一种胎面冠部双配方结构轮胎的制作方法和设备与流程

本发明涉及轮胎制造工业，尤其涉及橡胶领域的轮胎胎面制作，具体为一种胎面冠部双配方结构的制作方法和设备。

背景技术：

橡胶轮胎的胎面一般由两部分组成即上层的胎面冠部胶和下层的基部胶，冠部胶直接接触地面，应具有耐磨性和耐切割性，在应用中对其降低辊动阻力和抗湿滑性方面具有一定要求。冠部胶一般采用单一黑色胶料制成，随着轮胎技术工艺发展出现了在轮胎冠部嵌入、复合彩色安全线条的轮胎。

申请号为201010110680.4的专利公布了一种彩色安全标志线（条）轮胎，是以挤出、压延、嵌入、复合的技术工艺，将两条彩色胶料线条以倒三角形状分别嵌入、复合至胎冠胶片中并与胎面冠部胶片成型于一体。但是以三角形嵌入作为磨耗标志，在胎面磨耗的过程中因标志线条逐渐变窄，低辊动阻力和抗湿滑性的功能性随之降低。三角形嵌入、复合制作工艺过程操作要求也比较高。此专利说明书中公布的配方制备胎冠部的胎面冠部胶和嵌入胶，存在以下问题：1、黑色胎面冠部胶向彩色嵌入胶的迁移性污染；2、彩色胶料易黄变；3、制作两种胶料的过程中均有含毒性的添加剂，对环境有一定的污染。且此种轮胎中嵌入的彩色胶料仅起到了安全标志线的作用。对于轮胎冠部本身应有的特性没有显著改变，也不会对其降低辊阻、抗湿滑等特性有彻底的改善。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种胎面冠部双配方结构的制作方法和设备，对现有胎面冠部嵌入、复合的彩色安全标志线（条）轮胎进行改进，使嵌入胶的嵌入、复合截面宽度一致，与胎面同寿命，并同时标志出胎面的磨耗状况，且对嵌入、复合的工艺和设备进行改进，使其制作更简单，符合轮胎的绿色产业化发展。对胶料配方的改进，克服了彩色安全标志线（条）轮胎胎面的迁移性污染、黄变及生产中产生的污染性问题。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种胎面冠部双配方结构的轮胎的制作方法，包括胎面胶片复合制作和轮胎的硫化成型，所述轮胎的胎面包括胎面冠部胶和嵌入胶，所述胎面冠部胶为制作轮胎胎面的主体胶，所述嵌入胶嵌入、复合至胎面冠部胶之中，所述嵌入胶周向平行，嵌入胶横截面除胎面表面凹凸外，自上至下宽度相同；所述胎面胶片复合制作过程为首先通过挤出机挤出胎面冠部胶片，然后将胎面冠部胶片送入在挤出机出胶口后设置的辊筒上滚压出凹槽，并将配置好的嵌入胶嵌入凹槽中，通过双辊筒复合滚压形成双配方结构的胎面胶片。

进一步的，所述嵌入胶挤出圆柱条形嵌入凹槽中，通过双辊筒复合滚压，形变为凹槽的形状。

作为对胶料配方的改进，所述胎面冠部胶原材料包括丁苯橡胶、顺丁橡胶、硫磺、硬脂酸、氧化锌、促进剂、防老剂、炭黑、白炭黑、聚乙二醇、钛酸酯偶联剂、三线油和机油，其重量份数为：

丁苯橡胶 70～110

顺丁橡胶 10～30

硫磺 1～8

氧化锌 2～4

硬脂酸 1～3.5

促进剂 1～3

防老剂 2.3～５.9

炭黑 50～75

白炭黑 　 8～20

聚乙二醇 1～3

钛酸酯偶联剂 1～10

三线油 5～10

机油 5～10；

所述嵌入胶的原材料包括天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、硫磺、氧化锌、硬脂酸、促进剂、防老剂、白炭黑、聚乙二醇、钛酸酯偶联剂、白矿油和机油，其重量份数为：

天然橡胶 10～50

丁苯橡胶 50～69

顺丁橡胶 10～30

硫磺 1.0～5.0

氧化锌 2.0～6.0

硬脂酸 1.0～3.5

促进剂 1.0～3.0

防老剂 3.3～8.9

白炭黑 　 50～65

聚乙二醇 1.0～3.0

钛酸酯偶联剂 1.0～10

白矿油 5～10

机油 5～10。

进一步的，所述胎面冠部胶原材料中的丁苯橡胶为丁苯橡胶S-SBR和丁苯橡胶1502的混合物，二者的重量份数比为50~69:20~40；所述胎面冠部胶原材料中的促进剂为促进剂CZ和促进剂H的混合物，二者重量份数比为1~2.5:0.1~0.25；所述胎面冠部胶料中的防老剂为防老剂CTU和防老剂MB的混合物，二者的重量份数比为2~5:0.3~0.9；所述嵌入胶原材料中的丁苯橡胶为丁苯橡胶1502；所述嵌入胶原材料中的促进剂为促进剂CZ和促进剂DTDM的混合物，二者的重量份数比为：1~2.5:0.1~0.25；所述嵌入胶原材料中的防老剂为防老剂CP、防老剂CTU和防老剂MB的混合物，三者的重量份数比为1~3:2~5:0.3~0.9；所述胎面冠部胶原材料中还包括微晶石蜡，其重量份数为0.5~3；所述嵌入胶原材料中还包括微晶石蜡，其重量份数为0.5~3；所述胎面冠部胶原材料中还包括玻璃微珠，其重量份数为10~20；所述嵌入、复合胶原材料中还包括玻璃微珠，其重量份数为5~20。

一种制作胎面冠部双配方结构的轮胎的三辊压延机，所述三辊压延机包括主辊、上辊和侧辊，所述主辊为牵引辊，表面平直；所述上辊为凸辊；所述侧辊为表面形状与胎面冠部截面形相对应的平凹辊，所述平凹辊的表面设有凸起的环形隔板，两个环形隔板之间形成环形凹槽，所述环形凹槽用于填入嵌入胶料，经所述主辊与侧辊的滚压将嵌入胶料嵌入、复合至胎面冠部胶片中成型。

本发明的有益效果为：

1）提供一种制作胎面冠部双配方结构轮胎的挤出机的机外复合法及其设备，该方法简化了生产工艺。嵌入胶通过三辊压延机可嵌入、复合至胎面冠部胶片中，且对嵌入、复合的胶料的形状没有特殊要求，圆柱形即可，嵌入、复合过程中三辊压延机的辊筒会将其塑型，进一步降低设备的要求。该方法适合较大规模轮胎企业的生产。

2） 提供胎面冠部双配方结构的轮胎中胎面冠部胶和嵌入胶的胶料配方，其中嵌入胶降低滚阻效果佳，胎面冠部胶的抗湿滑效果较好，在同一轮胎的胎面冠部上使用两种配方胶料制作的胎面兼具抗湿滑性好和低滚动阻力的双重优点。

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明胎面冠部双配方结构的轮胎外观示意图；

图2为本发明胎面冠部双配方结构的轮胎的横截面示意图；

图 3为机外复合法三辊压延机工作结构示意图；

图4为图3A-A剖面示意图；

图5为图3B-B剖面示意图。

附图标记1.胎面冠部胶；2.嵌入胶； 12.主辊；13.上辊；14.侧辊；15.环形隔板；16.环形沟槽；17.嵌入胶挤出机;18.挤出机挤出的彩色胶条；19.传输辊道。

具体实施方式

实施例1

一种胎冠部双配方结构的轮胎，所述轮胎包括胎面冠部胶1和嵌入胶2，所述胎面冠部胶1为制作轮胎胎面冠部主体的胶，所述嵌入胶2嵌入、复合到胎面冠部胶1的表层至胎面冠部之中，所述嵌入胶2周向平行（即嵌入胶2形成与胎冠两侧边平行的圆环），嵌入胶2横截面除胎面表面凹凸外，自上至下宽度相同（如果胎面表面没有凹凸的花纹则嵌入胶2的横截面形状为矩形）。所述嵌入胶2为2条，分别沿轮胎胎面周向平行对称的嵌入至胎冠部内两胎肩处。两条嵌入胶嵌入为优选设计。根据需要也可以选择一条或多条嵌入胶。

该胎面冠部双配方结构轮胎的制作方法，包括胎面胶片复合制作和轮胎的硫化成型，所述胎面胶片复合制作过程为首先通过挤出机挤出胎面冠部胶片，然后将胎面冠部胶片送入在挤出机出胶口后设置的辊筒上滚压出凹槽，并将配置好的嵌入胶嵌入凹槽中，通过双辊筒滚压复合形成胎面胶片。所述嵌入胶挤出成圆柱条形嵌入凹槽中，再通过双辊筒滚压形变为凹槽的形状。

用于制作胎冠部双配方结构的轮胎的三辊压延机，三辊压延机包括主辊12、上辊13和侧辊14，主辊12为牵引辊，表面平直；上辊13为凸辊；侧辊14为表面形状与胎面冠部截面相对应的平凹辊，侧辊14的表面设有凸起的环形隔板15，两个环形隔板15之间形成环形凹槽16，环形凹槽16用于添加嵌入胶料，经主辊12与侧辊14的辊压将嵌入胶嵌入、复合至胎面冠部胶片中。

胎面冠部胶片由挤出机挤出后通过传输辊道19输入至三辊压延机的主辊与上辊之间，在三辊压延机主辊12与上辊13之间压延的瞬间，进入主辊12与侧辊14间，这时挤出机17挤出的圆形条状的嵌入胶料通过导轮18输入至侧辊14的环形凹槽16内，环形凹槽16填入圆形条状的胶料，在主辊12和侧辊14辊压的作用下，将形变为矩形状的胶料嵌入、复合至胎面冠部胶片中，同时滚压出胎面截面的外形尺寸制成胎面胶片，成型为胎面胶片经硫化成型后，制成胎面冠部双配方结构的成品轮胎。

实施例2

在实施例1的基础上进一步优化。

三辊压延机为L型三辊压延机由三个辊筒、温控及调速装置组成；辊筒可设置为113㎜×长366㎜和166㎜×长536㎜两种规格。

上辊13为腰鼓形状的凸辊，凸面与挤出的胎面冠部胶片截面形状相似。主辊12与上辊13的间距，由上辊13调节。胎面冠部胶片由挤出机挤出口型后，其一般都具有断面增大，宽度和长度则收缩的挤出效应，因此，胎面冠部胶片断面增厚，尤其是中间部位更显著。所以，上辊磨刻成具有一定弧度的凸辊，通过上辊与主辊的间距调整，基本在成型为胎面冠部胶片半成品形状，输入侧辊和主辊之间。

侧辊14为平凹辊。雕刻制成对应胎面冠部胶片截面形状、尺寸标准的平凹辊。侧辊14上由4个隔板15形成两个环形凹槽16。隔板15厚度0.6㎜，隔板15顶端与侧辊14表面平直面距离1.6㎜，因环形凹槽16底部有斜度，对应的两个隔板15的高分别为7.9㎜和6.9㎜。当环形凹槽16填满嵌入胶料后，在滚压的作用下形变为矩形状的嵌入胶料，嵌入、复合至胎面冠部胶片中，同时滚压出的胎面截面胶片并留出1.6㎜厚度的胎面底胶。1.6㎜厚度的胎面底胶为磨耗标志。

嵌入胶挤出机17为螺杆45㎜热喂料挤出机，可设置于L型三辊压延机装置之上或对置，嵌入胶挤出机17口型板168㎜×厚度20㎜，雕刻有二个圆形的嵌入胶料挤出口型，口型直径12㎜×厚度5㎜，口型内端磨刻有长100㎜×宽30㎜内凹的弧形状修正槽。

实施例3

在实施例1的基础上对胎面冠部胶料和嵌入胶料配方进行改进。

所述胎面冠部胶料的原材料包括丁苯橡胶、顺丁橡胶、硫磺、硬脂酸、氧化锌、促进剂、防老剂、炭黑、白炭黑、聚乙二醇、钛酸酯偶联剂、三线油和机油，其重量份数为：

丁苯橡胶 70～110

顺丁橡胶 10～30

硫磺 1～8

氧化锌 2～4

硬脂酸 1～3.5

促进剂 1～3

防老剂 2.3～5.9

炭黑 50～75

白炭黑 　 8～20

聚乙二醇 1～3

钛酸酯偶联剂 1～10

三线油 5～10

机油 5～10；

所述嵌入胶料的原材料包括天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、硫磺、氧化锌、硬脂酸、促进剂、防老剂、白炭黑、聚乙二醇、钛酸酯偶联剂、白矿油和机油，其重量份数为：

天然橡胶 10～50

丁苯橡胶 50～69

顺丁橡胶 10～30

硫磺 1.0～5.0

氧化锌 2.0～6.0

硬脂酸 1.0～3.5

促进剂 1.0～3.0

防老剂 3.3～8.9

白炭黑 　 50～65

聚乙二醇 1.0～3.0

钛酸酯偶联剂 1.0～10

白矿油 5～10

机油 5～10。

其中胎面冠部胶料的抗湿滑特性突出，而嵌入胶料降低辊阻特性突出。

在以往的胎面配方中，橡胶软化増塑体系中的软化剂芳香烃油、环烷烃油存在着向彩色胶中迁移性污染的问题。且芳香烃油、环烷烃油具有一定的毒性，污染环境。而在本发明中选用的环保型、无迁移性污染的助剂三线油、白矿油、机油代替芳香烃油、环烷烃油等，克服了原有胎面冠部胶的迁移性污染和环境污染的问题。

三线油。由三线原料脱蜡后制得，在常温下为半固体，运动黏度（50°C）≤4.0×10^-2m²/s,零点≤0°含蜡较低。三线油添加到天然橡胶及合成橡胶中可改善工艺性能，并能提高硫化胶的耐磨性、曲挠性。硫化胶的力学性能高于古马龙树脂的硫化胶，制品的光洁度好，无迁移现象。

白矿油。由石油润滑油馏分经脱蜡，酸碱洗涤或用白土处理制得的浅黄色液体，无污染性，耐氧化，凝固点低，有较好的耐寒性及绝缘性。

白炭黑在胎面抗崩花、耐屈挠和抗冲击性能方面都有好处，所以在轮胎中使用白炭黑时添加偶联剂，可取得低辊动阻力（生热低），良好抓着性能和高耐磨性能之间的有效平衡。

置换在这方面使用广泛的是硅烷偶联剂Si-69，但Si-69成本高，会提高胶料成本，且硅烷偶联剂则有一定的毒性。本发明选用钛酸酯偶联剂代替硅烷偶联剂Si-69，钛酸酯偶联剂用量小、价格低，可降低胶料黏度、改善流动性，提高拉伸强度、伸长率、增加填充剂用量并有利于黏合或阻燃。

实施例4

在实施例3的基础上进一步改进。

胎面冠部胶的配方为：

丁苯橡胶 S-SBR 50～69

丁苯橡胶1502 20～40

顺丁橡胶 10～30

硫磺 1～8

氧化锌 2～4

硬脂酸 1～3.5

促进剂CZ 1～2.5

促进剂H 0.1～0.25

防老剂CTU 2～5

防老剂MB 0.3～0.9

炭黑 50～75

白炭黑 　 8～20

聚乙二醇 1～3

钛酸酯偶联剂 1～10

三线油 5～10

机油 5～10

微晶石蜡 0.5～3.0；

嵌入胶的配方为：

天然橡胶 10～50

丁苯胶 1502 50～69

顺丁橡胶 10～30

硫磺 1～5

氧化锌 2～6

硬脂酸 1～3.5

促进剂CZ 1～2.5

促进剂DTDM 0.1～0.25

防老剂CP 1～3

防老剂CTU 2～5

防老剂MB 0.3～0.9

白炭黑 　 50～65

聚乙二醇 1～3

钛酸酯偶联剂 1～10

白矿油 5～10

机油 5～10

微晶石蜡 0.5～3.0。

本实施例中胎面冠部胶料配方中采用以溶聚丁苯橡胶（可大量填充炭黑或白炭黑）为主，以及丁苯橡胶（非污染型品种）为辅，以填充较大量生热低的炭黑，其抗湿滑性好。嵌入胶料配方中，以使用白炭黑添加钛酸酯偶联剂，滚阻低。

传统醛胺类防老剂RD、BLE、抗臭氧防老剂AW、4010、4010NA、4020、4030等具有迁移性污染和环境污染，本实施例中选用的防老剂MB、CTU，促进剂CZ、H均属环保，无迁移性污染和污染性的助剂。防老剂CTU，一般只用于胎侧胶料，属于硫脲衍生物，不溶于水，分子中除含有氮原子外，还含有提供电子能力强的取代基。其作用是优先与臭氧反应或抑制臭氧与橡胶反应，性能与抗臭氧剂AW和4010NA持平，与AW和4010NA等的主要区别在于：前者污染和变色，后者不污染、耐黄变。

本实施例通过配方中材料及助剂的调整，很好地解决了迁移性的污染、耐黄变和污染性的问题。其以矩形形状嵌入、复合至胎面冠部胶片中的彩色嵌入胶与黑色胎面冠部胶，经切样，胎面冠部胶与嵌入胶之间，无迁移、黄变现象，泾渭分明。轮胎的滚动阻力有显著的下降，提高抗湿滑性能的同时，对其它各项性能指标也有较好的平衡。嵌入、复合的彩色胶料经检测，紫外线箱内持续照射6小时以上未黄变（国家标准为4小时）。

实施例5

在实施例4的基础上进一步改进。

胎面冠部胶的配方为：

丁苯橡胶 S-SBR 50～69

丁苯橡胶1502 20～40

顺丁橡胶 10～30

硫磺 1～8

氧化锌 2～4

硬脂酸 1～3.5

促进剂CZ 1～2.5

促进剂H 0.1～0.25

防老剂CTU 2～5

防老剂MB 0.3～0.9

炭黑 50～75

白炭黑 　 8～20

聚乙二醇 1～3

钛酸酯偶联剂 1～10

三线油 5～10

机油 5～10

微晶石蜡 0.5～3.0

玻璃微珠 10~20；

嵌入胶的配方为：

天然橡胶 10～50

丁苯胶 1502 50～69

顺丁橡胶 10～30

硫磺 1～5

氧化锌 2～6

硬脂酸 1～3.5

促进剂CZ 1～2.5

促进剂DTDM 0.1～0.25

防老剂CP 1～3

防老剂CTU 2～5

防老剂MB 0.3～0.9

白炭黑 　 50～65

聚乙二醇 1～3

钛酸酯偶联剂 1～10

白矿油 5～10

机油 5～10

微晶石蜡 0.5～3.0

玻璃微珠 5~20。

玻璃微珠。其真空密度：0.2～0.6g/cm³,粒径：2～125nm之间，PH值：8.0～9.5，温度使用范围:-20°C至500°C，特性：不溶于水，耐酸碱性强，外观：白色流动性粉末。应用在本实施例中，可提高胎面胶的拉伸强度、抗冲击力和耐磨性。