鼓，该鼓具有一内表面及外表面；在该鼓的该内表面上的一热交换腔；围绕着该鼓、具有在该鼓的该外表面与该外壳之间的空间的一外壳；位于该外壳的每一端部处的一可充气密封件，使得通过对该密封件充气，该密封件膨胀并封闭住该鼓与该外壳之间的空间；用于供输一气体至该空间并使该空间增压的一进气口；为加热该鼓而与该热交换腔连通的一热源；以及为冷却该鼓而与该热交换腔连通的一冷却剂源；在该鼓的该外表面上提供一未硫化的橡胶层；向该密封件充气以封闭住该鼓与该外壳之间的空间；向该空间供输一气体以向该空间及该橡胶层加压；加热该鼓，由此从邻近该鼓的该表面加热该橡胶层，以使该表面上的该层比该相对的表面上的层更加完全地硫化；冷却该鼓，由此冷却该橡胶层；和当该层已被冷却时释放该空间中的压力。
全文摘要
局部深度式硫化轮胎内衬层的方法及设备。该方法包括形成未硫化的橡胶层，该层具有第一表面和一相对的表面；向橡胶层施加压力；从该第一表面加热橡胶层，以使该表面上的该层比该相对的表面上的层更加完全地硫化；冷却橡胶层并在该层被冷却之后释放施加于橡胶层的压力。该设备包括鼓；在该鼓内表面上的热交换腔；围绕该鼓的外壳；位于该鼓的外表面与该外壳之间的空间；在该外壳内部位于该外壳每一端部处的可充气密封件，通过向密封件充气，密封件膨胀并封闭住位于该鼓与外壳之间的空间；用于向该空间供输气体并使该空间增压的进气口；为加热该鼓而与热交换腔连通的热源；为冷却该鼓而与热交换腔连通的冷却剂源。
文档编号B29L23/24GK1513657SQ20031012436
公开日2004年7月21日 申请日期2003年12月30日 优先权日2002年12月30日
发明者K·D·康格, W·M·胡斯, W·A·雷克斯, F·F·小范南, K D 康格, 小范南, 胡斯, 雷克斯 申请人:固特异轮胎和橡胶公司