EB預硫化技術報告

賈朝偉EB預硫化技術報告湖北久瑞核技術股份有限公司武漢久瑞電氣有限公司

二〇一三年九月十二日賈朝偉湖北久瑞核技術股份有限公司副總經理武漢久瑞電氣有限公司副總經理2002年～2008年，中國工程物理研究院環(huán)境保護工程研究中心，主要從事工業(yè)電子加速器的研發(fā)，工業(yè)兆瓦級大功率電子加速器的研發(fā)；俄羅斯ELV型電子加速器的研究和國產化、低能自屏蔽電子加速器的研發(fā)工作；2008年～2010年，中國工程物理研究院的四川久環(huán)電氣有限公司，曾擔任項目經理、技術研發(fā)中心經理和總經理助理。2011年～今，湖北久瑞核技術股份有限公司，擔任副總經理；

個人簡介

在此期間獲得發(fā)明專利三項，適用新型一項；《一種電子加速器的電子束流控制裝置》，專利號：201110282400.2；《電子束掃描均勻性測試系統(tǒng)》，專利號：CN200610022181.3；《一種電子加速器》，專利號：201110226349.3；《用于電子加速器的高壓連接裝置》ZL200610033074.0。軟件著作權一項。主要負責電子加速器研發(fā)項目：1、EB500/150(500keV/150mA/75kW)低能自屏蔽電子束設備，用于半鋼子午胎預硫化；2、EB500/60(500keV/100mA/50kW)低能自屏蔽電子束設備，用于全鋼子午胎預硫化；3、EB130/100(130keV/100mA/13kW)低能自屏蔽電子束設備，用于布料輻照改性處理；4、EB200/100(200keV/100mA/20kW)低能自屏蔽電子束設備，用于薄膜改性；5、EB150/20(150keV/20mA/3kW)低能自屏蔽電子束設備，用于粉料滅菌；6、EB130/150(130keV/150mA/19.5kW)低能自屏蔽電子束設備，用于金屬、木質和紙張的涂層固化；7、EB500/150一拖二項目研究,應用于發(fā)泡材料等雙面輻照；

個人簡介目錄前言國內外現(xiàn)狀和技術發(fā)展趨勢技術原理項目解決的關鍵技術和技術的創(chuàng)新點半鋼子午線輪胎設備介紹適用標準項目查新、環(huán)境評價EB是“ElectronBeam”的簡稱，即：電子束設備，國內行業(yè)習慣稱“電子加速器”，所以EB預硫化也被稱為電子束預硫化。EB預硫化技術是利用電子束對輪胎部件材料輻照交聯(lián)，具有提升品質、提高生產效率和節(jié)約成本等優(yōu)勢。

前言2012年武漢久瑞電氣有限公司與山東金宇實業(yè)股份有限公司，針對半鋼子午線輪胎的EB預硫化技術展開聯(lián)合研發(fā)工作。久瑞電氣利用自屏蔽電子束輻照設備的優(yōu)勢，結合金宇半鋼子午線輪胎技術研發(fā)和先進的生產技術，使得該項目的進展非常順利，經過各項試驗、生產測試，項目的各項技術指標均達到了設計目標，并完成交付驗收。前言國內外現(xiàn)狀和技術發(fā)展趨勢國內外產品應用國外研究始于20世紀50年代末；到20世紀70年代，在世界著名輪胎公司開始應用；20世紀80～90年代，在歐美輪胎生產企業(yè)開始大量應用；現(xiàn)在韓國、日本、菲律賓、印尼等國家的輪胎生產企業(yè)也采用了輪胎輻射預硫化技術；據(jù)了解，國外95%的轎車子午胎采用該項技術。電子束預硫化目前已是在國外輪胎制造工業(yè)中不可缺少的工藝；

橡膠工業(yè)協(xié)會輪胎分會在2006年橡膠工業(yè)信息發(fā)布會中開始推廣輪胎輻射預硫化技術。前期在國內輪胎企業(yè)中僅局限于部分外資及臺資企業(yè)使用該技術，我國本土企業(yè)則受到技術封鎖、設備昂貴、以及技術服務等原因限制，電子束預硫化技術推廣緩慢。

目前，在武漢久瑞電氣與玲瓏、金宇和恒宇合作情況下，使得電子束預硫化在國內輪胎應用得到快速發(fā)展。國內外產品應用

國內基本情況技術原理電子加速器預硫化技術原理

電子加速器預硫化技術是一種現(xiàn)代先進的輪胎生產工藝，通過電子束對簾子布等輪胎橡膠部件進行輻射預處理（預交聯(lián)），有效改善橡膠的性能，使其機械強度明顯提高，在成型、硫化過程中膠料的受力均勻、膨脹一致，在后續(xù)處理工藝中保持輪胎部件穩(wěn)定的形狀和尺寸。電子加速器及束下裝置示意圖電子加速器及束下裝置示意圖技術原理

橡膠電子束輻射預硫化技術是通過電子加速器產生的高能電子在橡膠基體中激活橡膠分子，產生自由基（橡膠大分子），使橡膠大分子交聯(lián)形成三維網狀結構，即發(fā)生交聯(lián)反應。輻射硫化可不加熱和無硫化劑時硫化（常溫常壓下進行），它與普通硫化方法的主要區(qū)別在于，當用普通硫化方法硫化時碳原子和經硫化物連接在一起，而用輻射硫化時碳原子之間直接生成鍵（碳橋）。輻照原理電子束預硫化示意圖在半鋼輪胎制造過程中，EB輻照主要針對胎體簾布層實現(xiàn)交聯(lián)反應。而在全鋼產品中，主要是針對過渡層的應用。工藝應用流程圖生膠煉膠部件成型部件裝配輪胎整體熱硫化生膠煉膠部件成型部件電子束預硫化部件裝配輪胎整體熱硫化傳統(tǒng)生產流程EB預硫化生產流程預硫化優(yōu)勢>

半鋼胎體簾布電子束輻射預硫化：提高合成橡膠強度，減少天然膠用量，防止和過渡層的互相滲透，耐久性能提升。降低胎體厚度，節(jié)約成本。由于預硫化的效果，可以縮短硫化時間5%至8%。>

全鋼過渡層電子束輻射預硫化：

減少天然橡膠使用量。

防止纖維移位，提高尺寸精度，提高成品率。

減薄過渡層的厚度，節(jié)約成本（可減薄26%）。

由于預硫化的效果，可以縮短硫化時間5%至8%。以全鋼胎過渡層減薄為例，按年產100萬條/年全鋼胎的輪胎生產線簡單計算：

>年節(jié)約成本：

過渡層減?。?.8mm減至2.8mm，即平均每條胎節(jié)省橡膠用料1千克；

1千克/條×25元/千克=25元/條

25元/條×100萬條/年=2500萬元/年

>年新增運營成本

能耗：83kW×8000h×1.5元/kWh=99.6萬元/年。

>年新增經濟效益：

2500萬元/年–99.6萬元/年=2400.4萬元/年

因此，對于年產100萬條/年全鋼胎的輪胎生產線，采用輪胎輻射預硫化技術可帶來經濟效益2400.4萬元/年。

注：以2012年材料價格數(shù)據(jù)為基準進行的計算。

輪胎輻射預硫化技術的經濟效益項目解決的關鍵技術及創(chuàng)新點電子加速器的關鍵技術和創(chuàng)新

久瑞公司生產的低能自屏蔽電子加速器作為嵌入式輪胎預硫化加工的專用設備，要求設備體積小，自己具有輻射防護功能，并且長時間穩(wěn)定的工作。本項目的重要技術包括X射線自屏蔽技術、低能電子產生技術、低能電子引出技術、高壓電源技術等。以上幾個技術作為整套低能自屏蔽電子束輻射裝置的組成單元，在項目研制中同時進行，并最終聯(lián)機調試。

電子加速器的關鍵技術和創(chuàng)新電子束設備原理及結構圖項目的關鍵技術關鍵技術一：射線自屏蔽技術由于設備產生的電子能量不高，其產生的韌致輻射X射線的能量也不高，防護材料不需要太厚，就能完全屏蔽。主防護材料采用鉛、鋼板制作，減小體積，內部采用轉折縫隙結構阻擋射線的泄漏，滿足被照射物品的自由進出的要求，實現(xiàn)連續(xù)生產。

技術難點：屏蔽射線并不難，難點在于滿足使用和射線防護要求的前提下，最大限度地減小體積和減輕重量，方便安裝、維修。項目的關鍵技術

關鍵技術二：低能電子產生技術采用LaB6陰極，石墨加熱，工作在溫度控制狀態(tài)。擬采用Pierce二極槍結構，陽極工作電壓10～20kV，陰極加熱功率50～100W。需要開展電子光學模擬設計、陰極和陽極的結構設計和相應的試驗研究，設計掃描偏轉磁場，研制電子均勻性測試裝置。

技術難點：在500-1550mm長度上形成均勻的帶狀電子束，不均勻度<±5%。

項目的關鍵技術

關鍵技術三：低能電子引出技術引出窗材料：Ti薄膜，厚度30um。窗冷卻方式：高速空氣，流速50～100m/s電子流密度:100uA/cm2主要開展窗膜的機械應力分析，特別是在受熱狀況下的應力分析和材料性質分析；研究電子穿透窗膜時的能量沉積，以及由此產生的熱效應和溫度分布；分析研究測試高速氣流與窗膜之間的傳熱關系，尋求最佳冷卻結構和氣場分布。

技術難點：

窗材料的冷卻結構設計，直接影響其使用壽命。

項目的關鍵技術關鍵技術四：高壓電源技術由于我們所研制的設備是在工業(yè)領域使用的，運行成本必須重點考慮，因此準備采用節(jié)能型高壓發(fā)生裝置，能量轉換效率90％以上，有效降低設備的運行能耗，提高產品競爭力。擬采用有鐵芯或是無鐵芯結構的整流變壓器作為高壓電源的核心技術路線。主要研究磁耦合機理，高壓絕緣結構設計，同時開展相關的實驗研究、驗證工作，提高電源整機的可靠性。

技術難點：

由于涉及到跨介質高壓引出、引入結構研制，所以高壓電源與電子發(fā)射裝置之間的高壓連接技術成為難點。與國外產品比較目前國內外市場中，主要以日本企業(yè)的設備為主，與之相比較，久瑞電子加速器具有如下優(yōu)勢：在金宇半鋼項目中，使用了在線輻照方式，通過工業(yè)以太網通訊，實現(xiàn)了壓延線與電子束輻照設備的聯(lián)動。在試運行期間，通過對不同配方的胎體簾布層輻照，取得了一系列的數(shù)據(jù)，為更深入研究和生產奠定了基礎。

數(shù)據(jù)顯示，經過輻照后的材料性能發(fā)生了改變，有利于實現(xiàn)簾布層的減薄和其他工藝的優(yōu)化。（詳見用戶報告）

與國外產品比較半鋼子午線輪胎設備介紹半鋼簾布層預硫化專用EB設備技術指標

電子束能量500keV電子束流

0～150mA可調（單臺）電子束功率75kW能量不穩(wěn)定度≤±2%（電壓上升或下降時除外）束流不穩(wěn)定度≤

±2%掃描不均勻度≤

±5%有效輻照寬度1550mm絕緣氣體SF6,壓力0.6～0.8MPa輻射防護自屏蔽，設備表面處劑量符合國家標準輻照方式單面輻照安裝方式立式工作方式24小時連續(xù)接口信號采用4～20mA/0～5V，工業(yè)以太網、現(xiàn)場總線等與生產線聯(lián)動，確保輻照劑量均勻。安全連鎖系統(tǒng)各種關鍵聯(lián)鎖裝置都能瞬間切斷設備高壓，確保人員和設備安全。半鋼簾布層預硫化專用EB設備共用工程條件序號項目技術要求備注1供電三相四線，AC380V，50Hz。總功率115kW，考慮到安全余量取150kW的容量較為合適。0.5Ω的接地裝置2循環(huán)冷卻水10t/h，水入口水溫＜32度，入口壓力0.4～0.6MPa。軟水或去離子水，防止管道結垢。3排風排除臭氧,風量＞3600m3/h，風壓＞4000Pa?！禛B18066－2000居住區(qū)大氣中臭氧衛(wèi)生標準》4輪胎部件位置精度設備入口處，預硫化部件位置偏差≤±10mm。半鋼簾布層預硫化專用EB設備部件及重量序號設備名稱設備用途重量1加速器主體高能電子束產生62000kg2控制柜加速器系統(tǒng)運行監(jiān)測和控制150kg3配電柜加速器及輔助設備供電150kg4壓力容器高壓電源及存儲SF6氣體9000kg5SF6氣體處理機組注入和回收SF6氣體400kg6調壓器為高壓電源供電1000kg半鋼簾布層預硫化電子束設備三視圖正視及尺寸半鋼簾布層預硫化電子束設備三視圖俯視及尺寸半鋼簾布層預硫化專用電子束設備結構圖解預硫化專用電子束設備半鋼子午線輪胎的各項測試數(shù)據(jù)具體內容由用戶報告中詳細介紹全鋼內襯層膠料電子束預硫化前后的材料性能的變化內襯層片材輻照劑量與表面溫升的關系輻照前后溫差平均值(°C)全鋼內襯層膠料電子束預硫化前后的材料性能的變化內襯層片材30kGy輻照前后表面溫度（℃）的變化30kGy輻照后溫度全鋼內襯層膠料電子束預硫化前后的材料性能的變化內襯層片材40kGy輻照前后表面溫度（℃）的變化40kGy輻照后溫度(℃）變化全鋼內襯層膠料電子束預硫化前后的材料性能的變化內襯層片材50kGy輻照前后表面溫度（℃）的變化50kGy輻照后溫度全鋼內襯層膠料電子束預硫化前后的材料性能的變化60kGy輻照前溫度（℃）內襯層片材60kGy輻照前后表面溫度（℃）的變化60kGy輻照后溫度全鋼內襯層膠料電子束預硫化前后的材料性能的變化輻照劑量與扯斷強度的變化趨勢全鋼內襯層膠料電子束預硫化前后的材料性能的變化輻照劑量與定伸應力的變化趨勢全鋼內襯層膠料電子束預硫化前后的材料性能的變化輻照劑量與門尼的變化趨勢全鋼內襯層膠料電子束預硫化前后的材料性能的變化輻照劑量與硫化特性的變化趨勢全鋼內襯層膠料電子束預硫化前后的材料性能的變化輻照劑量與硬度的變化趨勢全鋼內襯層膠料電子束預硫化前后的材料性能的變化1、膠簾布樣件：掛膠簾布和簾布膠各一卷，厚度1.10mm。2、膠料硫化特性和簾線H抽出力測試：

半鋼子午線輪胎胎體簾布EB預硫化性能測試TS5TS35半鋼子午線輪胎胎體簾布EB預硫化性能測試簾線在輻照劑量80kGy簾線性能測定簾線品種尼龍1400D/3聚酯1440dtex/3聚酯2200dtex/2檢驗項目輻射前輻射后輻射前輻射后輻射前輻射后扯斷強力/（N/根）322293326325282279100N定負荷伸長率/％10.110.59.710.0-------88.20N定負荷伸長率/％----------------5.35.3斷裂強力不均率/％1.992.21.82.10.820.76斷裂伸長不均率/％6.15.510.49.25.75.18斷裂伸長率/％24.023.026.026.020.019.0半鋼子午線輪胎胎體簾布EB預硫化性能測試覆膠簾布老化前后H抽出的變化半鋼子午線輪胎胎體簾布EB預硫化性能測試KN/m覆膠簾布老化前后剝離力的變化半鋼子午線輪胎胎體簾布EB預硫化性能測試適用標準適用標準該項目在設計使用過程中，各項參數(shù)性能需經過檢驗，檢驗標準按以下標準執(zhí)行：GBT521-2012輪胎外緣尺寸測量方法GBT4502-2009轎車輪胎性能室內試驗方法GBT4503-2006轎車輪胎強度試驗方法GBT4504-1998轎車無內胎輪胎脫圈阻力試驗方法GBT7034-1998轎車輪胎高速性能試驗方法轉鼓法GBT7035-1993輕型載重汽車輪胎高速性能試驗方法GB-T18505-2001動平衡檢測適用標準《全國輻照環(huán)境監(jiān)測與監(jiān)察機構建設標準》《GB18871-2002電離輻照防護與輻照源安全基本標準》《GB18066－2000居住區(qū)大氣中臭氧衛(wèi)生標準》《職業(yè)病防護設施與職業(yè)病防護用品管理辦法》《職業(yè)健康監(jiān)護管理辦法》《放射性同位素與射線裝置安全和防護條例》《GB18024.27－2000公共場所空氣中臭氧測量方法》《放射性同位素與射線裝置安全許可管理辦法》《TSGR0003-2007簡單壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》《GB/T25306-2010

輻照加工用電子加速器工程通用規(guī)范》適用標準GBZ128

職業(yè)性外照射個人監(jiān)測規(guī)范GB4792放射衛(wèi)生防護基本標準GB18871-2002《電離輻照防護與輻照源安全基本標準》GB51