رحیم رحمانی

کارشناس ارشد فناوری و آموزش صنعت تایر

در فرایند پخت تایر سلسله تغییراتی بوقوع می پیوندند تا تایر خام ساخته شده در قالب مربوطه به شکل نهایی خود درآمده و تمامی اجزاء آن بصورت برگشت ناپذیری در همان حالت تثبیت شوند. برای پخت مطلوب آمیزه های لاستیکی به ۳ عامل انرژی فشار و زمان نیاز است. بدون صرف انرژی پختی در کار نیست بدون اعمال فشار لاستیک پخت می شود ولی پر از تخلخل خواهد بود و البته خصوصیات فیزیکی ضعیفی خواهد داشت. بدیهی است متناسب با سرعت پخت آمیزه در درجه حرارت انتخاب شده، زمان مناسبی را هم باید برای پخت در نظر گرفت نقش هر کدام از عوامل مؤثر برای پیش بردن فرایند پخت به شرح ذیل می باشند.

تثبیت ابعاد تایر

• در این مرحله تحت فشار بخار شکل دهی حداقل در دو مرحله از ارتفاع تایر خام کم شده و قطر آن به حداکثر مقدار خود رسیده و با تکمیل اینکار پرس بسته می شود.
• با بسته شدن پرس، بلافاصله بخار اصلی داخلی مطابق تنظیمات انجام شده قبلی وارد بلادر شده و با آزاد کردن انرژی حرارتی خود و انتقال گرما از سمت بلادر از یک طرف و نیز انتقال انرژی حرارتی آزاد شده از سمت قالب پخت آمیزه های لاستیکی بکار رفته در تاپر شروع می شود.
• در تمام مدت پخت با اعمال فشار داخلی بلادر تایر کاملاً به قالب فشرده می شود. در تمام مدتی که تایر در قالب قرار دارد این فشار حفظ می شود تا تمام اجزاء در محل خود مانده و بهم متصل گردند.
• با پایان مراحل پخت تمام محتویات داخل بلادر تخلیه شده و سپس پرس باز می شود.
• در پخت تایر عملاً تغییر فیزیکی و یا شیمیایی در مورد سیم یا الیاف بکار رفته در تایی بوجود نمی آید ولی در مورد آمیزه های لاستیکی تغییرات شیمیائی مهمی بوقوع می پیوندد که طی آن با قرار گرفتن اتمهای گوگرد در بین بخشی از پیوندهای دوگانه زنجیرهای مجاور پلیمر شبکه دو بعدی آنها به شبکه ای سه بعدی غیر قابل برگشتی تبدیل شده و با توجه به خواص شگرف آمیزه پخت شده، اجزاء بکار رفته در جای خود تثبیت و امکان استفاده از تایر بعنوان سازه ای کاملاً دینامیک فراهم می شود.

نقش گرما

ه واکنشهای اولیه پخت لاستیک در ابتدا به شدت گرماگیر بوده و به همین دلیل لازم است در آغاز کار انرژی زیادی برای شروع واکنش صرف شود. به همین دلیل در پخت تایر در روش تمام بخار غالباً این فرایند با فشار بخار حدود ۱۷ بار و در تایرهای باری با فشار بخار داخلی حدود ۱۰ تا ۱۲ بار شروع می شود.

برای پخت آمیزه های بکار رفته در تایر به انرژی حرارتی زیادی نیاز خواهد بود. حدود انرژی حرارتی مورد نیاز در طراحی جداول محاسباتی برخی از صاحبان فناوری معادل kcal/Mole ۲۲۰۰۰ بعنوان انرژی فعال سازی پخت در نظر گرفته می شود. حد مطلوب بخار مصرفی برای پخت یک کیلوگرم تایر در حد ۴ کیلوگرم است. با احتساب متوسط فشار بخار داخلی (سمت بلادر و فشار بخار خارجی (سمت (قالب) درحد ۱۴ بار برای پخت تایرهای سبک ۲ کیلوگرم بخار با انرژی گرمانی در حد ۷۸۲۰ کیلوژول معادل ۱۸۷۲ کیلوکالری آزاد می کند که مقدار قابل توجهی است.

• با شروع و ادامه پخت این روند گرماگیری واکنشها کاهش یافته و در اواخر فرایند پخت واکنش ها گرمازا میشوند. در این زمان نیازی به افزایش درجه حرارت نبوده و لازم است از اواسط سیکل پخت از فشار بخار در سیستم پخت تمام بخار کاسته شود و یا در سیستم پخت بخار آب گرم شیر ورودی بخار بسته شده و شیر آب گرم باز شود. با اینکار درجه حرارت پشت بلادر و به تبع آن درجه حرارت اجزاء در حال پخت داخل تایر صرفاً ابقاء می شوند.
• برای پخت قطعات لاستیکی انرژی گرمانی را میتوان با هر کدام از حامل های انرژی مثل بخار، آب گرم روغن داغ، المنتهای برقی عبور قطعه از نمک مذاب… تأمین و یا حتی از اشعه ماورای بنفش و یا از امواج ماکروویو استفاده نمود. برای پخت تایر از برخی از این حامل های انرژی مانند بخار و یا آب گرم فشرده با درجه حرارت حدود ۱۸۰۰ درجه سانتی گراد و عبور دادن آنها از بلادر و یا پلاتن پرس می توان استفاده کرد ولی در انتخاب این حاملها باید به فرق اساسی آنها از نظر ظرفیت انرژی در حال حمل آنها توجه شود.
• باید به این نکته توجه شود که ماهیت درجه حرارت و انرژی گرمایی متفاوت بوده تعريف آنها فرق دارد و واحد اندازه گیری آنها نیز با هم متفاوت می باشد. صرف داشتن درجه حرارت بالائی مثلاً در قالب پخت به مفهوم تأمین انرژی (کالری های) مورد نیاز پخت نخواهد بود.
• بخار اشباع بیشترین ظرفیت حمل انرژی گرمائی را نسبت به سایر حامل ها دارد. این ظرفیت بالای حمل انرژی بخار اشباع مربوط به گرمای نهان تبخیر (Latent Heat) داده شده به آب در دیگ بخار است یعنی انرژی صرف شده برای آنکه آب از فاز مایع در فشار کاری دیگ به حالت بخار تبدیل شود. در محل مصرف، مثلاً در داخل بلادر، بخار این گرما را به محیط پس داده و خود به فاز مایع تبدیل می شود (کندانس می شود).
• مقدار گرمای نهان تبخیر پس داده شده توسط بخار فوق العاده زیاد است. مثلاً در فشار بخار ۱۵ بار، مقدار این انرژی گرمائی ۱۹۴۷ کیلو ژول به ازای هر کیلوگرم از بخار است.
• بخار ۱۵ بار دارای آنتالپی ۲۷۹۲ کیلوژول بر کیلوگرم بوده و درجه حرارت آن در حالت بخار ۱۹۸٫۳ درجه سانتی گراد است. یک کیلوگرم از این بخار ۱۹۴۷ کیلوژول انرژی را به محیط می دهد و به کندانس تبدیل میشود که باز هم درجه حرارت آن ۱۹۸٫۳ درجه سانتی گراد است ولی آنتالپی آن فقط ۸۴۵ کیلو ژول بر کیلوگرم است.

اگر از این پس بخاری وارد بلادر نشود این آب گرم هم می توانند انرژی خود را به تدریج از دست بدهد. با از دست رفتن تدریجی درجه حرارت کندانس، در واقع آنتالپی آن نیز بسرعت کاهش پیدا میکند.

• با توجه به مراتب فوق بهترین حامل انرژی برای پخت لاستیک، بخار اشباع است. نکته قابل توجه اینکه مقدار گرمای نهان تبخیر تفاوت آنتالپی بخار با آنتالپی کندانس خودش با افزایش فشار بخار کاهش می یابد. همچنین بخار خشک آنتالپی کمتری نسبت به بخار اشباع دارد.
• برای نجات تایرهایی که در نیمه دوم و یا اواخر سیکل پخت با افت فشار بخار و در نتیجه افت درجه حرارت حاملهای انرژی مواجه میشوند، سازندگان پرس اقدام به پیش بینی اقدامات جبرانی برنامه ریزی شده ای با هدف جبران افت پخت در سیستم کنترلی پرس مینمایند از این امکان و گزینه می توان برای پیشگیری از ضایع شدن تایرهای سنگین کشاورزی و OTR با حداقل ریسک ممکن استفاده نمود.

نقش فشار در پخت لاستیک

همان طوری که ملاحظه شد آب گرم حتی ۱۹۰ درجه سانتی گراد، انرژی گرمایی چندانی برای پیش بردن واکنشهای پخت ندارد میتوان فقط از آب گرم و بدون حضور بخار در داخل بلادر برای پخت استفاده کرد ولی در این صورت سیکل پخت بسیار طولانی شده و نیز لازم میشود آب را بطور دائم بین بلادرها و تأسیسات گرم کننده آب گرم سیرکوله نمود که البته اینکار مشکلات فنی زیادی داشته و هزینه زیادی را هم ایجاد می نماید.

گاز ازت نیز حتی اگر پیش گرم شود کمکی به شروع و یا پیش بردن واکنشهای ولکانش نمی کنند. نقش هر دو این مواد صرفاً برای بالابردن فشار اعمال شده بر روی آمیزه های لاستیکی در حال پخت میباشد در این ارتباط ذکر نکات زیر ضرورت دارد.

• حداقل فشار مؤثر مورد نیاز برای پخت آمیزه لاستیکی با ضخامت حدود ۲ میلی متر فشار تعین شده برای پخت ورق تتسايل)، حدود Psi500 است. با افزایش ضخامت مقطع لاستیکی لازم است این حداقل فشار نیز بیشتر شود. این حداقل فشار برای آن است که هوای محبوس شده در لابلای آمیزه از محیط خارج و نیز رطوبت آمیزه کامپاند یا هر نوع مواد فراری که با افزایش درجه حرارت به گاز تبدیل می شوند مثل لوب کاتهای سبک نفتی همراه روغنهای فرایند از محیط خارج شوند و یا اینکه مجدداً بصورت ذرات ریز مایع در آمده و ایجاد حباب نکنند. اگر این حداقل فشار نباشد لاستیک پخت میشود ولی در اغلب مواقع تخلخل زیادی داشته و به همین علت خواص فیزیکی ضعیفی را خواهد داشت.
• در عمل با بزرگ تر شدن اندازه تایر و افزایش ضخامت مقاطع آن به فشار داخلی بیشتری نسبت به این حداقل برای پخت آنها نیاز خواهد بود.
• در تایرهای وانتی و بزرگتر که لایه های متعدد وجود دارد لازم است با اعمال فشار داخلی بیشتر تا حد ۲۵ بار به چسبندگی اجزاء متعدد کمک شود. این امر مخصوصاً برای ایجاد چسبندگی هر چه بیشتر بین آمیزه و سیم های فولادی بسیار مؤثر بوده و نیز موجب بهبود خواص آمیزه های پخت شده هم می شود.
• خمیر لاستیک و یا لاستیک در حال پخت عایق حرارتی است. با اعمال فشار بر روی قطعه میتوان به نفوذ حرارتی لاستیک کمک نمود. این امر در تایرهای باری و از آن مهم تر در تایرهای خاکی رو و کشاورزی که دارای آج ضخیمی هستند نهایت اهمیت را داشته و میتواند در کاهش زمان سیکل پخت مؤثر باشد.
• اعمال فشار بیشتر بر روی قطعه در حال پخت به افزایش دانسیته اتصالات عرضی و از این طریق به بهبود خصوصیات فیزیکی و مخصوصاً به افزایش مدلوس آمیزه پخت شده کمک می کند.

کنترل موارد ۳-۲ و نیز ۳-۵ بالا بصورت تجربی نیز در سالهای گذشته در چارچوب پروژه ای تحقیقاتی در واحد تحقیقات شرکت ایران تایر توسط یکی از همکاران انجام شد که نتایج عملی بدست آمده این موارد را تأیید می نمود. کارهای اجرائی این پروژه در یک دستگاه پرس آزمایشگاهی انجام شد که در آن هم تغییرات فشار مؤثر بر روی قطعه و هم تغییرات درجه حرارت قطعه در حال پخت قابل برنامه ریزی بود و در عمل نیز کار پخت مقطعی از تایر باری در این پرس شبیه سازی شده و بر روی برشهای قطعه پخت شده آزمایشات لازم انجام شد با سیم گذاری ترموکوپل موضوع ارتباط تغییرات درجه حرارت فشار و نفوذ حرارتی بررسی گردید. نتایج تجربی بصورت معنی داری موارد فوق الذکر را تائید می نمود.

• با توجه به مراتب فوق برای پخت تایر به فشارهای بالا نیاز است. میشود پس از طی مراحل ابتدایی پخت از آب گرم با فشار زیاد و یا از ازت فشرده استفاده کرد بدون آنکه نگران کمبود انرژی گرمائی این حاملها باشیم این حامل ها انرژی حرارتی چندانی برای کمک به پخت ندارند ولی میتوانند فشار داخل بلادر را افزایش دهند.
• از بخار نمی توان برای بالا بردن فشار داخل بلادر استفاده کرد در بخار اشباع دو پارامتر فشار و درجه حرارت از هم قابل تفکیک نیستند و به همین علت با زیاد شدن فشار بخار، درجه حرارت آن هم زیاد شده و به این ترتیب بالا بردن فشار بخار موجب بروز عواقبی مانند پخت سطحی شدید و یا پخت مازاد برخی نقاط تایر می شود.
• با بسته شدن پرس پخت لازم است از افت فشار داخل بلادر تحت هر شرایطی پیش گیری شود کاهش شدید فشار حتی در کسری از دقیقه مخصوصاً در نیمه اول سیکل پخت میتواند به پخت جدا از یکدیگر اجزاء منتهی و البته بالارفتن مجدد فشار این نقص را برطرف نخواهد نمود.
• بدلیل اهمیت حفظ فشار داخلی پرسها برخی از کارخانجات از سیستم No Break برای پیشگیری از خاموش شدن مشعل دیگهای بخار خود در زمان قطع برق شبکه استفاده میکنند. زیرا با وجود دیزل ژنراتور اضطراری و روشن شدن سریع آن، باز هم زمان نسبتاً زیادی در حد ۲۰ ثانیه برای روشن شدن مجدد مشعل ها لازم می شود. این زمان برای تخلیه گاز جمع شده از داخل لوله آتش خور دیگ توسط Fan مشعل است و در همین مدت افت فشار بخار داخلی حتمی خواهد بود.

زمان پخت

انتخاب مراحل ورود و خروج هر کدام از حامل های انرژی به داخل بلادر، به بدنه کانتینرها و یا به پلاتن پرس ها و در واقع نحوه طراحی اسپک پخت هر اندازه از تایر به عوامل زیادی بستگی دارد که توسط طراح و در چارچوب فناوری مورد استفاده در هر کارخانه انجام می شود، هر چند که اصول و مبانی زیر و با هدف دستیابی به پخت مطمئن همه اجزاء تایر از یک طرف و هرچه کوتاه تر کردن سیکل پخت تایر از طرف دیگر، در همه موارد مورد توجه بوده و رعایت می شوند.

• بدیهی است برای همه آمیزه ها زمان پخت مشترکی خواهیم داشت و به همین علت سرعت پخت آنها طوری پیش بینی میشود که همه آنها در هماهنگی کامل با یکدیگر در این زمان مشترک به پخت بهینه یا به تعبیر رایج در برخی از کارخانجات به Best Cure خود برسند. علی رغم همه تمهیدات پخت سطحی و یا اضافه برخی اجزاء اجتناب ناپذیر خواهد بود.
• با توجه به مطلب فوق طراحی اسپک پخت تایر امری جدا از طراحی سرعت پخت آمیزه های بکار رفته در آن نبوده و به همین علت در کارخانجات، فرایند پخت، تحت پوشش واحد آمیزه کاری قرار دارد.
• در طراحی اسپک پخت از پخت دلخواه مرکز اجزاء دورترین نقطه اجزاء نسبت به سطوح حرارتی در جانمایی مقطع بعنوان نقطه تعیین کننده باید مطمئن شد. دو نقطه مهم در تایرهای باری در Under Tread ناحیه شانه و نیز بین دو طوقه آنها خواهد بود. در تایرهای سواری نقاط مهم بالای طوقه زیر ایکس) و بعد از آن در زیر شانه تایر میباشند.
• میزان پختی که باید در پرس انجام شود کاملاً مرتبط با نظر تأمین کننده فناوری است ولی روش اندازه گیری این پخت در شرکتهای مختلف ممکن است شبیه باشد. در برخی از شرکت هایی که از فناوری آمریکائی استفاده میکنند با اندازه گیری درجه حرارت نقاط بحرانی در فواصل زمانی یک دقیقه ای سهمی از پخت آمیزه قرار گرفته در آن نقطه را در همان یک دقیقه نسبت به درجه حرارت مرجعی که منحنی رئومتر آن را در اختیار دارند، ثبت و در نهایت جمع این پخت های جزئی را در زمان کامل بسته بودن پرس و نیز در زمان قرارگیری بر روی سیستم PCI محاسبه و با محدوده های استخراج شده از منحنی پخت آمیزه در همان درجه حرارت مرجع فوق الذکر مقایسه می کنند. لازم به ذکر است سهم پخت جزئی در درجه حرارت خوانده شده برابر با درجه حرارت مرجع معادل ۱ در درجه حرارت های بیشتر از درجه حرارت مرجع، بیشتر از ۱ و در درجه حرارت های کمتر از مرجع کسری از یک میباشد.
• در روش مذکور در بند بالا نقاط بحرانی تا طی شدن ۱۹۰ زمان پخت کامل در منحنی رئومتر، باید تحت فشار داخلی بمانند و نیز اساس کار بر آنست که تمام نقاط تایر حتی پس از خروج از پرس و خنک شدن تا درجه حرارت ۱۰۰ درجه سانتی گراد به پخت خود ادامه و البته میزان این پخت های جزئی در فواصل یک دقیقه ای بیرون پرس نیز محاسبه و با محدوده مربوط به خود مقایسه هم می شوند.
• نقاط دور از سطوح حرارتی که پس از بسته شدن پرس با تأخیر زیاد گرم و پخت خود را شروع کرده بودند با باز شدن پرس کماکان به پخت خود ادامه داده و البته دیرتر از سایر نقاط خنک خواهند شد. حداقل پخت انجام شده این نقاط در زمان تخلیه فشار داخلی در اندازه های مختلف تایر می تواند متفاوت باشد.
• .در برخی کارخانجات بر اساس آثار تخلخل احتمالی در نقاط بحرانی، علاوه بر محدوده های محاسباتی که بر پایه فناوری خود در اختیار دارند در مورد پخت بهینه تایر قضاوت میکنند.

خنک سازی تایر

با توجه به ادامه پخت تایر پس از خروج از قالب لازم است خنک سازی آن تحت کنترل کامل انجام شود:

• اگر نخ بکار رفته در تایر آمادگی جمع شدن در حالت داغ را داشته باشد، تایر به سیستم خنک شدن تحت فشار PCI و (Post Cure Inflation)، نیاز دارد. تایر پس از خروج از قالب باید بلافاصله بین دو رینگ قرار گرفته و با ورود هوای فشرده در آن به همان شکل تحت فشار خنک شود تا از تغییر شکل آن در اثر جمع شدن منجید پیش گیری شود. یادآور میگردد جمع شدن نخ های بکار رفته در منجید باعث ایجاد تنش دائمی بین مجموعه منجید و رویه تایر میشود ساده ترین عواقب این نقیصه ایجاد ترکهایی در داخل شیارهای تایر موسوم به Groove Crack خواهد بود.
• در مورد تایرهای کشاورزی و با خاکی رو که معمولاً عمده خنک سازی آنها با گردش شدید آبسرد در داخل پرس انجام میشود و یا در مورد تایرهای تمام سیمی باری- اتوبوسی نیازی به فرایند PCI نیست.
• در مورد تایرهای سبک و سواری رادیال اگر از عدم جمع شدگی نخ های بکار رفته در منجید در اثر گرما اطمینان کافی وجود دارد مثلاً در صورت استفاده از نخ ریون یا استفاده از نخ پلی استر نوع HMLS در آنها نیازی به تحت فشار خنک کردن تایر نیست ولی لازم است مدتی در حدود دو سیکل پخت تایر در پشت پرس در حالت آزاد بماند تا خنک شود زیرا در اثر تحت فشار قرار گرفتن آن در مجاورت با سایر تایرها بر روی تسمه نقاله پشت پرس احتمال تخت شدگی قسمت هایی از ناحیه ترد که می تواند با جابجائی جزئی سیمهای بلت هم توام باشد وجود خواهد داشت. این اشکال در سرویس خود را بصورت ریپ چرخ نشان میدهد. حداقل آثار این تغییر شکل خراب شدن یونیفرمیتی تایر خواهد بود.
• بدلیل مشکل مذکور در بند ۳-۵ بالا اخیراً استفاده از سیستم PCI برای تایرهای رادیال سواری مخصوصاً برای تایرهای UHP و حتی HP توسط بسیاری از ارائه کنندگان فناوری برای پیشگیری از بهم خوردن یونیفرمیتی تایرها مطرح می شود.

در ازت و یا آب گرم؟

برای تایر در حال پخت تفاوتی ندارد که فشار وارد شده از طرف بلادر با کدام مکانیسم تأمین می شود انتخاب هر کدام از این دو شیوه بار فناوری زیادی نداشته و می توان این امر را به مسئولین واحد نگهداری و تعمیرات کارخانجات محول نمود. تفاوت های مهم این دو شیوه را می توان بشرح زیر دسته بندی نمود:

• دوام شیر آلات و لوله کشیهای پشت پرس در صورت استفاده از ازت بیشتر و کار تمیزتر است.
• در صورت وجود نشتی از لوله ها و اتصالات استفاده از ازت نسبت به آب گرم برتری دارد. تامین آب گرم نیاز به نصب مخزن تحت فشار از نوع Contact Heater و یا تعدادی مبدل حرارتی بزرگ از نوع Shell& Tube و در مواردی هر دو آنها دارد. البته به تعداد زیادی از پمپهای مناسب برای پمپاژ آب گرم حدود ۱۷۰ تا ۱۸۰ درجه سانتی گراد هم نیاز خواهد بود که هزینه زیادی برای تأمین و نگهداری آنها لازم است. اتلاف حرارتی در روش استفاده از آب گرم به مراتب بیشتر از روش استفاده از ازت خواهد بود.
• جدا سازی ازت از هوا کمپرس کردن و نگهداری آن در محل کارخانه نیاز به سرمایه گذاری نسبتاً زیادی دارد. احتمالاً سرمایه گذاری اولیه برای تأمین ازت کمی بیشتر از هزینه تأسیسات آب گرم است.
• در هر دو روش باید آثار اکسیژن حذف شود تا علاوه بر کاهش خطر زنگ زدگی اتصالات و لوله ها، از تخریب سطح داخلی بلادرها هم پیشگیری شود، بنابراین استفاده از آب هوازدایی شده برای ورودی سیستم آب گرم ضرورت دارد. در مورد ازت استفاده از فناوری بروز و مطمئنی مانند PSA برای تأمین ازت با خلوص بالای ۱۹۹٫۹۹۹ امکان پذیر است.
• در صورت محدود بودن تعداد پرسها میتوان اقدام به خرید ازت فشرده از منابع خارج از کارخانه نمود ولی تمهیداتی در مورد کنترل خلوص آن باید پیش بینی شود.
• با توجه به مراتب فوق به نظر میرسد هزینه های سرمایه گذاری ثابت و اولیه برای سیستم ازت بیشتر از روش آب گرم باشد ولی در مقابل هزینه های جاری آن کمتر از آب گرم خواهد بود.
• در صورتی که در هر روش بازیافت انرژی حاملها بخوبی انجام شود، مصرف انرژی با هر دو حامل یکسان خواهد بود.

منبع: کتاب گنجینه تایر