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“点石成金” ——辐照技术在轮胎的应用
撰写时间:2015-9-1 文章作者:小辐 文章来源:《广东辐射防护》

    辐照加工是利用钴-60源或电子辐照加速器产生的高能电子束来制备新材料的技术,是一种既不污染环境又可节省能源的新型加工技术,对推动轮胎生产、提升产品质量、降低成本有明显的优势。经过辐照加工的轮胎,具有金子般的价值,可谓“点石成金”。


    我国轮胎辐照加工起步晚


    辐照技术从开始生产辐射交联耐热电缆,逐步扩展到其他产品并形成了相当规模的产业链。目前应用的主要技术为辐射交联、辐射裂解、辐射固化、辐射接枝聚合等,涉及的产品包括轮胎、电线电缆、热缩材料、发泡材料、PTFE固体润滑剂、电池隔膜等。其中橡胶辐射硫化研究始于20世纪40年代末,之后相继实现了胶乳的辐射硫化、硅橡胶的辐射硫化生产和轮胎的辐射预硫化等。

上世纪70年代末,“橡胶大王”费尔斯通成立轮胎橡胶公司,率先建成第一条生产线,使辐射技术用于汽车轮胎制备实用化。随后,轮胎制造进入“百家争鸣”时代,国外较大的轮胎制造商争先在轿车子午线轮胎的生产中采用辐射技术。至90年代末,该技术在日本的普及率达到90%以上,经济规模近84亿美元。目前,韩国、菲律宾、印尼等国家的轮胎生产也陆续采用辐照技术。

长期以来,国外轮胎制造商对轮胎辐射预硫化技术进行严格封锁、保密,我国轮胎企业研究掌握这项技术才刚起步。


    应用辐射预硫化技术成趋势


    自2010年全球金融危机以来,中国的轮胎行业进入了平稳发展期,轮胎用户更加关注产品的质量、品牌以及环保等。这使得轮胎制造商面临着提升技术、降低成本、增强环保性能等各个方面的挑战;再加上国际上各种轮胎检测标准的出台和中国人口红利的逐渐消失,企业面临的压力越来越大。在这种背景下,在轮胎制造装备的选择方面,企业都极力选用能够帮助其改变不利局面的产品和技术,辐射预硫化技术一时成为企业的首选。


    当然,技术只有与工艺有效融合,才能更好地发挥效能。目前全球约有60余套电子加速器用于生产轮胎,其中欧洲6套、美国32套、日本23套。辐射预硫化技术在欧、美、日等发达国家和地区的橡胶轮胎生产中,特别是高性能子午线轮胎生产中占有重要地位,年产值达到300亿美元。国内亦有企业不甘落后地进行了广泛深入的研究,近年来完成的辐射预硫化子午线轮胎通过了国家轮胎检测中心测试,可预见应用辐射预硫化技术是国内轮胎企业发展的必然趋势,存在着巨大的发展潜力。


    “点石成金”之谜——高能射线


    辐射硫化是通过高能射线离子在橡胶基体中激活橡胶分子,产生橡胶大分子自由基,这些自由基之间的相互结合(偶合终止),使橡胶大分子交联形成3维网状结构。而常规硫化一般在一定热压条件下,通过交联剂、硫化促进剂和硫化活化剂作用,使橡胶分子从线性结构变成体型网状结构,从而使橡胶材料的物理机械性能及其他性能得到明显地改善。


对于结晶天然橡胶,它的形态取决于温度。在常温下天然橡胶存在结晶区和无定形区,而辐射交联发生在无定形区,因此,它的碳碳交联键集中在无定形区。在高温时,天然橡胶完全处于无定形态,交联键无规分布在整个橡胶中。简单来说,它们一个是利用高能射线,一个是利用活化剂,在一定条件下通过一系列的化学作用和物理作用,改变橡胶的结构,从而达到物理机械性能改善的目的。


    那么辐射硫化与常规硫化相比有什么优势呢?


    常规硫化需要在高温下进行,并且在12个大气压下150℃时,橡胶分子的交联需要10分钟。而辐射硫化只需要在常压状态下20~30℃时,仅3秒就可完成橡胶分子交联。两者相比,辐射硫化技术明显具有快速、节能、环境污染小的优点。


    同样,在轮胎性能方面,辐射硫化技术具有不可比拟的优势。研究表明,与常规硫化相比,由于C-C交联键集中在橡胶的无定形区,辐射硫化可明显提高轮胎的耐热老化性能、耐臭氧老化性能及耐疲劳性能。轮胎的抗形变能力和尺寸稳定性也随着辐射剂量加大而增加。同时,胎体中的帘线在成型和硫化过程中发生位移和露线的可能性大大减少,提高了轮胎的成品率,减少轮胎残次品。而尺寸稳定性的增加,使得原材料用量减少,胎体的厚度可减少10~20%,不仅降低了成本,也达到了省油的目的。


    根据有关报道,日本单胎平均耗胶量为7.49kg,美国为7.97kg,而中国则为10.5kg。“点石成金”,辐照技术不在于使轮胎变成具有金子般的价值,而在于使其达到绿色轮胎的要求,节约橡胶资源、减少能耗。随着绿色轮胎成为我国轮胎行业的发展目标,辐射预硫化技术将得到更多的重视,成为提升轮胎行业技术水平和轮胎质量的有效途径。