半鋼鋼絲圈敷膠質(zhì)量優(yōu)化

鄭 濤, 李民軍

（山東豐源輪胎制造股份有限公司, 山東 棗莊 277300）

半鋼鋼絲圈敷膠質(zhì)量優(yōu)化

鄭 濤, 李民軍

（山東豐源輪胎制造股份有限公司, 山東 棗莊 277300）

通過對半鋼鋼絲圈敷膠質(zhì)量的優(yōu)化，解決了半部件胎圈貼合掉膠的質(zhì)量缺陷，提升了半成品——鋼絲圈、胎圈的合格率，節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時避免了因鋼絲覆膠不佳造成散圈等病象產(chǎn)生的二次返工，減輕了操作工的勞動量，成品輪胎的圈口部位質(zhì)量得到提升，成品輪胎的耐久性能得到提升，質(zhì)量得到保證，提高了成品輪胎的市場競爭力。

鋼絲圈；敷膠；預硫化；不溶性硫磺；機頭壓力

0 前 言

從國內(nèi)大型輪胎生產(chǎn)企業(yè)的測試數(shù)據(jù)可知,現(xiàn)行半鋼鋼絲圈敷膠質(zhì)量較差, 易出現(xiàn)鋼絲圈敷膠后漏銅等現(xiàn)象, 成品輪胎圈口部位存在一定程度的質(zhì)量隱患。因此, 如何優(yōu)化提升半鋼鋼絲圈的敷膠質(zhì)量, 進而保證胎圈貼合質(zhì)量、優(yōu)化成品輪胎性能, 是輪胎生產(chǎn)企業(yè)亟待解決的問題。

目前國內(nèi)半鋼輪胎大型企業(yè)的鋼絲圈-胎圈生產(chǎn)工藝為：胎圈鋼絲導開、敷膠、纏繞、停放（覆膠質(zhì)量不好，返工扒圈）、三角膠貼合胎圈。

從以上生產(chǎn)工藝可知，鋼絲圈敷膠、纏繞兩個工序如因敷膠質(zhì)量差、鋼絲圈敷膠后漏銅會造成大量扒圈返工，增加操作員工的勞動強度。即，現(xiàn)有工藝存在可優(yōu)化空間。本工作通過優(yōu)化鋼絲圈敷膠膠料配方及鋼絲圈敷膠生產(chǎn)工藝，對鋼絲圈現(xiàn)行生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化設計。

1 現(xiàn)狀及問題分析

采用的鋼絲圈生產(chǎn)設備為六工位單線鋼絲圈纏繞機，天津太倉公司產(chǎn)品。所用敷膠擠出機為90螺桿擠出機，該設備在實際生產(chǎn)中存在以下問題：

（1）溫控執(zhí)行標準上限為機頭85 ℃、螺桿80 ℃、喂料80 ℃，敷膠后鋼絲圈表面膠料發(fā)黏，容易拉絲，易出現(xiàn)掉膠、漏鋼絲現(xiàn)象。

（2）溫控執(zhí)行標準下限為機頭70 ℃、螺桿65 ℃、喂料65 ℃，易出現(xiàn)表面不平整的現(xiàn)象。

原有鋼絲圈敷膠質(zhì)量詳見圖1。

2 膠料配方調(diào)整

敷膠機理分析：

輪胎用胎圈為鍍黃銅層的鋼絲，表面含銅、鋅等十幾種元素。銅與鋅最佳比為7:3。銅與鋅的含量隨著深度的變化而變化，越往深處銅含量越高，最后接近銅的平均含量。表面上的鋅以氧化鋅形態(tài)存在。硫化時，膠料中的硫與鍍層表面的氧化鋅和氧化銅反應，分別生成ZnS和CuxS。前者在金屬-硫化物界面處，后者在橡膠-硫化物界面處。隨著硫化的繼續(xù)進行，CuxS進一步增長，而ZnS起保護作用，抑制過多CuxS生成。銅絲表面的硫為活性原子，與橡膠交聯(lián)鍵上的硫產(chǎn)生物理結(jié)合，使橡膠與黃銅粘合[1]。

圖1 優(yōu)化前鋼絲圈敷膠效果圖

膠料的硫化過程正常分為四個階段，分別為：硫化誘導、預硫化、正硫化、過硫四個階段。硫化誘導期的長短除與生膠本身性質(zhì)有關，主要取決于所用助劑,如用遲延性促進劑則可以得到較長的焦燒時間,且有較高的加工安全性。

硫化誘導期之后便是以一定速度進行交聯(lián)的預硫化階段。預硫化期膠料產(chǎn)生交聯(lián),還由于熱及其他因素的作用產(chǎn)生分子鏈的斷裂。

鋼絲圈膠料初始配方為（單位：份）：天然橡膠（NR） 20.0，丁苯橡膠（SBR） 85.0，炭黑N550 85.0，油20.0，防老劑4020 1.5，硬脂酸（SA） 1.0，ZnO 4.0，C54.5，促進劑NS 1.0，S 3.0，醛酚樹脂SL-3005 9.0，促進劑CZ 1.0，促進劑H 1.5。

經(jīng)過對配方的深入研究，對鋼絲圈膠料配方進行了5次逐步調(diào)整（見表1），通過對配方變更過程中膠料的檢測數(shù)據(jù)的分析（見表2），把握了配方的整體變更方向——主要提升了不溶性硫磺及硫磺的添加量。

3 結(jié)果與討論

3.1 配方調(diào)整

胎圈膠料配方中主要針對以下幾種小藥及配合劑進行調(diào)整，其中調(diào)整最大的為不溶性硫磺的添加量。

表1 膠料配方變更詳表

表2 膠料相關檢測數(shù)據(jù)

（1）在硫化工藝中，亞甲基給予體化合物產(chǎn)生的甲醛與間苯二酚反應，原位形成間苯二酚-甲醛（RF）網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)[2]，此RF網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的形成改善了硫化橡膠的物理、力學和粘合性能。配方調(diào)整中，取消C5樹脂，改為增加SL-3005樹脂的添加量。SL-3005樹脂是一種改性的非自固化酚醛樹脂，是間-甲-白粘合體系中的亞甲基接受體粘合劑，為間苯二酚單體的替代品。通過與亞甲基給予體反應產(chǎn)生的粘合作用，增加橡膠與骨架材料的粘合。由此達到增強胎圈鋼絲與膠料粘合的效果、提升鋼絲圈敷膠質(zhì)量的目的。

（2）降低油的添加量，提升了膠料的硬度。由表2可見，門尼黏度數(shù)值變小了，流變中的MH數(shù)值變大了，促進膠料敷膠時達到類似預硫化的效果。

（3）N550的添加量的增加提升了膠料的補強性能，提高了膠料的硬度，也促進了膠料敷膠時達到類似預硫化的效果。

（4）IS7020不溶性硫磺的添加則有以下兩方面優(yōu)點：

1） 不溶性硫磺的添加縮短了硫化的時間。當達到硫化溫度后，它具有一個“活化階段”，即鏈式解聚作用，使硫化速度加快，有利于制品老化性能的改善，保證膠料擠出后與預熱后的胎圈鋼絲在敷膠時達到類似預硫化的效果，提升了鋼絲圈敷膠的質(zhì)量，使敷膠質(zhì)量達到最優(yōu)。

2） 不溶性硫磺在橡膠中以分散狀態(tài)存在，使得膠料不噴霜，具有良好的黏性；不溶性硫磺在膠料中均勻分散，有效地抵制了硫磺的聚集，減少膠料存放過程的焦燒傾向。

（5）促進劑NS使硫化速度加快，硫化膠模量提高。NS添加量的提升主要是為了配合IS7020不溶性硫磺的添加,達到提升本配方膠料的硫化時間、保證膠料擠出后與預熱后的胎圈鋼絲在敷膠時達到類似預硫化效果的目的。

3.2 其他配合優(yōu)化

通過對膠料配方的優(yōu)化變更，制定了最優(yōu)配方MA05W。配合鋼絲預加熱裝置（詳見圖2），保證膠料擠出后與預熱后的胎圈鋼絲在敷膠時達到類似預硫化的效果，提升了鋼絲圈敷膠的質(zhì)量（詳見圖3）。

通過對鋼絲預熱裝置的跟蹤發(fā)現(xiàn)：電加熱溫控設定值為85 ℃，表顯值為80～95 ℃，實測加熱箱內(nèi)溫度為80～85 ℃，即快速通過加熱箱（1.2 m）的鋼絲敷膠前表面溫度為80～85 ℃，此時敷膠效果最好。敷膠時達到類似預硫化的效果，有利于鋼絲圈敷膠質(zhì)量的提升。

圖2 電加熱鋼絲預熱裝置

圖3 最優(yōu)鋼絲圈敷膠效果圖

將90螺桿擠出機機頭壓力由12MPa逐步調(diào)整至19MPa,通過增大機頭壓力提升胎圈鋼絲與膠料的覆膠緊密性及覆膠后的表面質(zhì)量。

4 結(jié) 語

通過對半鋼鋼絲圈生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，鋼絲圈敷膠質(zhì)量得到提升，解決了半部件胎圈貼合掉膠、漏銅的質(zhì)量缺陷，提升了半成品——鋼絲圈、胎圈的合格率。

[1] 陳琪.天然橡膠與鍍銅鋼絲粘合性能及其機理的研究[D]. 青島:青島科技大學, 2012.

[2] 王峰, 李元杰, 張方志, 等. 間苯二酚甲醛樹脂粘合劑的制備及其在橡膠工業(yè)中的應用[J]. 山東科學, 2012, 25(5):83-86.

[責任編輯：朱 胤]

TQ 336.1

B

1671-8232(2015)10-0030-03

2015-06-18

鄭濤（1982— ），男，山東棗莊人，工程師，主要從事輪胎現(xiàn)場工藝研究和管理工作。