目前，采用如圖1所示的帶膠囊的硫化設備，用氣體作為加熱和加壓介質(zhì)硫化汽車輪胎等橡膠制品的方法得到了應用。
將生胎(圖中所示制品為汽車輪胎b)放到模具a中，膠囊c采用充氣定型，輪胎b的形狀同模具a內(nèi)部形狀一致后，關閉模具a。接著，蒸氣作為加熱介質(zhì)從供汽口e吹入，從蒸汽室中心較低位置水平方向進入f，輪胎被加熱、加壓。供汽口e位于硫化設備中心，與供汽通道d互通。當輪胎b溫度達到預定溫度時或經(jīng)過預定時間后，停止供應蒸汽，通入氮氣或類似惰性氣體作為加壓媒介，直到加熱工序結(jié)束，氣體壓力不得低于所供蒸汽壓力?？蓮耐粋€供汽口e水平方向供氣，也可從另一個供氣口水平方向供氣，后者專門用于加壓媒介，與供蒸汽口e在同一高度，與通道d互通，或與另一供應通道互通，使氣體進入膠囊內(nèi)腔f，因而輪胎b的溫度可以保持在預定溫度。
在上面的工藝設備中，蒸氣從蒸汽室中心下部位置沿水平方向吹入，蒸汽冷凝水積聚在輪胎b底部表面較低段排不出去，阻礙了底部胎側(cè)加熱。內(nèi)部壓力增高減少了蒸汽流入量，因而削弱了內(nèi)部蒸汽流。內(nèi)部蒸汽流速降到幾乎為零時，濕蒸汽形成水滴向下滴，同時保持過熱狀態(tài)的其他蒸汽由于相對較小的比重向上升高，在輪胎b的垂直方向就形成了溫差。此外，由于溫度比蒸汽低一些的加壓氣體(惰性氣體)，同蒸汽一樣，從位于輪胎內(nèi)下部的噴嘴水平吹向輪胎較低區(qū)段，氣體對著吹的部位(如下部胎圈部分等)被冷卻到較低溫度。在停止通入加壓氣體而造成內(nèi)部壓力升高的情況下，由于加壓氣體比蒸汽比重大，容易沉積于輪胎內(nèi)部空間f底部，而象底部胎側(cè)和胎圈部位與低溫加壓氣體相接觸的底部區(qū)段，其溫度必然會降低。
另一方面，剩余蒸汽積聚在內(nèi)部空間f上部，并經(jīng)絕熱壓縮，雖然只是很短的時間，但因加壓氣體是在高壓下通入的，因此盡管加壓氣體溫度較低，蒸汽溫度仍然升高，上部胎側(cè)被加熱到很高溫度。
因此，在輪胎內(nèi)部空間f形成了主要由蒸汽組成的上層g，主要由加壓氣體組成的中層h，以及由蒸汽冷凝水組成的最底層i。
輪胎b內(nèi)部溫度變化如圖8、9中虛線所示。對輪胎上部胎圈部位的A1點，其溫度在通入加壓氣體后趨于升高，如圖8中虛線16所示。相反，對輪胎下部胎圈部位的B1點，通入加壓氣體后其溫度趨于降低，如圖8中虛線15所示。這就造成了A1和B1點間的較大溫差T12(例如13℃)。
對輪胎上部胎側(cè)的C1點，通入加壓氣體后其溫度趨于升高，如圖9虛線16a所示。相反，對輪胎下部胎側(cè)的D1，通入加壓氣體后其溫度趨于停止升高，如圖9中虛線15a所示。從而造成了C1、D1點間的較大溫差T22(如12℃)。
上面得到的硫化方法中產(chǎn)生的較大溫差，到硫化操作結(jié)束時也不能全部修正，因此輪胎b的上、下胎側(cè)將有不同的硫化程度，在產(chǎn)品質(zhì)量方面產(chǎn)生不良問題。另外，因為硫化時間是由輪胎b底部決定的，而此部位溫度升高的速度非常慢，就必須延長硫化操作時間，這在生產(chǎn)率和能源消耗上也是個不良問題。
本項發(fā)明就是為了解決上述問題，其目的是為硫化輪胎提供一種方法和設備，使得在硫化過程中輪胎內(nèi)部不會產(chǎn)生不合要求的溫差，能進行均勻硫化，減少能源損失。
一方面，該項發(fā)明提供了硫化輪胎的方法，包括加熱工序和卸載工序。加熱工序中輪胎被放到硫化機蒸汽室模具中定型，向蒸汽室供應一定壓力的加熱介質(zhì)，對輪胎進行加熱和加壓，直到輪胎達到預定溫度或經(jīng)過了預定時間，停止供應加熱介質(zhì)；向蒸汽室供應一定壓力的惰性氣體加壓介質(zhì)直至加熱工序結(jié)束，惰性氣體的壓力不低于加熱介質(zhì)。緊隨加熱工序之后是卸載工序，在此將加熱介質(zhì)和加壓介質(zhì)排卸掉以完成硫化過程。從蒸氣室中心上部位置向蒸汽室吹入加熱介質(zhì)，同時從蒸汽室中心下部位置向蒸汽室上部區(qū)域吹入加壓介質(zhì)。
加熱介質(zhì)水平或沿水平方向，首先吹向輪胎中緯線或其附近區(qū)域，同時加壓介質(zhì)從蒸汽室中心下面的部位平行吹向輪胎的上部胎側(cè)部分。
另外，由于加熱介質(zhì)冷凝而積聚在蒸汽室底部的冷凝水可通過排放裝置強行排出輪胎外。 另一方面，該項發(fā)明提供了硫化輪胎的設備，包括放輪胎的模具并提供蒸汽室；位于蒸汽室中心上部位置的加熱介質(zhì)供汽口(水平方向吹入或向蒸汽室下部區(qū)域吹進加熱介質(zhì))；以及位于蒸汽室中心下部位置的加壓介質(zhì)供氣口(向蒸汽室上部區(qū)域吹進加壓介質(zhì))。
在此方法和設備中，高溫加熱介質(zhì)(如蒸汽)從蒸汽室中心上面位置水平吹入，比如從上面的膠囊座部分水平吹向輪胎中緯線或其附近區(qū)域，使輪胎上、下兩半都能均勻吹到蒸汽流，從而實現(xiàn)均勻加熱。
另一方面，加熱介質(zhì)可能會向下朝模具中間或底部運動。
另外，積聚在蒸汽室底部(即下部胎側(cè)內(nèi)凹部分)的冷凝水，在硫化操作中被強行排出，因而可防止積聚的冷凝水阻礙下面胎側(cè)和高溫蒸汽間的熱接觸及阻礙下面胎側(cè)的加熱升溫，于是防止發(fā)生延遲下面胎側(cè)的加熱，而輪胎內(nèi)部各區(qū)域間加熱情況的差異也明顯減小了。
由于向上吹入加壓介質(zhì)，比如向上面胎側(cè)或附近區(qū)域吹加壓介質(zhì)，當流入輪胎的蒸汽流已經(jīng)減弱后，低溫加壓氣體就沿斜上方吹向積聚在高處局部區(qū)域的相對高溫的蒸汽。因而就由加壓介質(zhì)氣流產(chǎn)生了逆著蒸汽的垂直循環(huán)混合氣流，而不會引起蒸汽絕熱壓縮。也糾正了高壓蒸汽的局部積累，已處于相對高溫的輪胎上部區(qū)域得到了有效冷卻，上、下兩部分的溫度也達到了一致。 使用可拆式供氣噴嘴時，更換噴嘴會改變加熱介質(zhì)和俄加壓介質(zhì)的吹入方向。這樣可以根據(jù)輪胎的尺寸和形狀，分別以最佳的方向和角度吹入加熱介質(zhì)和加壓介質(zhì)，得到最理想的結(jié)果。
從下面的說明和附圖中可以更清楚地認識該發(fā)明的特點和優(yōu)點。圖2是該專利硫化設備剖視圖；
圖3是圖2的平面剖視圖；
圖4(A)是加熱介質(zhì)噴嘴的透視簡圖；
圖4(B)是圖4(A)中噴嘴的平面簡圖；
圖5(A)是加壓介質(zhì)供氣噴嘴的透視簡圖；
圖5(B)是圖5(A)中噴嘴的平面簡圖；
圖6是升降、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)簡圖；
圖7(A)是一個放大的剖視圖，顯示排放裝置中細長管的主要部分；
圖7(B)和圖7(C)是一個備用細長管，圖7(B)是主要部分的放大透視圖，圖7(C)是該部分的放大剖視圖；
圖8和圖9是顯示輪胎內(nèi)溫差的曲線圖.圖中符號S表示加熱介質(zhì)為蒸汽，符號G表示加壓介質(zhì)為氣體。
本文僅以圖2所示的翻入式膠囊硫化設備為例。關于模具和蒸汽室的中心機構(gòu)，圖2所示的設備采用了和原來的工藝設備幾乎相似的結(jié)構(gòu)。不過兩者的不同之處在于供應蒸汽和加壓氣體的特殊結(jié)構(gòu)以及冷凝水排放裝置。
在圖2設備的操作中，將生胎2放入蒸汽室模具1中定型；向膠囊3中傳送定型內(nèi)壓；膠囊頂部內(nèi)端面21由上膠囊座10支承，同時底部端面22由下膠囊座11支承，于是生胎2靠近并沿著模具1內(nèi)表面伸展定型且其形狀與模具1內(nèi)表面形狀相似。接著關閉模具1，向膠囊3中供應加熱介質(zhì)蒸汽，對生胎2加熱并加壓。當生胎2溫度達到預定溫度或經(jīng)過預定時間后，停止供應加熱介質(zhì)，而向膠囊3中以不低于加熱介質(zhì)的壓力供應加壓介質(zhì)(氮氣)，直到加熱階段結(jié)束。因而輪胎2溫度可以保持在預定溫度，以完成硫化。
模具1包括上模1a和下模1b。
上膠囊座10位于中心支柱41的上頂端，即在蒸汽室的上部和中心，由壓環(huán)42、環(huán)座43及附在環(huán)座43上的加熱介質(zhì)供應噴嘴組成。壓環(huán)42和環(huán)座43形成一個頂部鎖緊圈48，壓環(huán)42和環(huán)座43通過螺栓12將膠囊3頂部內(nèi)端面21固定并壓緊。
加熱介質(zhì)噴嘴如圖4(A)所示為環(huán)形，與環(huán)座43可拆開裝配，因而二者形成一環(huán)形腔44。加熱介質(zhì)噴嘴45有多個供汽口4與膠囊內(nèi)腔6互通。這多個供汽口4按預先設定的間隔沿圓周方向分布。供汽口4的方向、數(shù)量和直徑根據(jù)輪胎尺寸選定。
加熱介質(zhì)供應通道40的一端與環(huán)座43連接，引導加熱介質(zhì)(如蒸汽)進入環(huán)形腔44；另一端穿過貯囊筒46與加熱介質(zhì)供汽源(圖中省略)相連接。因此加熱介質(zhì)從通道40吹過環(huán)形腔44，再從供汽口4水平吹進膠囊內(nèi)腔。通常提供兩個或更多供汽噴嘴45，其上有供汽口4水平朝向輪胎內(nèi)部中緯線E1或其附近區(qū)域。于是蒸汽流均勻接觸上、下兩半輪胎，從而達到均勻加熱。
另外，供汽口4的供應通道4a相對徑向是斜的，如圖4(B)所示，因而從供汽口4噴出的加熱介質(zhì)沿圓周方向循環(huán)流動。
關于加熱介質(zhì)供應通道40的位置，雖然在圖2所示的具體設備中它是位于中心支柱41的外面，其實它也可以在中心支柱41的里面。
在貯囊筒46里面，加壓介質(zhì)供應通道50用于供應惰性氣體，比如氮氣；它與貯囊筒46內(nèi)形成的一個環(huán)形中轉(zhuǎn)腔51相連并互通。環(huán)形中轉(zhuǎn)腔51與多個分支通道52相連并互通，分支通道52按預先確定的間隔沿圓周分布。在分支通道恒的頂端，可拆式加壓介質(zhì)噴嘴54通過螺栓56固定在貯囊筒46頂端。加壓介質(zhì)噴嘴54有多個供氣口5與蒸汽室互通。如圖3所示，供氣口5在圓周方向按預定間隔分布。從而使加壓介質(zhì)通過環(huán)形中轉(zhuǎn)腔51，從供應通道50流入多個分支通道52，從供氣口5吹向蒸汽室上部區(qū)域。
如圖3、圖5(A)和5(B)所示，加壓介質(zhì)噴嘴54為環(huán)形，通常有兩個或兩個以上供氣噴嘴餌，其上的供氣口5方向朝上，加壓介質(zhì)可沿所要求的通路進入一定區(qū)域(Q1)，該區(qū)域從蒸汽室中心上面區(qū)段一直到輪胎2的頂部胎側(cè)25。
在圖2中，加壓介質(zhì)供氣口5朝向頂部胎側(cè)25或其附近區(qū)域，因此加壓介質(zhì)如圖2箭頭所示，沿斜上方吹過輪胎內(nèi)部空間6。
加壓介質(zhì)(氣體)從蒸汽室中心底部位置吹向頂部區(qū)域，因此氣體在輪胎內(nèi)部空間6內(nèi)有長流動距離，從而增強了與加熱介質(zhì)(蒸汽)的混合效果，避免輪胎內(nèi)部空間6產(chǎn)生溫差。
如圖5(B)所示，加壓介質(zhì)供應通路5(A)相對徑向也是斜的，因而從供氣口5噴出的加壓介質(zhì)在圓周方向循環(huán)流動。
冷凝水排出裝置13可與上面所示設備結(jié)構(gòu)配合使用(在該設備中，加熱介質(zhì)從蒸汽室中心上部位置水平吹入，同時加壓介質(zhì)從蒸汽室中心下部位置向上吹入)。冷凝水排出裝置13由管71、弧形驅(qū)軸臂72、細管73組成。管71在貯囊筒46內(nèi)，作為排出通道；孤形驅(qū)軸臂72與管71相連并互通，有內(nèi)部形成的通道；細管73與弧形驅(qū)軸臂72端部相連并互通，位于輪胎底部胎側(cè)處。管71連接在貯囊筒上，如圖6所示，用這種方法，管71可以通過使用氣缸28等的升降機構(gòu)29上下移動，也可以通過帶旋轉(zhuǎn)馬達27等的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)30沿軸轉(zhuǎn)動。驅(qū)軸臂72可按圖3中箭頭(X1)和(Y2)所示沿軸轉(zhuǎn)動，也可以上下運動。因而在硫化操作中，驅(qū)軸臂72按圖3中實線所示從貯囊筒46懸吊進蒸汽室內(nèi)，另一方面，在硫化操作前或后，如圖3中虛線所示驅(qū)軸臂72就停留在貯囊筒46上。驅(qū)軸臂72靜止時，細管73就放置在貯囊筒46內(nèi)的保護套孔55內(nèi)。
現(xiàn)在將對操作驅(qū)軸臂72從圖3中實線所指的狀態(tài)(即圖所示狀態(tài))轉(zhuǎn)到虛線所指的狀態(tài)進行詳細說明。首先管71借助升降機構(gòu)29向上移動，管71借助旋轉(zhuǎn)機構(gòu)30轉(zhuǎn)動，使驅(qū)軸臂72按箭頭(X1)方向軸向移動，直到細管73到達套孔55上面一位置，最后管71借助升降機構(gòu)29向下移動，使細管73進入套孔55內(nèi)。如要將驅(qū)軸臂72從虛線位置轉(zhuǎn)到實線位置，反方向進行上述操作。
在圖6中具體標明了上下機構(gòu)29和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)30，在此管71底端與旋轉(zhuǎn)馬達27相連，旋轉(zhuǎn)馬達27與氣缸28的推桿28a相連，氣缸28垂直安裝在硫化機底座31上。序號32代表抗轉(zhuǎn)桿，序號33代表滑動軸承，通過滑動軸承33，抗轉(zhuǎn)桿32可以滑過去，序號34是滑動軸承33的支座，垂直安裝在硫化機底座31上。管71底端也與軟管35相連并互通，軟管35與疏水器26相連。序號36代表硫化機底座的一部分，用以支承管71滑動及轉(zhuǎn)動。
冷凝水排放裝置13通過輪胎內(nèi)部空間6的壓力推動積聚的冷凝水工作，通過細管73、驅(qū)軸臂72內(nèi)部形成的通道、管71、軟管35和疏水器26將冷凝水強行排出輪胎外。冷凝水排放裝置13可與一真空機構(gòu)相連以便抽出冷凝水。圖3中的序號8為冷凝水、氣體及其類似物的排出口。
現(xiàn)在以輪胎為代表介紹使用本發(fā)明所述設備的硫化方法。
首先，將生胎放置在未充氣膠囊3外表面。然后關閉模具1時，向膠囊3供應定型介質(zhì)直到輪胎形狀與模具內(nèi)部形狀相似，并沿模具1內(nèi)側(cè)伸展，膠囊3與輪胎2彼此緊密接觸。
接著模具1完全關閉，蒸汽以1.47MPa壓力通入加熱介質(zhì)供熱通道400蒸汽從位于設備中心上部位置的供汽口4輸入到膠囊3內(nèi)腔中。蒸汽如圖2中箭頭所示從供汽口4水平供應并均勻吹向中緯線(E1)上邊和下邊，供應的蒸汽可使輪胎2加熱到所需溫度，如大約180℃，以便開始硫化反應。
然后加壓介質(zhì)以接近室溫(如40℃)的溫度和1.764MPa的壓力通過加壓介質(zhì)供氣口5輸入到內(nèi)腔6中。氣體從供氣口5向上供氣，在內(nèi)腔6的頂部區(qū)域進行冷卻和混合，然后氣體逐漸向下流動。與剩余蒸汽混合。
這樣由于加壓氣體向上的蒸汽與相對于上下部均勻的蒸汽相混合，而在輪胎2內(nèi)上部區(qū)域產(chǎn)生的冷卻效果和混合效果，防止了在內(nèi)腔6上、下兩區(qū)域間產(chǎn)生較大溫差；也避免了原來的工藝方法中輪胎內(nèi)由于蒸汽向上絕熱壓縮而造成的頂部區(qū)域局部溫度大幅升高。同時避免了底部胎圈部位23加熱不足。
一旦輪胎在模具內(nèi)完全硫化后，排水機構(gòu)13中的管71借助上下機構(gòu)向上移動一小段，接著驅(qū)軸臂72借助旋轉(zhuǎn)機構(gòu)按圖3中箭頭(Y1)所示方向旋轉(zhuǎn)，管71借助上下機構(gòu)向下運動，從而使驅(qū)軸臂72從貯囊筒46懸吊進內(nèi)腔，同時細管73底部開口端7靠近輪胎底部胎側(cè)24膠囊表面。由于蒸汽凝結(jié)而在輪胎2底部積聚的冷凝水14，如圖2中所示，被輪胎2內(nèi)部壓力推動并通過細管73、驅(qū)軸臂72、管71、軟管35和疏水器26強行排出輪胎外。
疏水器26防止輪胎內(nèi)部壓力泄漏，但允許冷凝水排出。
因為任何積聚的冷凝水14都妨礙底部胎側(cè)表面與高溫蒸汽接觸，從而影響底部胎側(cè)加熱，排出冷凝水14可迅速減小輪胎內(nèi)加熱情況的差別。與加熱介質(zhì)供應方向的最佳結(jié)合，可使輪胎得到均勻加熱。另外，與加壓介質(zhì)向上供應方向結(jié)合，可使硫化過程中輪胎2內(nèi)的溫度均勻性得到明顯提高。
在細管73底端與膠囊3表面接觸的情況下，為了使冷凝水14均勻流入細管73，底面開口端7可如圖7(A)所示為一斜端面，或如圖7(B)和7(C)所示，上有多個槽61，槽61為徑向，使細管73的中心孔與外面互通。
硫化操作完成后，排出管內(nèi)的閥(圖中省略)打開，將氣體與蒸汽的混合物經(jīng)過排出管排出內(nèi)腔60冷凝水排出機構(gòu)13中的管71向上移動，驅(qū)軸臂72按圖3中箭頭(X1)所示方向轉(zhuǎn)動，接著管71向下移動到靜止狀態(tài)，如圖3中虛線所示。然后關閉上面提到的閥，打開另外一個閥，中心支柱41、貯囊筒46和底部膠囊支撐部分11向下移動，使膠囊3從輪胎2內(nèi)取出，打開模具1，將硫化輪胎從模具1中卸下。
無膠囊硫化則沒有上面的取出膠囊工序。
圖8表示用圖2所示設備硫化的輪胎2的上胎圈23上點A1與下胎圈23上點B1之間的溫差。通入加壓氣體后點A1的溫度顯示了實線18所示的特點，通入加壓氣體后點B1的溫度顯示了實線17所示的特點，點A1與點B1之間的溫差T11大概為2℃。
圖9表示用圖2所示設備硫化的輪胎2的上胎側(cè)25上點C1與下胎側(cè)24上點D1之間的溫差。通入加壓氣體后點C1的溫度顯示了實線18a所示的特點，通入加壓氣體后點D1的溫度顯示了實線17a所示的特點，點C1與點D1之間的溫差T12大概為2℃。
與原來的工藝方法相比，這是相當小的溫差值。該方法和設備避免了放在模內(nèi)的輪胎內(nèi)部空間產(chǎn)生較大的溫差。因此能夠?qū)崿F(xiàn)均勻硫化，也提高了輪胎的均勻性。這種預防溫差的方法也可以縮短硫化時間，提高生產(chǎn)率，降低能耗
