热氮硫化轮胎的方法及设备

本发明是一种热氮硫化轮胎的方法,包括轮胎硫化过程,其特征在于:在轮胎硫化时,直接向硫化机或硫化罐的轮胎模具内的胶囊充入加热、加压后的纯氮气。
本发明由于避免了轮胎硫化过程中压力与温度的骤升、骤降而对轮胎内部结构造成的损害所以能提高轮胎质量轮胎硫化的压力与温度的连续性好。
同时具有延长了胶囊的使用寿命,提高了劳动生产率降低了生产成本,有利于环保使用范围广等优点。
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1．一种热氮硫化轮胎的方法，包括轮胎硫化过程，其特征在于：在轮 胎硫化时，直接向硫化机或硫化罐的轮胎模具内的胶囊充入加热、 加压后的纯氮气。
2．根据权利要求1所述的热氮硫化轮胎的方法，其特征在于：上述充 入胶囊内的氮气，在胶囊内的温度时160～180±2℃，压力稳定在2～ 3MPa。
3．根据权利要求2所述的热氮硫化轮胎的方法，其特征在于：上述向 胶囊内充入纯氮气的具体步骤如下： 1)．从空气中提取氮气并收集在储气罐里； 2)．将储气罐的氮气经过一次压缩机加压到2．5～3．5MPa后送入一次储压 罐中； 3)．将轮胎的的胎胚用压力是0．02～0．2MPa的空气均匀定型并且装入模 具中； 4)．将一次储压罐的氮气通过一次气体加热器，使氮气温度达到110±2 ℃后，通过硫化机或硫化罐原来一次水的进口送入胶囊，胶囊内的 氮气的压力降至1．2～1．8MPa，并将胶囊内定型时留下的空气排出； 5)．将储气罐的氮气经过二次压缩机加压到3．5～4．5MPa后送入二次储 压罐中； 6)．将二次储压罐的氮气通过二次气体加热器，使氮气温度达到180± 2℃后，通过硫化机或硫化罐原来二次水的进口送入胶囊，胶囊内的 氮气的压力为2．0～3．0MPa，温度为160～180±2℃； 7)．保持二次氮通路与储气罐循环，保持胶囊内氮气的温度和压力符合 要求； 8)．硫化轮胎。
4．根据权利要求3所述的热氮硫化轮胎的方法，其特征在于：上述从 空气中提取氮气的步骤是： 1)．空气加压到1．0MPa后送入空气罐； 2)．空气罐中的空气送入冷干机中排水； 3)．排水后的空气送入PSV负离子分子筛提取氮气。
5．根据权利要求3所述的热氮硫化轮胎的方法，其特征在于：上述一 次储气罐的最佳压力是2．5MPa，二次储气罐的最佳压力是4．0MPa； 轮胎硫化时胶囊内氮气的压力最佳为2．6MPa，温度为180℃。
6．一种专用于上述方法的热氮硫化轮胎的设备，其特征在于：氮气储 气罐设有进气口、循环进气口、一次氮出气口和二次氮出气口；一 次氮出气口经过管路在一次空压机的带动下将氮气送入一次储压罐 的进口，一次储压罐的出口经过管路连接一次气体加热器的进口， 一次气体加热器的出口经过选择阀门连接硫化罐或硫化机的原一次 水进口，形成一次氮通路；二次氮出气口经过管路在二次空压机的 带动下将氮气送入二次储压罐的进口，二次储压罐的出口经过管路 连接二次气体加热器的进口，二次气体加热器的出口经过选择阀门 连接硫化罐或硫化机的原二次水进口，形成二次氮通路；硫化机或 硫化罐的原一次水进口通过隔离一次通路的阀门连接氮气储气罐的 循环进气口，形成循环通路；氮气储气罐的进气口通过选择阀门连 接制氮装置或液氮罐。
7．根据权利要求6所述的热氮硫化轮胎的设备，其特征在于：上述制 氮装置是，两个可互相反吹的PSV制氮机。
8．根据权利要求6所述的热氮硫化轮胎的设备，其特征在于：上述一 次氮通路、二次氮通路、循环通路均在必要位置设置阀门。
9．一种专用于热氮硫化轮胎的设备的储气罐，包括罐体(1)、进气口 (2)和出气口(3)，其特征在于：所述的储气罐的罐体内壁(4) 置有温度传感器(5)；所述储气罐的进气口(2)和／或出气口(3) 安装流量计(6)。
10．一种专用于热氮硫化轮胎的设备的气体加热器，包括箱体(14)和 设置于箱体内的气管(11)，其特征在于：所述气管(11)缠绕成横 截面是圆形的两层结构，两层气管(11)之间圆周均布6个电加热 器(17)，气管(11)采用导热良好的金属材料制成。
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本发明属于橡胶行业，具体涉及硫化轮胎的方法和设备。
本发明作出以前，传统的轮胎硫化的方法是把热水和蒸汽为介质， 即向轮胎模具内的胶囊充入热水或蒸汽；以单模、双模或柱塞罐作为轮 胎硫化的设备。
但是，这种方法需要庞大的锅炉、热水处理系统不但占 地面积大、成本高。
对环境有污染，而且由于蒸汽和过热水对轮胎和胶 囊的热氧老化而导致胶囊和轮胎的使用寿命降低。
所以近20年来世界 上很多轮胎生产厂家都在探索用氮气等惰性气体替代过热水来硫化轮 胎，他们的方法是： 1．将胎胚置入模型； 2．将0．0138～0．2756MPa的低压氮气充入胶囊进行胎胚的定型； 3．将1．378～1．722MPa高压蒸汽充入胶囊，提供硫化所需热量，根据 轮胎规格和品种不同，这步骤可持续2～6分钟； 4．充入高压氮气(≥2．067MPa)以提高剩余硫化时间内胶囊的内压； 5．排空胶囊，取出轮胎。
这种方法显然降低了生产成本，提高了轮胎的质量，延长了胶囊的 使用寿命，有利于环境保护(见《轮胎工业》1999年19卷)。
但是它的 不足之处也很明显： 1．轮胎硫化过程中蒸汽与氮气混合，造成高温高压下的氮气不纯， 而使胶囊和轮胎亦存在过氧老化问题； 2．轮胎硫化需要大量的热量，而仅仅在硫化初期充入高压蒸汽作为 热源是远远不够的，所以这种方法相对延长了轮胎的硫化时间； 3．蒸汽凝结成水以后聚集在胶囊的下半侧，所以会造成轮胎硫化的 不均匀性； 4．由于氮气里含有大量水，所以氮气的重复利用率太低，从而相对 提高了生产成本。
本发明为解决上述问题提供一种轮胎硫化效果好，节约能源降低硫 化成本的热氮硫化轮胎的方法。
为实现上述目的，本发明是这样实现的一种热氮硫化轮胎的方法， 包括轮胎硫化过程，在轮胎硫化时，直接向硫化机或硫化罐的轮胎模具 内的胶囊充入加热、加压后的纯氮气。
上述充入胶囊内的氮气，在胶囊内的温度时160～180±2℃，压力稳 定在2～3MPa。
上述向胶囊内充入加热、加压后的纯氮气的具体步骤如下： 1)．从空气中提取氮气并收集在储气罐里； 2)．将储气罐的氮气经过一次压缩机加压到2．5～3．5MPa后送入一次储压 罐中； 3)．将轮胎的的胎胚用压力是0．02～0．2MPa的空气均匀定型并且装入模 具中； 4)．将一次储压罐的氮气通过一次气体加热器，使氮气温度达到110±2 ℃后，通过硫化机或硫化罐原来一次水的进口送入胶囊，胶囊内的 氮气的压力降至1．2～1．8MPa，并将胶囊内定型时留下的空气排出； 5)．将储气罐的氮气经过二次压缩机加压到3．5～4．5MPa后送入二次储 压罐中； 6)．将二次储压罐的氮气通过二次气体加热器，使氮气温度达到180± 2℃后，通过硫化机或硫化罐原来二次水的进口送入胶囊，胶囊内的 氮气的压力为2．0～3．0MPa，温度为160～180±2℃； 7)．保持二次氮通路与储气罐循环，保持胶囊内氮气的温度和压力符合 要求； 8)．硫化轮胎。
上述从空气中提取氮气的步骤是： 1)．空气加压到1．0MPa后送入空气罐； 2)．空气罐中的空气送入冷干机中排水； 3)．排水后的空气送入PSV负离子分子筛提取氮气。
上述一次储气罐的最佳压力是2．5MPa，二次储气罐的最佳压力是4．0 MPa；轮胎硫化时胶囊内氮气的压力最佳为2．6MPa，温度为180℃。
一种专用于上述方法的热氮硫化轮胎的设备，氮气储气罐设有进气 口、循环进气口、一次氮出气口和二次氮出气口；一次氮出气口经过管 路在一次空压机的带动下将氮气送入一次储压罐的进口，一次储压罐的 出口经过管路连接一次气体加热器的进口，一次气体加热器的出口经过 选择阀门连接硫化罐或硫化机的原一次水进口，形成一次氮通路；二次 氮出气口经过管路在二次空压机的带动下将氮气送入二次储压罐的进 口，二次储压罐的出口经过管路连接二次气体加热器的进口，二次气体 加热器的出口经过选择阀门连接硫化罐或硫化机的原二次水进口，形成 二次氮通路；硫化机或硫化罐的原一次水进口通过隔离一次通路的阀门 连接氮气储气罐的循环进气口，形成循环通路；氮气储气罐的进气口通 过选择阀门连接制氮装置或液氮罐。
上述制氮装置是，两个可互相反吹的PSV制氮机。
上述一次氮通路、二次氮通路、循环通路均在必要位置设置阀门。
一种专用于热氮硫化轮胎的设备的储气罐，包括罐体、进气口和出 气口，所述的储气罐的罐体内壁置有温度传感器；所述储气罐的进气口 和／或出气口安装流量计。
一种专用于热氮硫化轮胎的设备的气体加热器，包括箱体和设置于 箱体内的气管，所述气管缠绕成横截面是圆形的两层结构，两层气管之 间圆周均布6个电加热器，气管采用导热良好的金属材料制成。
本发明的优点和积极效果是： 1．提高轮胎质量 轮胎硫化的压力与温度的连续性好，避免了轮胎硫化过程中压力与 温度的骤升、骤降而对轮胎内部结构造成的损害。
这种方法和工艺 硫化的轮胎，在轮胎耐久性实验机上可跑200个小时，而国家标准 是57个小时。
2．延长了胶囊的使用寿命 由于硫化过程中，即在高温高压下，胶囊内的纯净的氮气，所以胶 囊的过热老化问题基本不存在，胶囊的寿命可延长100％。
3．提高了劳动生产率 轮胎硫化实际上是一定压力下的一个热交换过程，而氮气的高温高 压是过热水和蒸汽所不能比拟的，保压下循环氮气能快速补充轮胎 硫化所需的热量和压力。
采用氮气硫化，可节约时间10％。
4．降低了生产成本 锅炉、热水站、热水的输送需很大的先期投资和后期维修费用，氮 气的加热与加压都由电力完成，减少了能量传递过程中的损失，氮 气对整个硫化管路也基本无副腐蚀，节能可达50％。
5．有利于环保 氮气的提取与排放都没有污染，氮气的加热与加压都由电力直接完 成，亦不存在大气污染。
6．使用范围广 可应用于单模、双模和柱塞罐；并可随时调整氮气的压力与温度以 满足不同轮胎配方的要求。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明 图1是本发明一个实施例的氮气流程图； 图2是本发明一个实施例胶囊内介质的流程图； 图3是本发明一个实施例氮气处理系统原理图； 图4是本发明一个实施例储压罐的主视图； 图5是本实用新型一个实施例气体加热器的主剖视图。
如图1、图2所示，一种热氮硫化轮胎的方法，包括轮胎硫化过程， 在轮胎硫化时，直接向硫化机或硫化罐的轮胎模具内的胶囊充入加热、 加压后的纯氮气。
根据轮胎的配方及规格的不同可以选择充入胶囊内的 氮气在胶囊内的温度和压力，通常温度时160～180±2℃，压力稳定在2～ 3MPa。
向胶囊内充入加热、加压的纯氮气的具体步骤如下： 1)．从空气中提取氮气并收集在储气罐里； 2)．将储气罐的氮气经过一次压缩机加压到2．5～3．5MPa后送入一 次储压罐中； 3)．将轮胎的的胎胚用压力是0．02～0．2MPa的空气均匀定型并且 装入模具中； 4)．将一次储压罐的氮气通过一次气体加热器，使氮气温度达到 110±2℃后，通过硫化机或硫化罐原来一次水的进口送入胶囊，胶 囊内的氮气的压力降至1．2～1．8MPa，并将胶囊内定型时留下的空气 排出； 5)．将储气罐的氮气经过二次压缩机加压到3．5～4．5MPa后送入 二次储压罐中； 6)．将二次储压罐的氮气通过二次气体加热器，使氮气温度达 到160～180±2℃后，通过硫化机或硫化罐原来二次水的进口送入胶 囊，胶囊内的氮气的压力为2．0～3．0MPa，温度为160～180±2℃； 7)．保持二次氮通路与储气罐循环，保持胶囊内氮气的温度和压 力符合要求； 8)．硫化轮胎。
由于氮气的市场售价比较高，可以从空气中直接提取氮气。
步骤是： 1)．空气加压到1．0MPa后送入空气罐； 2)．空气罐中的空气送入冷干机中排水； 3)．排水后的空气送入PSV负离子分子筛提取氮气。
对于载重轮胎来说，一次储气罐的最佳压力是2．5MPa，二次储气罐 的最佳压力是4．0MPa；轮胎硫化时胶囊内氮气的压力最佳为2．6MPa， 温度为180℃。
如图2所示，一种专用于上述方法的热氮硫化轮胎的设备，氮气储 气罐21设有进气口22、循环进气口23、一次氮出气口24和二次氮出 气口25；一次氮出气口24经过管路在一次空压机26的带动下将氮气送 入一次储压罐的进口27，一次储压罐的出口28经过管路连接一次气体 加热器的进口29，一次气体加热器的出口30经过选择阀门F7连接硫化 罐31或硫化机的原一次水进口32，形成一次氮通路；二次氮出气口25 经过管路在二次空压机33的带动下将氮气送入二次储压罐的进口34， 二次储压罐的出口35经过管路连接二次气体加热器的进口36，二次气 体加热器的出口37经过选择阀门F8连接硫化罐或硫化机的原二次水进 口38，形成二次氮通路；硫化机或硫化罐的原一次水进口30通过隔离 一次通路的阀门F9连接氮气储气罐的循环进气口23，形成循环通路； 氮气储气罐的进气口22通过选择阀门连接制氮装置39或液氮罐40。
由于用分子筛提取氮气时分子筛会出现饱和，所以将制氮装置设计 成两个可互相反吹的PSV制氮机连接，这样一个分子筛工作，同时对另 一个分子筛反吹，能够实现连续工作。
为了施工、检修、使用的需要在一次氮通路、二次氮通路、循环通 路的管路上可以任意的设置阀门。
如图4所示，一种专用于热氮硫化轮胎的设备的储气罐，包括罐体 1、进气口2和出气口3，储气罐的罐体内壁4置有温度传感器5；储气 罐的进气口2和／或出气口3安装流量计6。
如图5所示，一种专用于热氮硫化轮胎的设备的气体加热器，包括 箱体14和设置于箱体内的气管11，气管11缠绕成横截面是圆形的两层 结构，两层气管11之间圆周均布6个电加热器17，气管11采用导热良 好的金属材料制成，如碳钢、不锈钢等。
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