轮胎硫化胶囊

轮胎硫化胶囊（后面简称胶囊）主要是轮胎硫化的一个工具。材质为丁基橡胶。相当于轮胎模具的内模。胶囊根据硫化机、夹具不同，分为不同型号：斜交A型、斜交B型、斜交AB 型、子午A型（成为RA）、子午B型（RB）和子午AB型（RAB）。其作用主要在轮胎硫化过程中内部充压缩气、充氮气或充过热水等。使其伸张，撑起轮胎胶胚形成内压硫化轮胎。其优点为导热快，效率高，劳动强度低，操作简便。

胶囊在硫化轮胎时有一定的伸张比，一般径向伸张R=外胎胎里直径（DK）/胶囊原始状态直径（DB）。斜交胎B型胶囊径向伸张取值为1.6-1.85，斜交胎A型与B型伸张比相似。子午胎取值为1.10-1.15，允许值为1.05-1.20。在胶囊和轮胎的选型时除了胶囊直径外还有一个重要条件需要注意就是胶囊断面周长。胶囊断面周长伸张L=外胎断面内轮廓周长/胶囊断面周长。胶囊的断面周长伸张应尽可能小，与轮胎内轮廓的伸张不应超过20%，一般轻型载重轮胎B型胶囊的断面周长为1.08-1.15%。重型轮胎断面周长伸张值为1.02-1.04，A型胶囊断面周长伸张值较大，斜交、子午胎均为1.1-1.15左右。胶囊是反复伸张的工作条件。所以使用寿命除了高伸张也受到高温和耐氧化情况，即轮胎公司过热水的除氧情况。这个是有具体指标规定的。一般为过热水氧指数含量不超过0.05PPm（氮气硫化除外）。

轮胎硫化胶囊配方思路

胶囊使用温度一般为180-200度。接触的介质主要是过热水，过热蒸汽，压缩空气或者氮气。胶囊伸张比很大尤其是斜交类型的胶囊。所说义针对以上我们胶囊配方设计思路为耐高温，高伸张，耐氧化，高伸张后的还原性即扯断永久变形。思路分析为：高温达不到就是直接导致硫化胶囊的使用寿命折损。伸张和扯断永久变形是想关联考虑的，伸张太低有损使用寿命。伸张太高由于应力松弛回原性下降，所以在保证扯断伸长率的前提下也要保证含胶率，交联密度和胶料的强度。如果胶囊伸张以后不能很快的恢复可能造成胶囊打折现象。所以胶囊就是针对耐高温，高强度，高伸张，低扯断永久变形考虑设计。

1.生胶的选择：

国内胶囊公司大都采用不饱和度1.5%－2%之间的丁基橡胶。大多数公司采用拜耳，埃克森或者JSR的268或者301牌号丁基。但是人们往往有一个误区，认为是一个牌号的丁基橡胶其性能是相同的，其他的一些指标也是一样的。其实不然，拜耳、埃克森的268牌号丁基是门尼粘度71－80，非污染型橡胶。JSR公司的268则是门尼粘度41－50，非污染型橡胶。JSR所对应的拜耳、埃克森的牌号则是265型。但是国内丁基硫化胶囊的生产厂家都是采用三个厂家的268进行同一个工艺的操作。俄罗斯生产的1675和国内燕化的1751牌号丁基属于是不饱和度1.6%－2%的橡胶，是属于门尼粘度75的污染型橡胶。市场的价格国内和俄罗斯的丁基比其他国家的便宜近一万左右，有的时候价格相差更是离谱。国内的丁基橡胶原来出现不稳定现象但现在我国的丁基橡胶的稳定性已经提高。其物理性能和其他国家的丁基也几乎持平。我认为完全可以用国内丁基代替或部分代替国内丁基生产胶囊，以降低成本。

2.轮胎硫化胶囊的硫化体系：

丁基一般采用硫磺，醌钨或者树脂硫化。但是鉴于使用条件一般采用树脂硫化。硫化树脂一般为酚醛树脂，不得不提到酚醛树脂临位羟甲基含量对酚醛树脂硫化性能有很大影响。当羟甲基含量小于%时，酚醛树脂缺乏交联能力，不能进行硫化，胶料一直出于未硫化状态。只有当临位羟甲基含量达6%以上时，它才具有正常的交联能力。

树脂硫化丁基常用树脂有：对叔丁基酚醛树脂，含羟甲基8~11%，如2402树脂，101B树脂等；对叔辛基酚醛树脂。如Amberol ST-137、SP-1045等；烷基酚醛树脂，如R17152等；酚醛树脂2123；溴甲基对叔丁基酚醛树脂，如SP-1055, SP-1056、溴化酚醛树脂201等；2，6-羟二甲基-4-氯苯酚树脂，如YDO等。介于2402树脂硫化速度缓慢大都采用对叔辛基酚醛树脂，或溴甲基对叔丁基酚醛树脂。试验证明溴甲基对叔丁基酚醛树脂硫化速度最快，对辛基酚醛树脂其次。溴化酚醛树脂不但可以快速硫化，且硫化胶物性好，老化后硬度变化也

小。试验表明溴化酚醛树脂用量为4~12份范围内，丁基橡胶硫化胶性能随树脂用量增加而变化：硫化速度加快，硫化胶硬度和定伸应力增大，扯断伸长率降低。树脂用量超过8份时，对上述性能影响不大，一般为8份为好。树脂硫化我没见过什么高效促进剂，但是一般都要加卤化物来提高活性。一般的活性剂一般为：金属氯化物，如氯化亚锡、氯化铁，一般用量为1.5~2.5份；含卤聚合物，如氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯、聚氯乙烯、溴化丁基橡胶等，一般用量为5~10份。鉴于金属氯化物会降低较量耐焦烧时间，胶料易粘棍，分散不均，且腐蚀辊筒所以一般不予使用。丁基老化属于分子降解，变软而CR老化产生结构性变硬。介于两个胶种的特性大都采用加CR当做胶囊的活化剂以提高硫化速度并改善丁基的老化性能。

3.补强体系

因为丁基橡胶为结晶型橡胶，生胶本身即有较高的强度，补强剂对其效果不大，而且往往会降低其扯断伸长率，但能提高撕裂强度、定伸应力。丁基橡胶为饱和橡胶，大分子链中双键较少，补强剂和填充剂难以获得理想的补强效果。因为聚合物与补强剂之间的补强作用，通常时在聚合物分子链带双键和补强剂表面完成的。因此，补强剂的表面性质和结构状况对于丁基橡胶就显得格外重要。试验表明如果炭黑表面含有足够的氧，则对丁基橡胶补强作用就大；如果炭黑表面没有足够的氧，则硫化胶性能就差。此时，可通过使用化学处理剂，如：聚亚硝基苯等代替填充剂便面的氧来完成填充剂与聚合物之间的补强结合。炭黑是丁基橡胶的主要补强剂。其补强作用决定于炭黑的粒径、结构和表面或定三个主要参数。炉法炭黑粒径为20—90nm，其排列顺序为SAF＜ISAF＜CF＜HAF＜FF＜FEF＜GPE＜SRF。热烈法炭黑粒径最大FT为170nm，MT为375nm。

按结构可分吸油值分高、中、低三类。高结构有：CF,FEF,GPF,HAF,ISAF；中结构的有:SAF,ISAF,HAF,SRF,CC,MPC,EPC,FT,MT同种结构也有高低。

炭黑在50份以后随份数增加拉伸强度下降，且以细粒子炭黑较为显著。定伸应力随炭黑会两增加而提高，三热烈法炭黑几乎不增加。伸长率降低。硬度随增加提高。弹性随增加下降。压缩永久变形随增加变差，尤其以超耐磨为甚，但粗热烈法炭黑则增加不大。撕裂强度因超耐磨、中超耐磨、高耐磨增加降低，其他炭黑增加会提高。

国内胶囊一般都采用N220或者N330作为补强剂，以提高强度、撕裂强度等数值。但是往往出现N220和N330牌号炭黑分散性的质疑，N220混炼过程中生热大，不利于胶囊的焦烧时间和流动性，伸长率偏低。N330牌号炭黑强度略低，混炼胶断面分层，加完树脂冷却后胶片断面有蜂窝状密闭的微小气孔。在长期的工业原料的发展，炭黑已经有了很多的更新产品，如高结构炭黑，低结构炭黑，新工艺炭黑等，对于胶囊我认为高结构炭黑为宜。因为从微观说结构提高聚集体形态复杂，枝杈多，与橡胶混合后的吸硫橡胶多，吸硫橡胶的形成对提高在混炼胶的分散性有提高，可以改善压出等操作性，使压出口型膨胀收缩率减小，半成本挺性大，表面光滑，胶片断面无蜂窝状密闭气孔。有利于硫化时胶囊的憋气，气泡等问题的解决。对于强度和伸长率如图:

炭黑型号硬度绍尔A 扯断伸长率% 强度，Mpa 300%定伸

N347 61 523 17.7 3.9

N339 60 518 17.5 3.38

N330 60 467 14.3 4.13

注：本配方硫化时间为170度*60min，炭黑用量为40份。

通过上述数据可以看出高结构炭黑的强度和扯断伸长率都有比普通炭黑好。有利于胶囊产品的物性指标。一些外企或者大型规模的胶囊公司已经采用高结构炭黑生产胶囊。实际的使用次数和稳定性也确实有所提高。

考虑到强度控制一般使用细粒子炉法炭黑，用量在50份下随份数的增加硫化胶的强度增大，硬度增加，伸长率下降。当50份以上时随添加份数的增加硬度增加其强度下降，扯断伸长

率下降。看下表：

炭黑份数硬度绍尔A 扯断伸长率% 强度，MPa 300%定伸

40 60 467 14.3 4.13

50 65 432 18.3 4.52

60 69 406 16.5 5.04

70 76 382 15.1 5.36

注；硫化时间为170*60min，炭黑为N330型号。

在实际的配方设计时要根据胶囊伸长，强度等条件寻找适合胶囊使用所对应的份数关系。很多公司标准定位强度大于13Mpa，伸长大于等于700%，扯断永久变形小于16。但是有的一些公司采用加一些乙炔炭黑来增加导热性。但是会影响一些强度。所以标准又为强度大于等于10Mpa。伸长大于等于750%。扯断永久变形为小于20。

通过上面的实验数据显示只是生胶用炭黑的补强伸长率明显不会达标。所以我们就考虑软化体系的配合。在丁基橡胶中软化增塑体系的主要作用是改善工艺性能、低温定能和动态性能，提高伸长率，并降低成本。但同时也会降低强度和耐磨性等性能。

适用于丁基橡胶的是低极性、高饱和度增塑剂，高不饱和的油会严重影响其硫化速度，避免使用。与丁基橡胶相容性好的增塑剂常有4类：石油系增塑剂；煤焦油系增塑剂；蜡类增塑剂，和脂类增塑剂。

芳烃含量好的操作油对丁基橡胶性能会产生不良影响，不宜使用。

石油系操作油是丁基橡胶中主要的增塑剂之一，能降低胶料门尼黏度，对压出行能略有改善，改善低温性能。但对硫化胶的耐臭氧性、耐热性和压缩变形以及力学性能均有不利影响。虽然石蜡油相容性比较好。但是分子链较长，粘度较大。对于伸长率没有明显的作用。所以更多的公司把软化剂选择了低分子的植物系软化剂（蓖麻油）上。蓖麻油分子量比较低，较利于加工性，扯断伸长率，胶料的流动性等，但时会比石蜡油更多的影响丁基的强度、扯断伸长率。但是由于分子量比较低在高温度中容易迁移，所以耐老化性下降。如图：

软化剂种类硬度绍尔A 扯断伸长率% 强度，MPa 300%定伸

蓖麻油67 746 13.6 5.07

高分子石蜡油66 622 16.8 7.46

硬度变化绍尔A 扯断伸长变化率% 强度变化率% 300定伸变化率%

蓖麻油+15 -46% -25% +56%

高分子石蜡油+16 -37% -27% +32%

注：硫化时间为170*60min。

在保证胶囊的物理性能的条件下做合理的配合体系。对于软化体系除了蓖麻油我也看好石蜡油（分子量低一些的牌号）但是本人由于一些原因并没有试验。只是想法供大家参考。

对于老化性，胶料的流动性，强度，伸长等做到平衡就时一个优秀的胶囊补强软化体系了。

4.其他配合体系

丁基橡胶本身的有很好的热氧老化性，氧化锌本身也具有抗热氧老化功能，使用氧化锌能有效提高丁基橡胶耐热性，添加份数一般不超过15份。份数过高时会使胶料回原形下降，定伸应力增高等，一般用量为4—8份。丁基橡胶一般不使用防老剂。但是如胶囊的贮存条件不达标可根据存放条件适当添加一些石蜡等游离状态的防老剂。有的胶囊公司还用一些内部流动剂（硬脂酸盐和微晶蜡的混合体）以提高流动性，以增加硫化过程中的黏结程度，减少重皮，气泡等次、废品的产生。也有一些厂家提出增加分散剂提高分散。有一点要提出40MSF 他是对弹性体和弹性体之间改变表面极性，增加相容性而对于炭黑分散程度个人认为作用不大。现在日益发展的助剂种类不妨去用在胶囊配方的优化上面。也会有不错的效果。个人表示支持态度。

1.硫化工艺

因为树脂硫化没有高效促进剂，所以一般采用提高温度的方法来提高生产效率，一般硫化温度为175-190度之间。胶囊属于成型为料坯然后靠硫化机的压力使胶料流动来冲模硫化的。所以比一般的模压制品的压力要高。如果欠压会出现胶料不实，缺料，中口胶边厚等问题。硫化时间则根据硫化体系和胶囊的厚度而定。一般的硫化时间都是延长一些的，因为丁基橡胶的硫化过程没有过硫，或者降解。如下

硫化时间硬度，绍尔A扯断伸长率% 强度，Mpa 300%定伸

60 66 808 13.3 3.99

100 66 782 13.3 4.05

130 66 806 13.7 4.28

150 67 785 13.7 4.21

注：硫化温度为170度，硫化体系为SP-1055（8份），氯化亚锡，（2份）氧化锌（5份）从上图可以看出，丁基橡胶硫化过程中没有出现硫化降解现象。但是往往我们考虑一些实际的问题。如果欠硫则会影响硫化胶囊的回原性，容易造成打折现象。硫化时间是值得注意。在不欠硫的情况下尽可能的短时间硫化。以提高生产效率。有些公司是先定型，然后二次硫化的方式来提高硫化效率。可以提倡但是硫化胶密度往往会受一些影响。损耗了一些使用寿命。胶囊的生产过程中往往会出现质量问题，如憋气、气泡、重皮、中口开裂等问题出现。出现这些问题除了模具设计不合理，排气孔被堵外也有可能是胶料的不稳定。着就需要一个固定的，合理的混炼工艺做支持，并严格控制执行。

2.混炼工艺

丁基橡胶混炼要高温混炼。但是更值得注意的是丁基胶在混炼过程中粘辊现象（尤其是加树脂时）应有相应的工艺相配合，可以用密炼机加树脂，开炼机薄通下片可以双方面解决。但是有一个问题存在。树脂的软化点在82度左右，而密炼机温度往往超过这个温度。所以树脂融化状态加进树脂。造成混炼不均。而且在低温时有可能析出混炼胶粘在模具上造成制品在生产过程中的重皮现象。还有混炼过程中严禁润滑油，杂物等卷进混炼胶中。挤出过程中回料应注意，不应二次进入挤出机。成型应注意料坯的新鲜程度，表面不能有杂物、油、汗渍等。

混炼胶料快检：

胶料快检一般检验拉伸、密度、硫化曲线、门尼这几个试验。每个试验都对应原材料：拉伸试验可以检测补强填充剂、增塑剂的品种、用量。密度可以检测补强填充剂、增塑剂的混炼均一性；硫化曲线可以检测硫化剂、促进剂、活性剂（胶囊配方里只有硫化剂和活性剂）的用量及混炼均一性；门尼可以检测加料顺序及混炼时间（其他制品也可以按此方法检测胶料性能）。严格控制快检的数据对胶囊是很有必要的。如果检验数据有异常要立刻复审，如还有异常上报技术部处理，此胶料未经处理禁止使用。

我国国内的胶囊配方工艺都相差无几。主要就是看工艺控制流程的控制程度。产品稳定系数高。做一个适合自己公司的工艺是生产胶囊很重要的一个条件。

胶囊的贮存环境及使用说明

一. 胶囊应在室内常温避光条件下储存，不使用时不要拆除包装，工程胎胶囊必须恢复倒原始形状存放，以利于应力恢复。

二. 存放胶囊的环境不应有挥发性的酸、碱、油具有氧化性的化工产品。

三．胶囊存放地点及搬运路径，应远离尖锐物品。

应用设备

1. 所有与胶囊接触的，及安装操作过程中有可能接触的模具、机件的表面，必须平整光滑，菱角必须倒成圆角，尤其是轮胎外模胎趾及钢圈部位，安装胶囊的夹盘及胶囊筒卡环部位、

定型高度的套筒两端、胎坯机械手叶片周端部位，及其它所有与胶囊直接和间接接触部位，都应特别注意倒成光滑平整的圆角。

2. 安装胶囊的夹盘（卡环）直接及对夹缘高和颈部厚度的压缩量，设计要合理不宜过小或过大，以防漏水脱落或对夹缘颈部造成机械损伤。

3. A型机球鼻杆的行程高度应调至合理：充水（汽）时出水口射出的水（汽）不得直接喷射到胶囊上。B型机合模后环座上平面与上下平面之间必须保留足够的高度（最好应不小于胶囊冠部厚度的4倍）。胶囊在真空状态下，禁止合模。

4. 硫化机使用的过热水应进行严格除氧。(应控制在0.05PPM)

工艺条件

1.胶囊使用前应有一段时间的停放。子午胎、斜交胎胶囊从制造日期倒使用前应至少停放20天，工程胎胶囊不少于40天。胶囊有效试用期为停放期结束后的十八个月。

2.胶囊应在使用安装前存放在烘胎室预热并使之尽快恢复原状。胶囊夹缘过紧时应使其应力分散均匀舒展，紧固螺丝时应按对称点顺序紧固。

3.检查胶囊气密性时，不得膨胀变形过大，以防过渡伸张。

4.定型硫化前应按工艺要求涂刷抗氧化易滑爽的水溶性隔离保护剂，（配以采用新技术喷涂胎里效果会更好），以提高期使用寿命。

轮胎硫化胶囊的发展方向

现在国内的胶囊已经从纯模压向注射方向靠拢。注射式胶囊有点如下：

1、生产能力提高：采用注射硫化法生产胶囊，由于胶料在螺杆塑化挤出机与注射机内已经升温至粘流状态，在向加热的胶囊模高压注射时，还由于摩擦生热而使胶囊的正硫化时间大为缩短；同时由于注射生产自动加料，不需要人工预成型。不需要人工填充橡胶，而且硫化后的成品不需要修边，所以胶囊生产的整个周期大大缩短，可以大幅度提高生产能力。

2、降低胶囊生产成本

采用注射硫化法生产轮胎胶囊，除了上述缩短硫化时间、提高设备利用率、降低消耗、提高生产场地利用率等方面使轮胎硫化胶囊的生产成本下降外，而且可以节约胶料。平板模压的胶囊趾口部位的废边比注射的胶囊多，尤其模具分型面上的溢胶一般都有2-3毫米厚，需要事后打磨；而注射法生产的胶囊分型面上的溢胶厚仅半毫米或者没有。这是由于注射时胶囊上下模紧锁着，而模压法是在上下模逐渐压紧的条件下驱使胶料充满模腔的每个角落，这样必然有相当的胶料从分型面溢出。注射法可以严格按模腔的容积注射等量胶料，而模压法，为了防止加料充模不足引起趾口部位的缺胶、明疤等毛病，唯一的办法是增加胶料的填充量，这样必然导致多余的胶料溢出模具。这就是用模压法生产胶囊时胶料浪费不可避免的原因。但是注射发需要一个口面整个被胶料填充，硫化成一个密封面，以利于胶囊出模。所以有利有弊。

注射法生产胶囊，工序简化。在滤胶之后不需要在开炼机上打卷预成型、称量。这样可减少操作人工，降低胶囊生产的劳动力成本。值得一提的是注射法能够生产壁厚均匀的薄型胶囊，而模压法则无能为力。因为用注射法生产胶囊时，进入模腔的胶料呈粘流态，流动性较好；而用模压法时则胶料基本为固态，流动性差。这就是用注射法可生产胶囊壁较薄的原因。现在用模压法生产的胶囊，一般薄壁厚为6-8毫米，而注射法生产的胶囊壁厚可薄至3-5毫米。而且薄壁胶囊的壁厚均匀，可以控制在±0.1毫米的范围之内，从而能减少胶料损耗20-30％，节约大量胶料，降低胶囊生产成本。

3、降低生产成本

用注射法生产的胶囊，由于胶料经过螺杆挤出机的充分剪切、混合，又在注射机内以高温高压注入模腔，内部质地密实，分子网状交联比模压法充分，这样的胶囊在硫化轮胎时，永久

变形小，使用寿命一般比模压法胶囊延长40％左右，而且使用次数非常恒定，很容易掌握轮胎硫化机更换胶囊的时间。不仅如此，如采用3毫米厚的薄壁胶囊，导热系数增大，可以缩短轮胎时间，提高轮胎硫化机的生产能力，同时降低能耗。

4、提高轮胎产品质量

随着汽车速度的提高，对轮胎平衡性能的要求越来越高。在轮胎制造过程中，除了成型工序对轮胎的平衡性有重要的意义外，硫化工序也是至关重要的。“A型”胶囊之所以被“AB 型”、“C型”胶囊取代，其原因也在这里。胶囊在轮胎胎胚中是否均匀伸展，对轮胎硫化初期胶料的流动、材质的平均分布十分重要。

采用注射法生产的壁厚稳定的薄型胶囊，轮胎在硫化时，能使胶囊在内压介质作用下，更好地向轮胎内层各部同时接触加压，充压均匀；应力分布平均，对轮胎成品的最终形状有直接影响，从而明显地提高高速轮胎平衡性通过率。

5、轮胎合格率、正品率的比较

根据国内外轮胎厂使用注射法胶囊所生产轮胎的情况，其硫化轮胎的均匀性、平衡性（尤其是高速平衡性）的公差一般可减少15％-20％。这就意味着轮胎的正品率至少可提高10％以上，这将给企业带来丰厚的经济效益、社会效益及企业形象效益。

6、能源及人力资源的节省

胶囊硫化时间的缩短，首先会节省供热系统的热能，其次也可减少操作人员的数量。一名操作工可以同时操作3-5台胶囊注射硫化机。

综上所述，用发展的眼光从长远的角度来分析，传统模压法胶囊会逐渐被注射式胶囊所代替。介于轮胎胶囊的注射机价格昂贵轮胎对胶囊的需求量庞大传统模压法全部被注射法胶囊代替有些不太显示。传统模压法胶囊还会在长时间内占胶囊领域的主导地位。.