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轮胎翻新的原理与技术
作者:Bandog公司 David L. Bender
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轮胎成型机展厅
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商业轮胎翻新为延长花纹磨平轮胎的资源利用提供了一种经济型的方法。花纹磨平轮胎,称为外胎,是一种有价值的资源,常常并未得到最大限度的利用。用新胎纹替换磨损的胎纹,翻新轮胎提供的性能与新轮胎类似,而成本仅为新轮胎的几分之一。

轮胎翻新商业与技术情况

轮胎外胎可供选择的最大用途就是在翻新应用中,因为翻新可以实现其最大价值。

外胎所能获得的价值是可变的,取决于很多因素,例如大小相当的新轮胎的现时成本、如此尺寸的外胎的利用率以及外胎的条件。

翻新轮胎与新轮胎的相对成本取决于外胎、材料以及整修外胎所需劳动力的综合成本。我们对翻新轮胎与新轮胎进行比较。主要厂商生产的全新11R24.5 轮胎成本约为328 美元。外胎尺寸相同的翻新胎成本在120 到130 美元左右。这种情况下使用翻新轮胎的成本优势为每单位轮胎节约200 美元。

◆翻新轮胎的质量

纵观历史,轮胎翻新在性能方面遭受着过多的以讹传讹和讽刺。实际上,在翻新轮胎的早期,产品表现出的质量水平在许多情况下并未达到消费者的预期目标。由于轮胎翻新技术的进步多模仿新轮胎生产商,翻新产品似乎是次品。自二十世纪七十年代以来,人们解决了主要的难题,能够生产具有所需水平持久性与可靠性的翻新产品。

轮胎产品的损坏导致高速公路两旁碎胎片片,这主要归因于翻新轮胎产品低劣的耐用性能。实际上,很多一部分的轮胎损坏都可以追溯到缺乏维护,一般是充气压力很低甚至跑气。SmartTire Systems 公司的一则广告声称90%的轮胎损坏都是由充气不足引起的,而一半的货车紧急服务电话是由轮胎相关问题造成的。

◆翻新技术

目前轮胎翻新有两种基本方法:模塑硫化和预硫化工艺。两种方法中外胎的制备基本相同。在模塑硫化工艺中,翻新轮胎在未硫化状态施加到外胎上,然后按照与新轮胎几乎相同的方法进行产品硫化。在预硫化技术中,胎面被送达翻新工厂中按已经就位的胎面花纹进行硫化。胎面以不同长度(一般为3.5 到10 米长)的卷状,或者是可以拉伸到外胎上的环形,进行供应。在两种预硫化方法的应用中,将粘合材料—衬层应用在胎面或先应用在外胎上。由于现在翻新的大多数轮胎都是由预硫化技术生产的载重轮胎,下文将描述这一方法。

预硫化翻新工艺

◆采购外胎

可以从多种渠道获得用于翻新的磨损轮胎。与终端客户达成协议,翻新设备将检查并翻新他们的轮胎(称为定制翻新)。客户可能是单独的自营企业,或者是有几百辆卡车的车队。

在很多情况下,外胎由中间商处购得。这些中间商囤积了各种尺寸的外胎,并出售给翻新公司。外胎的条件以及尺寸和生产商可由轮胎翻新商指定。在美国从外商购买外胎也并不罕见。

◆早期检查

用视觉和触觉的方法对外胎进行早期检查,检查外胎的损伤,确定其翻新的可行性。检查外胎的外侧,确定是否存在断裂的辐条,检测因冲击、刺穿或切割引起的损伤。检查外胎的内侧,确定已实施修补的状态,测量气密层的氧化程度(轮胎在充气不足情况下运行时发生)。检查胎圈,确定覆盖胎圈的橡胶是否有开裂或撕裂,钢丝圈本身的损伤情况。

有标准可以用来确定外胎在多种用途中再次使用的能力。如果产品是为特殊用户而生产,外胎可被接受的标准可能更加严格(损伤的数目和类型,外胎的年龄等等)。

本文也会介绍到通常遇到的可修复的损伤类型。

检查工通常使用油性白色记号笔在外胎的外侧标记下损伤。

通过早期检查后,可能使用多种设计用于检测外胎专门损伤的仪器对轮胎进行检查。一些翻新工厂在进一步检查之前将不需要的剩余胎面从外胎中除掉。

◆钉眼检查

使用静电产生器检测穿透外胎的穿孔。有些情况下,这些刺穿可以目测到。但在许多情况下很难确定损伤在外胎中延长多深。在很多情况下橡胶塌陷,损伤外观上是表面的切痕。

静电电荷通过外胎传导,通过传感器在外胎内侧可以加以检测。穿孔的位置常常用自动标记系统在外胎外侧显示出来。

◆错位散斑干涉法

在轮胎检测中使用错位散斑干涉法可以检查轮胎橡胶部分的内部结构。使用错位散斑干涉的方法可以轻易检测出非键合区域,而外胎是否可用则可以通过确定非键合区域的尺寸与位置加以决定。

错位散斑干涉技术使用激光全息摄像在大气压与低压下对外胎表面进行映射。通过数字减法获得图像差值,在错位散斑干涉图中非键合区域显示为凸起。

使用错位散斑干涉法检测轮胎外胎的能力是翻新行业中非破坏性检测技术的重要进步。在错位散斑干涉法以前,轮胎修补技师主要依靠视觉或触觉检测技术对外胎是否可以翻新进行定性。对轮胎外胎中即使是最小的非键合区域加以测定的能力,使轮胎翻新厂商能够生产出耐久和可靠性能与用早期方法检测的传统产品相比更加优异的产品。

◆X 光检测

使用X 光技术检测能够确定带束层、胎圈和胎体缆线的条件。这种方法被广泛用作制造全新载重轮胎的检验方法。回纹钢丝损伤、腐蚀和压缩疲劳的条件可以轻易地加以检测。压缩疲劳可能有轮胎在充气不足的情况下运行而引起,常常导致一种称为拉链式爆破的条件。含有这类受损帘线的轮胎会涨大,增加的应力导致帘线一次断裂一根。帘线断裂时产生的噪音与拉拉链产生的声音类似。

由于监测的成本和所需时间,X 光检测的使用并未普及。多数的翻新工厂依靠视觉或触觉方法检测损伤的帘线。如果确定某一外胎可用来翻新,不需要的剩余胎面通过抛光加以去除。

◆抛光

抛光过程提供具有均一织构的无污染表面,使新胎面具有黏附力。在抛光过程中,外胎也被打磨成具有均一的周长,正确的环形半径和宽度,能够接受尺寸合适的胎面。

现代抛光仪器(抛光机)很像电脑数控机器。仪器由计算机控制,主要包括马达驱动的可扩展的冲头和装配在X-Y台上的高速锉刀。

在抛光过程中,轮胎装配在可扩展的冲头上,提供相对于锉刀的合适方位。

抛光过程中首先将外胎放在抛光机的可扩展冲头上。冲头用压缩空气伸展到合适的边缘尺寸以密封胎圈区域的轮胎。然后将轮胎充气到正常气压( 大约1.5 兆帕斯卡)。旋转轮胎和边缘的组装体,与抛光刀头接触。

抛光刀头通常有一系列的间隔均匀的锉刀组成,以相对于轮胎轻微的偏角放置,很像是一组槽刨刀头。刀头高速旋转,能够改变打磨轮胎的半径。这就可以除掉带束层包装上适量的材料(有些轮胎在径向上比其他的更圆)。

在抛光刀头相继掠过外胎橡胶的过程中,橡胶由抛光头除掉,轮胎碎片被吸入到存储区而除掉。适量的橡胶被除掉时,抛光过程暂停,然后以相对于外胎需要的角度重新定位抛光刀头,去除外胎边缘的橡胶,将外胎尺寸打磨到适合用于具有正确宽度胎面产品的尺寸。

抛光后,一般要修补在先前的服役过程中外胎发生的任何损伤。因为有时在抛光过程中未加覆盖的外胎会发生足够严重的损伤,导致外胎无法使用。因此修补通常在抛光过程以后。外胎上切口、穿孔和裂口的修复常常在翻修准备过程中完成。使用具有锋刃适度的锉刀附件的手摇砂轮除掉外胎上受影响的橡胶。这一过程称为刮削。这一步骤中大多数都是表面损伤,但是如果不处理它们,它们中的一些尺寸将会一直增大,可能导致轮胎在以后的使用中发生破坏。这时,用胶粘剂涂敷在刮削的区域,进行翻新过程的下一步。如果刮削区域在施加胎面区域的下方,将在施加胎面之前用未硫化的橡胶填充这些磨损处。其他的磨损处在固化前也必须加以填充。

◆胶粘

在外胎抛光和刮削以后,常常要在外胎上涂一薄层的压合式粘合剂。这种材料通常称为胶接剂,协助翻新轮胎的制造过程,有助于提供外胎和缓冲胶之间的粘合。外胎的粘接是非强制性的,但是广泛用在翻新中。粘结剂是溶剂型或水基型的材料。


◆修理安装

这一步对外胎进行大多数的修补。修补外胎的主要目的是恢复外胎保持气压的能力,使外胎的力学性能复原到足够高的水平,以保证至少持续下一个使用寿命。

首先用直径合适的锉刀修正洞眼的边缘,然后涂上胶粘剂,修补导致漏气的外胎凸起(也就是钉眼)。胶粘剂干燥时,从轮胎的内侧延空洞拽出圆柱形的塞子。由轮胎的外侧表面切除多余的塞子毛边,在轮胎内侧的塞子基底上放上补丁。

补丁是几种橡胶和织物构建的复合物,为损伤提供适当的支撑从而达到与新轮胎一样的性能。除了在补丁和轮胎界面上的部分固化层以外,补丁在加入轮胎前完全固化。

首先彻底清除将要放置补丁的轮胎内部区域,准备施加补丁。这一过程要用溶剂和刮刀除去内部衬垫。接着将含有一部分用于部分固化层固化剂的补丁胶涂敷在轮胎内部的接触区域上并干燥。补丁也可以直接施加到胶粘区域。有些情况下,在将补丁放置到轮胎之前,通过使用一层未固化的缓冲橡胶到补丁上使其浮动起来。

常用补丁的另一个区域是轮胎的侧壁,一般这里的胎体帘线被暴露或损坏。这些称为断面修补。在修补这类的损伤中,一般需要除掉受影响的帘线。沿侧壁钻一孔洞,匹配使用特定补丁的尺寸规格。准备给内部衬垫打补丁。对所有准备好的区域涂敷胶粘剂并干燥。将补丁置于轮胎内,一般用便携式挤压枪将侧壁中的孔洞填充上成分与缓冲胶类似的未固化的橡胶。

◆绕贴胎面

外胎翻修完成后,紧接着绕贴胎面。胎面绕贴被称为是轮胎成型,而成型工艺有多种变化。这里将介绍几种广泛使用的轮胎成型方法。

轮胎成型中使用的主要组件是胎面和缓冲胶。如上所述,按照需要的设计和胎面宽度完全硫化的胎面被供应到翻新工厂中。在生产商处通过钢丝刷抛光并涂敷压合式粘合剂制作胎面未加设计的一边。在胶粘的一边贴上聚乙烯膜防止污染。

为将胎面粘结到外胎上,称作缓冲胶的未硫化橡胶将被用作胶粘剂。缓冲胶以压片或带状的形式供应到工厂中,通过挤出机使用。压制的缓冲胶有几种宽度供应,每一生产商以几个厘米厚度作为标准。

作为成型过程的第一步,外胎放置在配置有可扩展冲头的成型机上。可扩展冲头像抛光机上的。冲头被扩展,胎面的前沿切割成具有均一无污染的表面。

◆非胶粘外胎成型法——压延式缓冲胶

如果外胎表面没有涂敷胶粘剂,一般将缓冲剂直接涂装到外胎上。在非胶粘外胎成型法中,围绕外胎拉伸压延式的缓冲胶,在末端结合处打磨水平。然后将胎面安装到涂敷缓冲剂的外胎上。

◆胶粘外胎成型法——压延式缓冲胶

如果外胎胶粘,这里描述的三种方法的任何一种都可以用于轮胎成型。胶粘外胎最普遍的成型方法是在胎面胶粘的一面涂敷缓冲剂,然后放置在有压力滚筒(齿形压辊)的地方。胎面/ 缓冲剂复合物然后放置到外胎上。

◆挤出机涂装缓冲胶成型法

这种方法类似于非胶粘或胶粘法,除了将缓冲胶挤出到外胎或胎面上。目前使用的大多数挤出机都是将缓冲胶涂装到外胎上。

涂装胎面后,用胶粘剂浆新切割的胎面末端胶粘起来并使胶粘剂干燥。一般在胎面胶粘的一端涂布一层压延的缓冲胶。然后使末端在外胎上结合,用手工挤压排出空气。在接头上施加金属钉,使胎面的两端在硫化过程中保持在一起。然后将胎面就地与压力滚筒装订起来。

装订后在轮胎上使用排气装置。这一步骤和下一步的封装使得在硫化过程能对胎面施以最大压力。排气装置通常被称为纱布条,由松散的机织布、带或橡胶片组成。纱布条装订在合适的位置放置包封步骤中发生移动。

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轮胎成型

◆包封

工艺中的下一步是将成型的轮胎放置到称作包封套的橡胶容器中。

包封套是设计成配合轮胎的橡胶装置,两边的边缘被密封。在构建包封套的一种方法中,两个橡胶圆片在外边缘被粘合起来。在每个圆片的中心切割一个仅小于胎圈处孔洞尺寸的孔洞。通过将其中一个孔洞拉伸到直径足够大,允许插入轮胎。在轮胎插入以后孔洞发生松弛,包封套密封到胎圈上。密封靠许多装置实现,对斜交轮胎和子午线轮胎装置基本不同。用于子午线轮胎的一个装置是由Bandag 生产的高级径向硫化(ARC)环。ARC 带环由其中含有可扩展和锁定金属带环的橡胶环组成。当放入轮胎胎圈内部并扩张时,它在胎圈和包封套之间形成气密性良好的密封包装。包封套至少有一个气阀,允许抽气或打气。

将轮胎插入封皮的过程中必须小心使纱布条接触到气阀的位置以便有效排气。在插入轮胎之前要在包封套上涂敷润滑剂以便轻易在硫化后将封皮从轮胎上解除下来。

在缓冲胶与胎面或外胎之间的任何空气都可能导致非接触区域的形成,引起轮胎的破坏。

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将装配胎放进包封套中

◆硫化

封套的轮胎放置在硫化室内。硫化室实质是通常由电加热的大型高压釜。封套的轮胎通过硫化室内的轨道系统悬挂起来连接到室内的排气线(通过封皮上的气阀)。然后沿着轨道往下移动轮胎到硫化室最底端。

一旦在硫化室内放置了需要数量的轮胎,室门关闭,开始加热和加压。在加压过程中,可以将空气由包封套内排出。

硫化室的操作压力一般最少为0.3MPa,硫化稳定在100~141℃之间。硫化时间取决于胎面的厚度和缓冲胶的组成。

有一项技术可用来减少胎面在硫化过程中的变形。硫化室内的空气压力常常会使胎面变形,表现为使胎面的凹槽关闭。为了减少胎面变形的程度,在胎面和外胎紧密接触后将空气注入胎面的凹槽中。引入足够的空气就能部分填充胎面花纹里的空隙并对抗硫化室内的侧压。硫化后从硫化室内抽出轮胎,除掉包封套。

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将包封好的胎放进硫化腔内

◆最后检查

冷却后对轮胎进行视觉检测,保证胎面和修补处的良好粘接。一般对轮胎进行漆刷以改善其外观并保护其不受氧气和臭氧的腐蚀。然后给产品贴上合适的区分的标签和安全使用信息。

总结

商业轮胎翻新为延长磨损轮胎的资产利用提供了一种经济型的方法。除了提供一种具有成本竞争优势的新轮胎替代品外,翻新还具有保护环境的优势。生产翻新轮胎产品的步骤包括检测、抛光、胶粘、翻修、成型、封套、固化和最终检测。技术进步使翻新轮胎具有跟新轮胎类似的性能,而成本只有几分之一。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (5/13/2010)
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