廢舊鋼絲錯(cuò)體再制造工程翻新輪胎工藝及補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理

王 強(qiáng)， 齊 英 杰

( 東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150040 )

廢舊鋼絲錯(cuò)體再制造工程翻新輪胎工藝及補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理

王 強(qiáng)， 齊 英 杰*

( 東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150040 )

為了提高工程翻新輪胎的承載及抗刺爆性能，利用廢舊子午線輪胎鋼絲作為補(bǔ)強(qiáng)體，采用鍍層法，通過廢舊鋼絲表面鍍銅-鍍鋅處理，設(shè)計(jì)了廢舊子午線輪胎鋼絲錯(cuò)體再制造工程翻新輪胎生產(chǎn)工藝，主要包括局部修復(fù)與補(bǔ)強(qiáng)工程子午線輪胎鋼絲簾線斷裂層工藝、舊胎體層與翻新胎面膠層之間補(bǔ)強(qiáng)一層子午線廢舊輪胎鋼絲簾布層工藝．分析了廢舊子午線輪胎鋼絲錯(cuò)體再制造工程翻新輪胎補(bǔ)強(qiáng)作用機(jī)理，有效實(shí)現(xiàn)了廢舊鋼絲與輪胎橡膠的黏合，并對(duì)錯(cuò)體再制造工程翻新輪胎技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析，采用模硫化法對(duì)26.5R25全鋼工程機(jī)械子午線舊輪胎進(jìn)行了錯(cuò)體再制造翻新生產(chǎn)．結(jié)果表明，廢舊鋼絲錯(cuò)體再制造工程翻新輪胎承載能力和抗刺爆能力大大增強(qiáng)，其使用壽命為同型號(hào)普通翻新輪胎的1.2倍，接近同型號(hào)新輪胎的使用壽命，綜合性能表現(xiàn)良好．

廢舊鋼絲；錯(cuò)體再制造；工程翻新輪胎；生產(chǎn)工藝；補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理

0 引 言

工程輪胎主要是指工程汽車和工程機(jī)械等方面使用的輪胎，簡(jiǎn)稱OTR(off the road)輪胎．目前，世界工程輪胎的年生產(chǎn)量估計(jì)為1 000萬條，約占輪胎總量的0.5%，如果按照銷售額計(jì)，約占全部輪胎銷售額的5.5%．工程輪胎的規(guī)格相對(duì)較大，一條輪胎質(zhì)量相當(dāng)于幾條載重輪胎或幾十條乘用輪胎質(zhì)量，其耗膠量已占到輪胎用膠總量的10%左右，附加價(jià)值比普通輪胎高出30%～50%，因此工程輪胎已成為當(dāng)今輪胎工業(yè)又一經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)．

工程輪胎用于露天礦及土方工程等方面，其中露天礦可以說是工程輪胎使用最集中、使用條件最苛刻的地方，要求工程輪胎具有抗刺扎、耐切割、耐磨損、生熱低等特點(diǎn)．一般情況下，一臺(tái)工程汽車或工程機(jī)械每年須更換輪胎5～6次，一條新的工程輪胎價(jià)格在幾千甚至幾萬元人民幣，因此，有效延長輪胎壽命或降低輪胎成本對(duì)工程車的經(jīng)濟(jì)性有直接影響[1-2]．輪胎翻新能夠最大限度地利用輪胎的使用價(jià)值，目前已成為國際公認(rèn)的節(jié)約橡膠原材料、解決廢舊輪胎黑色污染、有價(jià)值的資源再生利用方式．因此，如何有效使用工程翻新輪胎對(duì)于工程汽車用戶或者一個(gè)企業(yè)有著非常實(shí)際的意義．然而，我國工程輪胎翻新企業(yè)翻新出的工程輪胎質(zhì)量參差不齊，工程翻新輪胎在工作時(shí)經(jīng)常發(fā)生單胎壓爆、撞爆、刺爆等事故，使用壽命較短，頻繁更換輪胎導(dǎo)致運(yùn)輸企業(yè)工程翻新輪胎費(fèi)用開支增加[3-4]．為此，本研究將廢舊子午線輪胎鋼絲簾線與工程輪胎翻新相關(guān)聯(lián)，進(jìn)行廢舊子午線輪胎鋼絲錯(cuò)體再制造工程翻新輪胎生產(chǎn)工藝及補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理研究，實(shí)現(xiàn)工程翻新輪胎胎體的補(bǔ)強(qiáng)和局部損傷的修復(fù)，使部分工程輪胎胎體鋼絲簾線斷裂層再生，胎體鋼絲簾線受到損傷的工程輪胎能夠?qū)崿F(xiàn)翻新再利用而不至于直接報(bào)廢，同時(shí)解決廢舊子午線輪胎鋼絲的再利用，進(jìn)一步有效解決廢舊輪胎污染環(huán)境的問題．與此同時(shí)，在翻新胎面層與舊胎體層補(bǔ)強(qiáng)一層子午線輪胎廢舊鋼絲簾布層，增強(qiáng)工程翻新輪胎承載能力和抗刺爆能力．

1 廢舊子午線輪胎鋼絲錯(cuò)體再制造工程翻新輪胎生產(chǎn)工藝

將廢舊子午線輪胎鋼絲再利用到工程輪胎翻新中，實(shí)現(xiàn)其剩余使用價(jià)值，工程輪胎翻新后除了擁有自身的鋼絲簾布層外，還添加有其他報(bào)廢輪胎的鋼絲簾布層作為補(bǔ)強(qiáng)層，為此，本研究稱之為鋼絲錯(cuò)體再制造工藝，目前國內(nèi)外未見相關(guān)成果發(fā)表，其工藝技術(shù)關(guān)鍵為有效實(shí)現(xiàn)廢舊子午線輪胎鋼絲和胎體基體二者之間的黏合．鋼絲錯(cuò)體再制造技術(shù)工藝主要包括：(1)局部修復(fù)和補(bǔ)強(qiáng)工程子午線輪胎鋼絲簾線斷裂層，可有效解決胎體鋼絲簾布層損壞無法進(jìn)行翻新而被直接報(bào)廢的難題．其主要工藝為將損壞的鋼絲簾布斷裂層與舊胎體進(jìn)行剝離，清除掉損壞的斷裂層部分，并將損壞區(qū)域兩端的鋼絲層切割成與胎體橫斷面成60°夾角，對(duì)露出的胎體層部分進(jìn)行打磨處理，測(cè)量打磨部位的尺寸，并制作與之吻合的補(bǔ)強(qiáng)鋼絲簾布層．其局部補(bǔ)強(qiáng)示意圖如圖1所示，補(bǔ)強(qiáng)鋼絲簾布層與舊胎體鋼絲接頭部位用中間膠進(jìn)行黏合．(2)舊胎體層與翻新胎面膠層之間補(bǔ)強(qiáng)一層子午線廢舊輪胎鋼絲簾布層，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，鋼絲簾布層兩面分別貼有緩沖膠，鋼絲簾布層環(huán)繞胎體一周，并成45°夾角對(duì)接．廢舊子午線輪胎鋼絲錯(cuò)體再制造工程翻新輪胎生產(chǎn)技術(shù)工藝如圖3所示．為了保證翻新胎面膠、兩層緩沖膠、鋼絲簾布層及舊胎體層(可能存在局部補(bǔ)強(qiáng)部分)之間的黏結(jié)力，需要對(duì)鋼絲簾布層對(duì)接部位、翻新胎面層對(duì)接部位進(jìn)行打磨并刷漿，采用充氣壓力0.20 MPa的充氣式胎面壓合技術(shù)，保證鋼絲簾布接頭、胎面接頭平整及光滑．采用活絡(luò)模硫化機(jī)進(jìn)行硫化，硫化溫度為150 ℃，硫化壓力為0.5 MPa，硫化時(shí)間為2.5 h．

1 舊輪胎胎體； 2 鋼絲簾線斷裂層區(qū)； 3 舊胎體剩余鋼絲簾布層； 4 補(bǔ)強(qiáng)鋼絲簾布層

圖1 廢舊子午線輪胎鋼絲局部補(bǔ)強(qiáng)破損胎體鋼絲斷裂層示意圖

Fig.1 Diagram of local reinforcement of damage tire body fracture layer with waste radial tire steel wire

1 翻新胎面層； 2 緩沖層； 3 帶束層； 4 廢舊子午線鋼絲層； 5 胎體層； 6 胎側(cè)層； 7 趾口膠層； 8 鋼絲圈

圖2 廢舊子午線輪胎鋼絲錯(cuò)體再制造工程輪胎結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.2 Structure diagram of dislocation remanufactured retreated OTR tires with waste radial tire steel wire

圖3 廢舊子午線輪胎鋼絲錯(cuò)體再制造工程翻新輪胎工藝Fig.3 Process of dislocation remanufacture of retreated OTR tires with waste radial tire steel wire

2 廢舊子午線輪胎鋼絲錯(cuò)體再制造工程翻新輪胎補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理

廢舊子午線輪胎鋼絲簾布層兩面先與兩層很薄的緩沖層進(jìn)行黏合，然后再通過硫化作用分別與胎面膠和胎體膠進(jìn)行黏合．為了有效提高黏合強(qiáng)度，緩沖層橡膠在配方設(shè)計(jì)上與普通翻新輪胎緩沖膠有所不同，其配方設(shè)計(jì)如表1所示．配方中適當(dāng)增加白炭黑用量，有利于促進(jìn)橡膠與鋼絲二者之間的黏結(jié)．適當(dāng)增加增塑劑的用量，提高膠料的流動(dòng)性,有利于膠料滲透到鋼絲簾布層的縫隙之中，有效增強(qiáng)橡膠和鋼絲的黏合強(qiáng)度；適當(dāng)增加不溶性硫黃的用量，使橡膠分子鏈中雙鍵的反應(yīng)點(diǎn)大大增加,促進(jìn)碳碳鍵交聯(lián)鏈的形成,提高橡膠與鋼絲的黏合強(qiáng)度；選擇合適的NOBS促進(jìn)劑，增加硫化時(shí)的焦燒時(shí)間,加長硫化誘導(dǎo)期，加寬硫化曲線平坦范圍,增加硫化速度，有效促使橡膠、硫黃與鋼絲鍍銅層之間的硫化達(dá)到平衡[5-6]．硫化溫度為140 ℃，硫化時(shí)間為15 min，硬度為69度，抗拉強(qiáng)度為21 MPa，扯斷伸長率為504%，與胎面膠黏合強(qiáng)度為30 kN/m,與胎體層橡膠黏合強(qiáng)度為34 kN/m．

表1 緩沖層橡膠主要配方設(shè)計(jì)Tab.1 Main formula design of rubber buffer layer

為了有效提高橡膠與鋼絲簾線的黏合性能,對(duì)廢舊鋼絲表面采用鍍黃銅法進(jìn)行鍍層處理，即對(duì)廢舊子午線輪胎鋼絲表面進(jìn)行鍍銅-鍍鋅處理，鋼絲鍍層中銅與鋅含量比選擇為65∶35，在鋼絲表面形成銅-鋅兩層鍍層．鍍銅鋼絲簾線表面有一層氧化層，在鍍銅鋼絲被拉拔時(shí)，鋅離子擴(kuò)散到表面，兩層之間相互擴(kuò)散，在表面形成一層疊加氧化銅層的氧化鋅層，從而形成黃銅合金，稱之為鍍黃銅[7-8]，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示，其中Cu2O厚度為0.5 nm，CuO+ZnO厚度為10 nm，CuZn+ZnO厚度為50 nm．

圖4 鍍銅鋼絲簾線的表面結(jié)構(gòu)模型Fig.4 Surface structure model of copper plating steel cord

鋼絲錯(cuò)體再制造工程翻新輪胎橡膠補(bǔ)強(qiáng)作用機(jī)理結(jié)構(gòu)模型[9-11]如圖5所示，鍍黃銅鋼絲在硫化作用初期銅離子(Cu2+)、鋅離子(Zn2+)和自由電子(e)通過陽離子擴(kuò)散到銅絲表面形成硫化銅(CuS)層和硫化鋅(ZnS)層，因?yàn)閬嗐~離子(Cu+)比Zn2+的氧化電位高，Zn2+更容易與硫發(fā)生反應(yīng)生成ZnS，如果銅表面有氧化銅，ZnS層很快被生成的CuS層所覆蓋，CuS層對(duì)提高橡膠與鋼絲簾布層間的黏合性能十分有利．其厚度有一個(gè)最優(yōu)值，太厚容易從銅表面脫落，導(dǎo)致黏合力下降；太薄，不能充分地與橡膠材料相互滲透，同樣導(dǎo)致黏合力下降．在硫化作用下CuS層滲透到橡膠膠料中，并被橡膠膠料牢固捆綁，橡膠膠料與CuS層通過硫鍵結(jié)合在一起形成黏合層，其黏合層的結(jié)合力超過橡膠本身的結(jié)合力，經(jīng)測(cè)試，二者之間的黏合強(qiáng)度可達(dá)到41 kN/m．橡膠與硫黃的硫化反應(yīng)歷程為

橡膠與鋼絲黃銅鍍層的黏合反應(yīng)歷程為

圖5 鋼絲錯(cuò)體再制造工程翻新輪胎橡膠補(bǔ)強(qiáng)作用機(jī)理結(jié)構(gòu)模型(單位：mm)

Fig.5 Structure model of rubber reinforcing mechanism for dislocation remanufacture of retreated OTR tires (unit:mm)

3 結(jié) 語

廢舊子午線輪胎鋼絲錯(cuò)體再制造工程翻新輪胎技術(shù)不但可以解決環(huán)保問題，而且開辟了廢舊子午線輪胎利用的新途徑，可使舊輪胎的利用率從10%提高到20%以上，變廢為寶，而且能夠有效解決工程翻新輪胎胎體鋼絲簾線受損而無法再進(jìn)行翻新使用的技術(shù)難題．利用該廢舊子午線輪胎鋼絲錯(cuò)體再制造工程翻新輪胎生產(chǎn)工藝及補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理，采用模硫化法對(duì)26.5R25全鋼工程機(jī)械子午線舊輪胎進(jìn)行了翻新生產(chǎn)，所翻新工程輪胎經(jīng)物理機(jī)械性能檢測(cè)，其指標(biāo)符合工程機(jī)械翻新輪胎HG/T 3979—2007行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)．成品在露天礦區(qū)進(jìn)行抗刺爆測(cè)試，其刺爆率由40%(普通工程翻新輪胎)下降到20%(錯(cuò)體再制造工程翻新輪胎)，同時(shí)，用戶反饋信息也表明，廢舊子午線鋼絲錯(cuò)體再制造的26.5R25工程翻新輪胎抗刺扎、抗刺爆能力大大提高，整體表現(xiàn)良好，其使用壽命為12個(gè)月左右，而同型號(hào)的普通工程翻新輪胎使用壽命為10個(gè)月左右，同型號(hào)新工程輪胎的使用壽命一般為12個(gè)月左右，錯(cuò)體再制造工程翻新輪胎使用壽命為普通翻新輪胎的1.2倍，與同型號(hào)新輪胎的使用壽命基本持平，而總成本僅為新輪胎總成本的40%．

[1] 于清溪. 工程輪胎的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 橡塑技術(shù)與裝備, 2014, 40(1):5-19.

YU Qing-xi. Present situation and development of OTR tires [J]. China Rubber/Plastics Technology and Equipment, 2014, 40(1):5-19. (in Chinese)

[2]王崇南,余家波,李國林. 如何提高礦用工程輪胎使用壽命[J]. 企業(yè)科技與發(fā)展, 2014(3):14-16,24.

WANG Chong-nan, YU Jia-bo, LI Guo-lin. How to improve the mine project OTR tires using life [J]. Technology and Development of Enterprise, 2014(3):14-16, 24. (in Chinese)

[3]熊 偉. 全鋼載重子午線輪胎翻新的發(fā)展?fàn)顩r [J]. 輪胎工業(yè), 2012, 32(7):390-393.

XIONG Wei. Development situation of all steel radial truck tires renovation [J]. Tire Industry, 2012, 32(7):390-393. (in Chinese)

[4]楊得兵. 大型工程機(jī)械輪胎預(yù)硫化翻新[J]. 輪胎工業(yè), 2013, 33(6):323-325.

YANG De-bing. Prevulcanization retreating of large OTR tires [J]. Tire Industry, 2013, 33(6):323-325. (in Chinese)

[5]王進(jìn)文. 輪胎鋼絲簾線與橡膠粘合的最新進(jìn)展(一)[J]. 世界橡膠工業(yè), 2012, 39(8):42-47.

WANG Jin-wen. New progress of tire cords and rubber adhesive (one) [J]. World Rubber Industry, 2012, 39(8):42-47. (in Chinese)

[6]王進(jìn)文. 輪胎鋼絲簾線與橡膠粘合的最新進(jìn)展(二)[J]. 世界橡膠工業(yè), 2012, 39(9):26-31.

WANG Jin-wen. New progress of tire cords and rubber adhesive (two) [J]. World Rubber Industry, 2012, 39(9):26-31. (in Chinese)

[7]馬明強(qiáng),賈凌雁,李 琦,等. 硫黃與癸酸鈷對(duì)輪胎胎體橡膠/鋼絲粘合性能的影響[J]. 特種橡膠制品, 2013, 34(3):5-9.

MA Ming-qiang, JIA Ling-yan, LI Qi,etal. Sulfur and cobalt decanoate effect on tyre carcass rubber / steel bonding properties [J]. Special Purpose Rubber Products, 2013, 34(3):5-9. (in Chinese)

[8]丁 晨,梁繼才,尹艷寧,等. 增強(qiáng)橡膠與金屬材料粘接的表面處理技術(shù) [J]. 合成橡膠工業(yè), 2013, 36(5):405-410.

DING Chen, LIANG Ji-cai, YIN Yan-ning,etal. Surface treatment technology for enhancing adhesion between rubber and metal [J]. China Synthetic Rubber Industry, 2013, 36(5):405-410. (in Chinese)

[9]陳 新,趙燕超. 輪胎用鋼絲簾線與橡膠的粘合機(jī)理[J]. 輪胎工業(yè), 2013, 33(6):326-333.

CHEN Xin, ZHAO Yan-chao. Bonding mechanism of steel cord for tires and rubber [J]. Tire Industry, 2013, 33(6):326-333. (in Chinese)

[10]鄭 暉,曾凡偉. 橡膠與金屬骨架材料粘合強(qiáng)度的影響因素[J]. 橡膠工業(yè), 2013, 60(11):697-701.

ZHENG Hui, ZENG Fan-wei. Adhesion strength influence factors of the rubber and metal material [J]. Rubber Industry, 2013, 60(11):697-701.

[11]陳 琪. 天然橡膠與鍍銅鋼絲粘合性能及其機(jī)理的研究[D]. 青島:青島科技大學(xué), 2012.

CHEN Qi. Mechanistic investigation of natural rubber and brass-plated cord adhesion and bonding mechanism [D]. Qingdao:Qingdao University of Science & Technology, 2012. (in Chinese)

Process and reinforcement mechanism of dislocation remanufacture of retreated OTR tires by use of waste steel wire

WANG Qiang, QI Ying-jie*

( Traffic College, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China )

In order to improve the bearing and anti-impaling performances of retreated off the road (OTR) tires, the production process of dislocation remanufacture was designed using waste radial tire steel wire as a reinforcing body through the coating method of plating copper-zinc on the surface of waste steel wire. The production process includes the local repair and reinforcement process of engineering radial tire steel cord fracture layer, and the reinforcement process of waste tire wire cord layer between the old carcass and retreated tire surface. The reinforcement mechanism about dislocation remanufacture of retreated OTR tires with steel wire of waste radial tire was analyzed, the adhesion of waste steel wire and tire rubber was effectively realized, and the technology advantage of dislocation remanufactured retreated OTR tires by use of steel wire of waste radial tire was analyzed, 26.5R25 radial retreated OTR tires were remanufactured using the mold vulcanization. The experimental results show that the bearing and anti-impaling performances of dislocation remanufacture of retreated OTR tires with steel wire of waste radial tire are further increased, the service life is 1.2 times of the same type of ordinary retreated tire, close to service life of the same type of new tire, and the comprehensive performance is good.

waste steel wire; dislocation remanufacture; retreated OTR tires; production process; reinforcement mechanism

1000-8608(2015)03-0266-05

2014-10-25；

2015-04-01．

2012年度黑龍江工程學(xué)院青年基金資助項(xiàng)目(2012QJ07).

王 強(qiáng)(1981-)，男，博士生，講師，E-mail:630702666@qq.com；齊英杰*(1954-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail:1354839309@qq.com.

U463.341

A

10.7511/dllgxb201503006