輻射加工是利用Co-60源或電子輻照加速器產生的高能電子束來制備新材料的技術,是一種既不污染環(huán)境又節(jié)省能源的新型加工技術。
日本的輻射加工技術起始于20世紀60年代初期,從開始生產輻射交聯(lián)耐熱電纜,逐步擴展到其他產品并形成了相當規(guī)模的產業(yè)鏈。目前應用的主要技術為輻射交聯(lián)、輻射裂解、輻射固化、輻射接枝聚合等,涉及的產品包括輪胎、電線電纜、熱縮材料、發(fā)泡材料、PTFE固體潤滑劑、電池隔膜等,其中應用最普及的是輪胎輻照加工。
輪胎是現(xiàn)代社會與國防軍事必不可少的產品,隨著中國汽車工業(yè)和交通運輸業(yè)的高速發(fā)展,中國輪胎工業(yè)取得了長足的進步,世界輪胎75強里中國大陸輪胎企業(yè)已有18家(不包括外資企業(yè)),同時也吸引了世界大輪胎公司紛紛進入中國合資辦廠。國外大輪胎公司將輪胎部分構件采用電子束預硫化處理,達到提高輪胎成品率和降低成本的目的。日本有六家大的輪胎公司,其中5家采用電子輻照加速器預硫化工藝,共安裝了23臺電子加速器,而我國在此方面才剛開始起步。
一、原理
輻射硫化技術主要用于子午線輪胎各部件的預硫化,如氣密層、胎體、帶束層、胎側等組件。輪胎構件采用電子輻照加速器預硫化工藝,目的是改善它的生膠強度和穩(wěn)定織物簾線、鋼絲簾線或者純生膠組件。在競爭激烈的輪胎工業(yè)中,電子輻照加速器預硫化顯示出了提高輪胎成品率和降低成本的優(yōu)點。電子輻照加速器預硫化第二個優(yōu)點是速度快,可以精確控制硫化程度,這是其他硫化方法作不到的。
輻射硫化和常規(guī)硫化差異在于發(fā)生硫化時的溫度。輻射硫化發(fā)生在常溫,而常規(guī)硫化發(fā)生在高溫。對于結晶天然橡膠,它的形態(tài)取決于溫度。在常溫下天然橡膠存在結晶區(qū)和無定形區(qū)。輻射交聯(lián)發(fā)生在無定形區(qū),因此,它的C-C交聯(lián)鍵集中在無定形區(qū)。在高溫時,天然橡膠完全處于無定形態(tài),因此交聯(lián)鍵無規(guī)分布在整個橡膠中。使用電子束橡膠交聯(lián)在常壓狀態(tài)下20~30℃時僅需3秒;而常規(guī)硫化在12個大氣壓下150℃時,交聯(lián)仍需要10分鐘。
膠料生膠強度(抗形變能力)隨著吸收劑量增加而增加,胎體中的簾線在成型和硫化過程中發(fā)生位移和露線的可能性大大減少,提高了輪胎的成品率,同時恢復率也隨著劑量的增加而增加,即尺寸穩(wěn)定性增加,導致了原材料用量的減少,原材料用量的減少是通過減少厚度來實現(xiàn)的,減少厚度可達原厚度的10~22%,降低了成本,同時整個輪胎的重量減輕,可達到省油的目的。
二、電子輻照加速器
世界輪胎廠采用的電子輻照加速器為500KeV~800KeV,劑量范圍在30~80KGy,處理材料厚度為0.9~2.0mm。目前日本輪胎廠采用的是500KeV、150mA(75mA×2)的自屏蔽加速器。它是日本在1994年研制成功的。因為它的體積小,可安置在流水線中,可以單獨使用,也可以與壓延機聯(lián)機使用。
三、實驗胎性能
目前,國內已有廠家經過研究試驗,所完成的輻照預硫化子午線輪胎近期通過國家輪胎檢測中心測試。檢測內容包括:①耐久性試驗(GB/T4502-1998):累計100小時,行使里程8000km。檢驗結束時輪胎未損壞;②高速性能測試(GB/T7034-1998);③高速后外緣尺寸變化。此次實驗,用厚度減少10%的輻照胎體層與輻照帶束層組裝成輪胎,規(guī)格為165/70R13、83T,都符合國家標準。
四、結束語
我們通過將胎體層厚度減少10%后,組裝成的輪胎仍能保持原來的性能,值得指出的是,10%減少是比較保守的,因為有的構件可以減少到20%左右。在天然橡膠價格飛漲的情況下,這對競爭激烈的輪胎廠來講,成本的降低和成品率的提高是至關重要的。綜上所述,電子輻照加速器預硫化在我國輪胎工業(yè)中存在很大發(fā)展空間。