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橡胶/轮胎 |
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轮胎创新技术发展概述 |
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作者：中国化工橡胶桂林有限公司 邓海燕 来源：雅式工业专网 |
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目前世界轮胎的发展方向主要体现在如下三个方面：①操控性更好（追求车人合一，即随心所欲的境界）；②环境友好（轮胎生产、使用、报废均不污染环境）；③跑气保用（或非充气）＋智能化。与此同时，世界轮胎新技术在如下三个方面也获得了许多突破性进展：④设计方法；⑤生产工艺；⑥测试方法。
轮胎设计新方法
IT技术的发展与普及应用，促进了轮胎设计方法的研发，如今轮胎设计已进入了基於计算机平台的新时代。在上世纪中叶，研发一种新的设计方法，从理念（亦即创新概念）到实用工具一般需要8年时间，而现在只需平均2年时间甚至更短。
现代轮胎设计引进了许多新技术元素，包括大型计算机、有限元分析、仿真模拟，从而改变了轮胎研发过程。从图1可见，传统的研发过程中的前五个阶段（设计、样胎、试验、分析、确定）都与实物制造有关，而优化的研发过程中的前五个阶段（设计、工程建模、分析、确定）只需在计算机平台上进行，结果是节省了时间、成本，提高了工作效率，同时提高了结果可控度。
图1 新技术、新方法的引进改变了轮胎研发过程
（传统的研发过程与优化的研发过程比较）
轮胎生产新工艺
世界轮胎生产新工艺正朝着低能耗、高效率、高精度、全自动化的方向发展，在近年间涌现出来八大新工艺技术：①米其林的C3M技术；②固特异的IMPACT技术；③大陆MMP技术；④倍耐力MIRS技术；⑤英国三海CCC技术；⑥普利司通ACTAS技术；⑦普利司通BIRD技术；⑧横滨/东洋、不二精工轮胎新工艺。
目前上述新工艺技术已在全球20个国家得到应用，共有30条生产线建成并投入使用。
米其林C3M技术
法国米其林集团公司研发的C3M技术以独特的方式，颠覆了传统的工艺方法，给业界展示了一种全新轮胎制造模式。
米其林C3M技术的内涵是“3C+M”，即指挥（Command）＋控制（Control）＋信息（Communication）＋制造（Manufacture）一体化系统。该技术有五大创新点：①连续低温混炼（90℃以下）；②直接挤出各种型胶；③成型鼓上编织/缠绕骨架层；④预硫化环状胎面；⑤轮胎电热硫化。
C3M工艺特点是：①型胶不经过冷却/停放，也不需要再加工或预装配，直接送到成型鼓上一次性完成轮胎成型；②在成型过程中，成型鼓一直处於加热状态，胎胚在成型的同时被预硫化从而达到定型。
C3M技术问世以来，米其林已经建成9条生产线。通过应用该项技术，米其林取得了非常好的经济效益。主要体现在如下三个方面：①基建投资省50%，占地减少50-90%；②操作人员减少50-90%；③生产过程中原材料消耗减少9%。
C3M生产线的关键设备是特种编织机和挤出机组。特种编织机的作用是环绕成型鼓编织无接头环形胎体帘布层和带束层，并环绕成型鼓缠绕钢丝得到钢丝圈。挤出机组的作用是连续低温（90℃以下）混炼胶料，挤出胎侧、三角胶条以及其他型胶。
如图2所示，C3M技术通过以成型鼓为核心配置特种编织机组和挤出机组，实现节能、高效、高精度的生产模式。
图2 米其林C3M技术工艺布局
固特异IMPACT技术
美国固特异轮胎橡胶公司近年推出的IMPACT（集成加工精密成型单元）技术由四大技术要素构成：①热成型生产线（Hot Former）；②改进控制技术，提高生产效率；③自动化材料输送；④单元式制造。
IMPACT不会像其他新一代轮胎制造系统那样与现用系统不兼容。四大要素既可单独使用，也可组合使用。无论是某个要素还是整个系统与现有的轮胎工艺流程都能够紧密结合成一体。
IMPACT技术具有如下优势：①加工精度提高43%，产品一致性100%；②生产效率提高70%，员工减少42%；③成本降低20%，原材料节约15%。
固特异IMPACT技术的关键设备是热成型生产线。它由微型异形压延机＋冷喂料挤出机＋钢质运输带（轨床）构成。其工艺特点是：①连续生产；②热贴合/不用胶浆。
目前固特异已经研制出两种热成型生产线：一种七工位，适用於卡车轮胎生产；一种四工位，适用於轿车轮胎生产。七工位热成型生产线由7台微型型胶压延机组成，移动成型鼓（轨床）将这7台压延机连接成一个整体，可压出7种不同的轮胎部件并同时完成部件与部件之间的定位和组装/贴合。热成型生产线贴合不用胶浆，不但降低原材料成本，而且减少环境污染。
与传统工艺相比，热成型工艺耗材下降10%，劳动用工减少42%，生产成本节约20%。
大陆MMP技术
德国大陆公司也不甘落後，推出了MMP（积木式成型法）技术。该项技术的最大特点是把传统生产工艺的四大工序整合成两大块（如图3所示），因此具有降低生产成本60%的优势。
图3 传统生产工艺与MMP工艺技术比较。
MMP技术的应用打破了原有的轮胎生产方式，建立起一种“基本构件生产厂＋总装厂”的新运作模式。如果说基本构件生产厂相当於一个零部件生产平台，那总装厂就是卫星厂。平台产品实行标准化生产，不同系列的轮胎，除胎面、带束层不同外，其余基本构件全部相同。从平台下线的胎体已经过预硫化。这样企业可以按照全球市场战略，把基本构件生产厂设在劳动力成本低的地区，而将总装厂设在处於市场战略位置的地区，轻松达到既降低生产成本，保障产品质量，又能就近供货、贴近市场的目的。
倍耐力MIRS技术
意大利倍耐力推出的MIRS（积木式集成自动化系统）技术是以成型鼓为中心，组织生产，同时配备多组挤出机配合遥控机械手，实现胶料挤出到成型鼓直接成型，并用胎胚气密层代替胶囊进行硫化。
MIRS技术将传统工艺压缩成三大工序：预制→成型→硫化。该项技术具有如下优势：①工厂占地面积缩小80%，基本建设投资下降15%；②成本节约25%，生产效率提高80%；盈亏平衡点由有传统技术的3200条轮胎下降到375条；③更换轮胎生产规格不超过3分钟，从投料到产出成品轮胎平均为1小时。
MIRS之预制：多台挤出机，每台挤出机配备卷取轴架（1m×1.5m），上挂钢丝或浸渍帘线辊筒；架上的多股钢丝或帘线进入挤出机的直角机头，与胶料一同挤出，得到补强胶条，供下游工序使用。
MIRS之成型：3组共8台挤出机和3对遥控机械手，分成三工位操作。成型鼓为可折叠式，中空，鼓身由8块厚20mm铝板制成，上有小孔使鼓面与鼓腔连通。
成型鼓经预热进入第一工位，并绕轴旋转；挤出机将胶料挤出到成型鼓上，机械手反复辊压胶料，挤出空气，使胶料紧贴鼓面，得到气密层；由於鼓面是热的，胶料被预硫化。接着成型鼓进入第二工位，第二对机械手将预制工序生产的各种补强胶条缠绕在成型鼓上，同时第二组挤出机将胶料挤出到成型鼓上，机械手和挤出机交叉操作，逐步形成胎体帘布层、胎圈等。然後成型鼓进入第三工位，第三对机械手贴预制带束层，挤出机组将隔离胶、胎侧胶、胎面胶直接挤出到成型鼓上，经压实、整形得到完整胎胚。
MIRS之硫化：胎胚连同成型鼓一起进入硫化工序，硫化机装在六工位圆盘运输带的立柱上。第一对机械手将未取下成型鼓的胎胚装入硫化机，合模，往成型鼓腔内通入高压氮气，氮气通过鼓壁的通气孔逸出到鼓面，使胎胚胀大，从而脱离鼓面并紧贴硫化模内壁，这样已经预硫化的胎胚气密层实际上起到胶囊的作用。和普通硫化一样，模腔内通入蒸气。经15分钟硫化後，圆盘运输带到达第六工位，第二对机械手开模，将轮胎连同成型鼓一起取出，折叠成型鼓，得到成品轮胎。成型鼓经拼装後送回第二道工序循环使用。至此完成一个生产周期。
目前倍耐力已将MIRS技术应用於意大利、英国、美国、德国、泰国等地的轮胎厂，MIRS轮胎年产量超过5000万条，品种主要是高性能/超高性能轮胎、轻卡轮胎、全天候轮胎、跑气保用轮胎。
轮胎测试新技术
随着社会各界对安全、环保越来越重视，一些以前没有明确要求的轮胎测试项目逐渐上升为必检项目。为了满足这种需求，近年来一些新的测试技术应运而生。
轮胎滚动阻力测试就是一个典型的例子。目前应用较多的有室外拖车法和室内转鼓法。测试方法标准为SAE J 1269以及 SAE J 2452。
前者对应於ISO 18164，适用於乘用车轮胎、轻卡轮胎、高速载重轮胎和公交车轮胎的滚动阻力测量，最初版本为1979年版，最新版本为2000年版，测试速度仅限於80km/h。後者对应於ISO 28580，又称“测量轮胎滚动阻力的逐步下降法”，出台於1999年，测试速度范围比较广泛，可以在115∼15km/h内的6个速度上进行测量。图4 欧盟市场轮胎噪声允许值
 
另一个例子是轮胎噪声测试。2001年，欧盟（EU）发布指令2001/43/EC（92/23/EEC修正版），要求从2005年2月4日起所有的公共道路用原配轮胎必须满足该指令的噪音要求。与此同时， 欧洲经济委员会（ECE）也於2005年4月6日公告ECE R117法规，并要求於2009年10月1日起，凡是未通过噪声测试认证的轮胎产品不能在欧洲市场销售。ECE R117规定的轮胎噪声允许值如图4所示。
对目前已在欧洲市场上销售的轮胎，欧洲经济委员会（ECE）已经给出了通过噪声测试认证的最後期限。
欧盟法规出台後，全球各标准化组织已着手制定多种不同的噪声测试方法，但目前尚无国际统一标准。噪声测试场地标准目前执行ISO 10844，有室内法和室外法两种方式可供选择。
欧盟出台上述法规的目的是确保终端用户在购买轮胎时能够拥有更全面的知情选择权，同时引导厂家生产更加安全、环保的轮胎供应市场。业内专家认为，该指令的实施将进一步促进节能减排，保护环境，但同时势必提高轮胎进入欧盟市场的技术性门槛，增大轮胎厂商的运营成本。国内轮胎企业很多都把出口作为主要目标市场，出口欧盟的也不少。这就要求我们必须充分认识和理解新法规，及早应对和适应新法规，顺应市场需求和商业环境变化。
从长远看，环境保护不是某一个国家或地区的责任和义务，相信在不久的将来，越来越多的国家和地区都会颁布有关法规，中国也不例外。国内轮胎厂商对此应予高度重视。(end)
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(1/4/2011) |
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