尼龍66浸膠簾子布表面膠斑的影響因素探討

仵 曉，劉曉光

(平頂山神馬簾子布發(fā)展有限公司，河南 平頂山 467200)

尼龍66浸膠簾子布是輪胎的重要骨架材料，在輪胎中主要起承受載荷和保持尺寸穩(wěn)定性的作用。尼龍66浸膠簾子布和橡膠之間的粘合性能是輪胎保持良好使用性能和較長(zhǎng)使用壽命的重要條件。在尼龍66浸膠簾子布生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生并附著于浸膠簾子布表面的膠斑不僅影響生產(chǎn)效率(膠斑過(guò)多時(shí)需停車(chē)清掃、返卷修復(fù))，還影響浸膠簾子布局部與橡膠的粘合性能。

隨著輪胎市場(chǎng)的發(fā)展，輪胎企業(yè)要求使用的尼龍66浸膠簾子布具有高壓延粘合性能[1]、低捻度[2]、大卷裝等特性，這些特性要求造成浸膠簾子布生產(chǎn)過(guò)程中更容易產(chǎn)生膠斑，而輪胎企業(yè)則要求使用的浸膠簾子布表面膠斑應(yīng)較少。因此，在尼龍66浸膠簾子布生產(chǎn)過(guò)程中，現(xiàn)有的膠斑控制方法需要進(jìn)一步改善，以適應(yīng)市場(chǎng)的發(fā)展。影響尼龍66浸膠簾子布表面膠斑的因素較多，已報(bào)道的有關(guān)控制膠斑的方法多為工藝調(diào)整，包括使用酚醛預(yù)聚樹(shù)脂替代間苯二酚和部分甲醛、使用氨水替代氫氧化鈉作催化劑、增加夏季配方中的氨水量、控制浸膠液的最終溫度在32～35 ℃、在保障附膠量的條件下降低浸膠液的濃度、干燥區(qū)噴嘴噴出的風(fēng)速不低于15 m/s、增大干燥區(qū)的排風(fēng)量、循環(huán)風(fēng)回風(fēng)口溫度高于125 ℃、控制附膠量在3.5%～6.0%等[3-7]。

尼龍66浸膠簾子布的生產(chǎn)通常使用一浴浸膠機(jī)，主要生產(chǎn)工藝流程為浸膠液調(diào)配、白坯簾子布的浸膠、干燥、拉伸、熱定型、冷卻、卷繞[8]。膠斑主要在浸膠和干燥工序產(chǎn)生。作者以使用一浴浸膠機(jī)生產(chǎn)1 400 dtex/2 V1尼龍66浸膠簾子布為例，討論了擠壓輥空氣彈簧壓強(qiáng)、無(wú)擠壓輥的浸膠區(qū)結(jié)構(gòu)、刮布線(xiàn)數(shù)量、單/雙面吸嘴對(duì)膠斑形成的影響，并提出了改進(jìn)措施。

1 試驗(yàn)

1.1 主要原料

1 400 dtex/2 V1尼龍66白坯布：平頂山神馬簾子布發(fā)展有限公司產(chǎn)；天然膠乳：質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%，海南天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司產(chǎn)；丁吡膠乳：牌號(hào)VP-15，質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%，江蘇亞泰化工有限公司產(chǎn)；間苯二酚：純度100%，浙江鴻盛化工有限公司產(chǎn)；甲醛：質(zhì)量分?jǐn)?shù)37%，湖北金源化工股份有限公司產(chǎn)；氫氧化鈉：新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司產(chǎn)；氨水：質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%，葉縣源潤(rùn)氨水試劑加工廠(chǎng)產(chǎn)；低純水：平頂山神馬簾子布發(fā)展有限公司產(chǎn)；H抽出測(cè)試用膠料：自制。

1.2 主要設(shè)備及儀器

一浴浸膠機(jī)：邯鄲宏大化纖機(jī)械制；浸膠液調(diào)配系統(tǒng)：嘉興恒成稱(chēng)重設(shè)備有限公司制；產(chǎn)品缺陷智能檢測(cè)系統(tǒng)：武漢市海維鑫科技有限公司制；YT-LH22D型平板硫化機(jī)：儀通檢測(cè)設(shè)備科技有限公司制；CMT4103型萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：美特斯工業(yè)系統(tǒng)(中國(guó))有限公司制。

1.3 尼龍66 浸膠簾子布的生產(chǎn)

1.3.1 浸膠液的配制

按質(zhì)量份計(jì)浸膠液組分配比為：間苯二酚1.9、甲醛2.3、氫氧化鈉0.1、天然膠乳10.2、丁吡膠乳22. 4、氨水2.0、低純水61.1。在低純水中加入氫氧化鈉、間苯二酚和甲醛水溶液，攪拌狀態(tài)下反應(yīng)6 h，繼續(xù)攪拌并加入天然膠乳、丁吡膠乳和氨水[1]，熟化6 h后得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.5%、 pH值為11.2的浸膠液。

1.3.2 白坯簾子布的浸膠處理

試驗(yàn)分別使用傳統(tǒng)一浴浸膠機(jī)和改進(jìn)的一浴浸膠機(jī)對(duì)白坯簾子布進(jìn)行浸膠處理。傳統(tǒng)一浴浸膠機(jī)的浸膠區(qū)結(jié)構(gòu)帶有擠壓輥(見(jiàn)圖1)，擠壓輥主要由3個(gè)鍍鉻輥和2個(gè)橡膠輥組成，中間1個(gè)輥的位置固定，其余4個(gè)輥在空氣彈簧的作用下可在垂直方向移動(dòng)，擠壓輥兼具擠壓浸膠簾子布和張力架的作用，擠壓力的大小由空氣彈簧的壓強(qiáng)控制，影響浸膠液向簾子線(xiàn)內(nèi)的滲透能力[9]，干燥區(qū)的張力取決于擠壓輥和第一張力架之間的速度差。改進(jìn)的一浴浸膠機(jī)的浸膠區(qū)結(jié)構(gòu)無(wú)擠壓輥(見(jiàn)圖2)，增加預(yù)張力架替代擠壓輥的張力架作用，干燥區(qū)的張力取決于預(yù)張力輥和第一張力架之間的速度差。

圖1 帶擠壓輥的浸膠區(qū)結(jié)構(gòu)Fig.1 Dipping zone structure with extrusion roller1—浸膠槽；2—擠壓輥；3—吸嘴；4—干燥區(qū)；5—第一張力架

圖2 無(wú)擠壓輥的浸膠區(qū)結(jié)構(gòu)Fig.2 Dipping zone structure without extrusion roller1—預(yù)張力架；2—浸膠槽；3—吸嘴；4—干燥區(qū)；5—第一張力架

另外，試驗(yàn)在圖1的擠壓輥和吸嘴之間(圖2的吸嘴下方)增設(shè)了刮布線(xiàn)裝置(見(jiàn)圖3)。在浸膠簾子布的兩面各有3～6根尼龍66簾子線(xiàn)材質(zhì)的刮布線(xiàn)，刮布線(xiàn)被旋轉(zhuǎn)架繃緊，緊貼在簾子布上與之摩擦，刮去其表面的附著物和浸膠液。浸膠簾子布是連續(xù)生產(chǎn)的，前后2卷白坯布需要通過(guò)縫紉連接，連接處的大布頭的厚度是正常布面的3～6倍。當(dāng)大布頭通過(guò)紅外探頭處時(shí)，旋轉(zhuǎn)架帶動(dòng)刮布線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，遠(yuǎn)離布面，以避免大布頭對(duì)刮布線(xiàn)裝置的傷害。當(dāng)大布頭完全通過(guò)刮布線(xiàn)裝置后，旋轉(zhuǎn)架帶動(dòng)刮布線(xiàn)復(fù)位。

圖3 刮布線(xiàn)裝置示意Fig.3 Schematic diagram of scraping wire device

使用一浴浸膠機(jī)生產(chǎn)1 400 dtex/2 V1尼龍66簾子布試樣的主要工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 尼龍66浸膠簾子布的主要生產(chǎn)工藝參數(shù)Tab.1 Main production process parameters of nylon 66 dipped cord fabric

在設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案中，擠壓輥空氣彈簧壓強(qiáng)不能為0(當(dāng)擠壓輥空氣彈簧壓強(qiáng)為0時(shí)，因擠壓輥對(duì)簾子布的摩擦力小，造成干燥區(qū)張力只能維持在600 kg以下，且張力波動(dòng)較大，不能滿(mǎn)足一般工藝要求)；當(dāng)擠壓輥空氣彈簧壓強(qiáng)減小或使用無(wú)擠壓輥的浸膠區(qū)結(jié)構(gòu)時(shí)，需要通過(guò)提高浸膠槽液位、浸膠槽膠液溫度(維持浸膠液向簾子線(xiàn)內(nèi)的滲透的能力)；當(dāng)擠壓輥空氣彈簧壓強(qiáng)減小或使用無(wú)擠壓輥的浸膠區(qū)結(jié)構(gòu)時(shí)，需增加吸嘴真空度，抽吸簾子布表面多余的浸膠液，避免浸膠簾子布的附膠量升高；當(dāng)使用雙面吸嘴替代單面吸嘴時(shí)，需降低吸嘴真空度(抽吸能力增加，避免浸膠簾子布的附膠量降低)。

1.4 測(cè)試方法

千米膠斑面積：根據(jù)產(chǎn)品缺陷智能檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，計(jì)算1 000 m浸膠簾子布長(zhǎng)度內(nèi)所有膠斑的面積之和[10]。

粘合性能：浸膠簾子布的粘合性能通常以H抽出來(lái)表征。按照GB/T 9101—2017《錦綸66 浸膠簾子布》所述方法測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 擠壓輥對(duì)膠斑的影響

對(duì)于1#～6#試樣，改變擠壓輥空氣彈簧壓強(qiáng)或使用無(wú)擠壓輥的浸膠區(qū)結(jié)構(gòu)，通過(guò)提高浸膠槽液位、浸膠槽膠液溫度補(bǔ)償浸膠液滲透能力的減弱，其余條件相同。由表2可知：減小擠壓輥空氣彈簧壓強(qiáng)，能明顯減少簾子布的千米膠斑面積；使用無(wú)擠壓輥的浸膠區(qū)結(jié)構(gòu)，可顯著減少簾子布的千米膠斑面積；各試樣的粘合性能即H抽出未見(jiàn)明顯變化，保持穩(wěn)定。當(dāng)擠壓輥空氣彈簧壓強(qiáng)減小時(shí)，不僅擠壓力減小，而且橡膠輥在接觸面的接觸面積也減小，浸膠液中膠乳粒子受到擠壓而發(fā)生膠乳粒子被破壞形成膠斑的幾率也隨之減小。

表2 擠壓輥空氣彈簧壓強(qiáng)對(duì)浸膠簾子布表面膠斑的影響Tab.2 Effect of air spring pressure of extrusion roller on gum spots on the surface of dipped cord fabric

2.2 刮布線(xiàn)數(shù)量對(duì)膠斑的影響

對(duì)于1#，7#，8#試樣，僅有刮布線(xiàn)數(shù)量的變化，其余條件相同。由表3可知：使用刮布線(xiàn)，能明顯減少簾子布的千米膠斑面積；但隨著刮布線(xiàn)數(shù)量的增加，邊際效應(yīng)遞減；各試樣的粘合性能即H抽出未見(jiàn)明顯變化，保持穩(wěn)定。浸膠液因表面水分揮發(fā)、擠壓、攪拌等原因會(huì)形成膠皮，在浸膠過(guò)程中，膠皮粘附在簾子布表面，經(jīng)過(guò)刮布線(xiàn)被刮擦下來(lái)，避免在高溫?zé)崽幚砗笮纬赡z斑。隨著刮布線(xiàn)數(shù)量的增加，刮布線(xiàn)和簾子布的接觸面積增加，膠皮被刮擦下來(lái)的幾率也隨之增加，但由于邊際效應(yīng)遞減，刮布線(xiàn)的根數(shù)并不是越多越好。生產(chǎn)中，隨著刮布線(xiàn)上的膠皮越聚越多，需要及時(shí)更換新的刮布線(xiàn)。

表3 刮布線(xiàn)數(shù)量對(duì)浸膠簾子布表面膠斑的影響Tab.3 Effect of the number of scraping wires on gum spots on the surface of dipped cord fabric

2.3 單/雙面吸嘴對(duì)膠斑的影響

對(duì)于1#，9#試樣，僅有單面、雙面吸嘴的變化，其余條件相同。由表4可知：1#試樣使用單面吸嘴，其千米膠斑面積為5.3 cm2，9#試樣使用雙面吸嘴，其千米膠斑面積為4.6 cm2，使用雙面吸嘴，能明顯減少簾子布的千米膠斑面積；2種試樣的粘合性能即H抽出未見(jiàn)明顯變化，保持穩(wěn)定。這是因?yàn)殡p面吸嘴可在簾子布兩面吸取簾子布表層的多余浸膠液，而多余浸膠液在干燥后會(huì)形成膠渣，并重新附著在簾子布的表面形成膠斑。因此，采用雙面吸嘴可以減少膠班的產(chǎn)生。

表4 單面及雙面吸嘴對(duì)浸膠簾子布表面膠斑的影響Tab.4 Effect of single- and double-sided suction nozzles on gum spots on the surface of dipped cord fabric

2.4 綜合措施對(duì)膠斑的影響

由表5可以看出：對(duì)比1#試樣，10#試樣綜合使用了無(wú)擠壓輥的浸膠區(qū)結(jié)構(gòu)、刮布線(xiàn)6根和雙面吸嘴的措施，其千米膠斑面積顯著減少，僅為0.9 cm2，相比1#試樣減少了4.4 cm2；2種試樣的粘合性能即H抽出未見(jiàn)明顯變化，保持穩(wěn)定。

表5 綜合措施對(duì)浸膠簾子布表面膠斑的影響Tab.5 Effect of comprehensive measures on gum spots on the surface of dipped cord fabric

綜上分析，對(duì)比1#試樣，6#試樣使用了無(wú)擠壓輥的浸膠區(qū)結(jié)構(gòu)，千米膠斑面積減少3.7 cm2，8#試樣使用6根刮布線(xiàn)，千米膠斑面積減少0.6 cm2，9#試樣使用雙面吸嘴，千米膠斑面積減少0.7 cm2，10#試樣綜合采用3種措施，千米膠斑面積減少4.4 cm2。這表明使用無(wú)擠壓輥的浸膠區(qū)結(jié)構(gòu)、刮布線(xiàn)6根和雙面吸嘴等措施，均有利于浸膠簾子布千米膠斑面積的減小，3種措施相互關(guān)聯(lián)，綜合使用3種措施可顯著減小浸膠簾子布的千米膠斑面積。

3 結(jié)論

a.使用一浴浸膠機(jī)生產(chǎn)尼龍66浸膠簾子布過(guò)程中，減小擠壓輥空氣彈簧壓強(qiáng)或使用無(wú)擠壓輥的浸膠區(qū)結(jié)構(gòu)、使用刮布線(xiàn)、使用雙面吸嘴替代單面吸嘴，均有利于減少尼龍66浸膠簾子布表面膠斑的產(chǎn)生。

b.當(dāng)擠壓輥空氣彈簧壓強(qiáng)由0.17 MPa減小至0.05 MPa時(shí)，浸膠簾子布千米膠斑面積減小1.8 cm2。當(dāng)使用無(wú)擠壓輥的浸膠區(qū)結(jié)構(gòu)時(shí)，浸膠簾子布千米膠斑面積減小3.7 cm2。使用刮布線(xiàn)數(shù)量由0增加至6根時(shí)，浸膠簾子布千米膠斑面積減小0.6 cm2。使用雙面吸嘴替代單面吸嘴，浸膠簾子布千米膠斑面積減小0.7 cm2。

c.綜合使用無(wú)擠壓輥的浸膠區(qū)結(jié)構(gòu)、刮布線(xiàn)6根和雙面吸嘴的改進(jìn)措施，可顯著減小浸膠簾子布的千米膠斑面積。相比1#試樣，10#試樣的千米膠斑面積減小4.4 cm2。