超高強度鋼絲簾線的壓延工藝研究

王 歡，張春學(xué)

（風(fēng)神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

隨著國家持續(xù)推進藍天保衛(wèi)戰(zhàn)及配套行動計劃的實施以及我國道路狀況的改善，商用車整車輕量化已成為國內(nèi)各主機廠的發(fā)展目標(biāo)。輪胎作為車輛的重要組成部分，輕量化已成為一種發(fā)展趨勢[1]。因此，根據(jù)鋼絲簾線的性能指標(biāo)和輪胎的設(shè)計指標(biāo)，輪胎行業(yè)大多采用超高強度鋼絲簾線替代普通強度鋼絲簾線[2]。

我公司全鋼載重子午線輪胎胎體采用0.22+6+11×0.205ST超高強度鋼絲簾線替代3+9+15×0.175+0.15鋼絲簾線后，通過優(yōu)化壓延過程工藝參數(shù)，有效改善了0.22+6+11×0.205ST鋼絲簾線壓延后表面覆膠和滲膠情況以及成型充氣過程中鋼絲簾線與膠料分離等質(zhì)量問題?，F(xiàn)將研究情況簡要介紹如下。

1 鋼絲簾線物理性能對比

1.1 結(jié)構(gòu)

0.22+6+11×0.205ST和3+9+15×0.175+0.15鋼絲簾線結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 兩種鋼絲簾線結(jié)構(gòu)

從圖1可以看出：0.22+6+11×0.205ST鋼絲簾線為開放型結(jié)構(gòu)，排列簡單，直徑小，強度大，有利于膠料滲透，無外纏絲切割造成簾線疲勞斷裂的風(fēng)險；3+9+15×0.175+0.15鋼絲簾線為普通結(jié)構(gòu)（股繩的捻向與簾線的捻向相反），內(nèi)層與中間層捻向一致，均為S向，單絲之間為線接觸，接觸面積大，接觸壓力小，外纏絲提高了鋼絲簾線結(jié)構(gòu)緊密程度，可有效防止裁斷后簾線散頭。

1.2 性能指標(biāo)

0.22+6+11×0.205ST和3+9+15×0.175+0.15鋼絲簾線基本性能對比如表1所示。

從表1可以看出，0.22+6+11×0.205ST鋼絲簾線的直徑和線密度略小于3+9+15×0.175+0.15鋼絲簾線，但最小破斷力有所提高，可提升材料使用效率。此外，0.22+6+11×0.205ST鋼絲簾線采用超高強度單絲，可以增大胎體簾布強度，改善簾線滲膠性能，減緩簾線腐蝕。

表1 鋼絲簾線基本性能對比

2 鋼絲簾布檢測性能對比

2.1 鋼絲簾線滲膠情況

兩種覆膠鋼絲簾線截面對比如圖2所示。

圖2 兩種覆膠鋼絲簾線截面對比

從圖2可以看出：3+9+15×0.175+0.15鋼絲簾線中空氣占比較大，因其屬于普通結(jié)構(gòu)鋼絲簾線，捻向為SSZS，單絲之間接觸面積大，在壓延過程中滲膠性能較差；0.22+6+11×0.205ST鋼絲簾線截面中空氣占比較小，因其為開放型結(jié)構(gòu)，捻向為SS，排列結(jié)構(gòu)簡單，單絲之間接觸面積相對較小，滲膠性能較好。

鋼絲簾線空氣含量可以表征其滲膠情況。通過鋼絲簾線空氣含量測試，3+9+15×0.175+0.15和0.22+6+11×0.205ST鋼絲簾線的空氣含量指數(shù)分別為1和0.58。進一步說明采用開放型全滲膠結(jié)構(gòu)的0.22+6+11×0.205ST鋼絲簾線的空氣含量較小、滲膠率較高，簾布粘合強度高，有利于提升輪胎的耐久性能。

2.2 鋼絲簾布剝離力

鋼絲簾布剝離力測試結(jié)果如圖3和4及表2和3所示。

表2 0.22+6+11×0.205ST鋼絲簾布剝離力測試數(shù)據(jù)

圖3 鋼絲簾布剝離力測試結(jié)果

從兩種鋼絲簾布剝離試驗結(jié)果可以得出：0.22+6+11×0.205ST鋼絲簾布剝離力均值為174.18 N，簾布剝離試樣表面覆膠等級為5級（覆膠率100%），且覆膠厚度均勻；3+9+15×0.175+0.15鋼絲簾布剝離力均值為131.13 N，簾布剝離試樣表面覆膠等級同樣為5級（覆膠率100%），但覆膠厚度不均勻。

從分子級別而言，當(dāng)鋼絲簾線與橡膠分子鏈的粘合力大于橡膠分子間的粘合力時，鋼絲簾線與橡膠的粘合力即達到了鋼絲簾布的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。鋼絲簾布剝離力（鋼絲簾線與橡膠的粘合力）可用于表征壓延鋼絲簾布的質(zhì)量和工藝穩(wěn)定性、膠料性能以及輪胎粘合界面性能等[3]。

圖4 鋼絲簾布剝離試樣外觀

表3 3+9+15×0.175+0.15鋼絲簾布剝離力測試數(shù)據(jù)

從兩種規(guī)格鋼絲簾布剝離力測試結(jié)果可以得出，開放型結(jié)構(gòu)鋼絲簾線滲膠率和剝離后的覆膠效果優(yōu)于緊密型結(jié)構(gòu)鋼絲簾線，進一步證實了開放型結(jié)構(gòu)鋼絲簾線的優(yōu)勢。

3 鋼絲簾布壓延工藝對比

兩種鋼絲簾布參數(shù)對比如表4所示。

表4 兩種鋼絲簾布參數(shù)對比

從表4可以看出，兩種鋼絲簾布的密度均為55根·dm-1，由于0.22+6+11×0.205ST鋼絲簾線直徑小，在保證鋼絲簾布強度不降低的前提下，一定程度上減小了簾布的覆膠厚度，從而減小了簾布的整體厚度。單位面積下0.22+6+11×0.205ST鋼絲簾布質(zhì)量比等簾布密度下的3+9+15×0.175+0.15鋼絲簾布減小0.658 kg·m-2。通過減小簾布質(zhì)量、更換結(jié)構(gòu)更優(yōu)的鋼絲簾線可以降低簾線磨損，從而延長胎體壽命。

3.1 壓延機輥筒速比

鋼絲簾布壓延機S形分布的輥筒如圖5所示。

圖5 鋼絲簾布壓延機S形分布的輥筒

從圖5可以看出，鋼絲簾線通過配套的整經(jīng)輥和壓力輥排列好后到達壓延機，壓延機1#和2#輥筒及3#和4#輥筒分別壓出一定厚度的膠片，將排列好的鋼絲簾線夾在膠片中間經(jīng)過2#和3#輥筒復(fù)合成為鋼絲簾布。輥筒速比參考范圍為：1#輥筒轉(zhuǎn)速小于75%的2#輥筒轉(zhuǎn)速，4#輥筒轉(zhuǎn)速小于75%的3#輥筒轉(zhuǎn)速，2#輥筒轉(zhuǎn)速小于95%的3#輥筒轉(zhuǎn)速。

采用3+9+15×0.175+0.15鋼絲簾線生產(chǎn)C55-175W規(guī)格鋼絲簾布時壓延機1#，2#，3#，4#輥筒最優(yōu)速比為0.8∶1∶1∶0.8。由于鋼絲簾線帶外纏絲，簾布掛膠效果較好。

采用0.22+6+11×0.205ST鋼絲簾線生產(chǎn)C55-205ST規(guī)格鋼絲簾布時，由于鋼絲簾線不帶外纏絲，簾布覆膠效果較差，因此需要調(diào)整速比。根據(jù)覆膠原理和反復(fù)試驗最終得出1#，2#，3#，4#輥筒最優(yōu)速比為0.8∶0.93∶1∶0.8。2#和3#輥筒之間有轉(zhuǎn)速差，通過轉(zhuǎn)速差可以增大膠片與鋼絲簾線之間的相對速度（稱為鋼絲簾線的覆膠速度），2#和3#輥筒的速比即為覆膠速比。

在鋼絲簾布生產(chǎn)過程中，為使鋼絲簾布覆膠達到最優(yōu)，根據(jù)鋼絲簾線直徑和簾布厚度，每個規(guī)格鋼絲簾布生產(chǎn)過程中都有其最佳的覆膠速比。

3.2 壓延機輥筒撓度

壓延時膠料在輥筒表面旋轉(zhuǎn)摩擦力作用下被帶入輥筒間，受到輥筒擠壓和剪切作用而發(fā)生塑性流動變形。膠料在輥筒間的位置不同，所受的壓力和流速也不一樣。壓延時膠料對輥筒有反作用力，即為橫壓力。一般而言，膠料粘度越大，壓延速度越大，輥溫越低，供膠量越多，壓延半成品的厚度和寬度越大，橫壓力也越大。

壓延過程中，輥筒在膠料橫壓力作用下會產(chǎn)生軸向彎曲彈性變形，變形量用輥筒軸線中央偏離原來水平位置的距離表示，稱為輥筒撓度。撓度的產(chǎn)生使壓延半成品沿寬度方向上的斷面厚度不均勻，中間厚度大于兩邊，從而產(chǎn)生簾布虛邊的情況，給裁斷和成型工序帶來較多不便，甚至?xí)a(chǎn)生大量不合格輪胎成品。

輥筒撓度補償?shù)哪康氖谦@得厚度均勻的壓延制品，一般采用調(diào)整輥筒軸交叉的方法，如圖6所示，采用專門機構(gòu)使兩輥筒的軸線由平行狀態(tài)偏移，使輥筒軸線之間交叉形成夾角（α），即形成兩端輥隙大、中間輥隙小的狀態(tài)，與撓度對輥隙的作用相抵消，從而達到補償輥筒撓度的目的。

圖6 壓延輥筒軸交叉原理示意

一般來說，α的調(diào)整范圍為0°～2°。對于鋼絲簾布壓延機S形分布的輥筒，1#與2#輥筒之間為軸交叉；2#與3#輥筒之間為預(yù)負(fù)荷（軸彎曲）；3#與4#輥筒之間為軸交叉。生產(chǎn)0.22+6+11×0.205ST鋼絲簾布時，α取0.8°。

3.3 膠料門尼粘度

采用0.22+6+11×0.205ST鋼絲簾線替代3+9+15×0.175+0.15鋼絲簾線生產(chǎn)全鋼載重子午線輪胎胎體簾布，分析胎體粘合膠料門尼粘度對壓延的影響。胎體粘合膠料門尼粘度單值控制圖如圖7所示。

圖7 胎體粘合膠料門尼粘度單值控制圖

膠料的門尼粘度可反映橡膠的加工性能和相對分子質(zhì)量及其分布[4-5]。橡膠分子鏈越長，其門尼粘度越高，可塑性和流動性越差。膠料的門尼粘度高，經(jīng)壓延后的膠片收縮率大，半成品產(chǎn)生的壓延效應(yīng)也就更大。在低壓延效應(yīng)和高壓延效應(yīng)下生產(chǎn)的0.22+6+11×0.205ST鋼絲簾布如圖8所示。

從圖8可以看出，壓延效應(yīng)較高會造成鋼絲簾布在裁切時出現(xiàn)翹頭情況，影響鋼絲簾布的縫合質(zhì)量，因此可以通過控制膠料的門尼粘度緩解鋼絲簾布壓延過程中的膠料壓延效應(yīng)。

圖8 膠料壓延效應(yīng)對0.22+6+11×0.205ST鋼絲簾布的影響

綜合我公司胎體粘合膠料性能、壓延過程參數(shù)控制、簾布測試結(jié)果以及裁斷成型工序的使用反饋，認(rèn)為門尼粘度控制在70～75可以有效提升超高強度鋼絲簾線的加工和使用性能，降低成品輪胎簾線類缺陷。

4 結(jié)論

隨著輪胎輕量化的推進，超高強度鋼絲簾線在輪胎行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，提升超高強度鋼絲簾線的工藝過程穩(wěn)定性是目前輪胎行業(yè)面臨的一項重要技術(shù)課題。

與3+9+15×0.175+0.15鋼絲簾線相比，0.22+6+11×0.205ST鋼絲簾線具有排列簡單、直徑小、強度大及滲膠性能好等優(yōu)點。以0.22+6+11×0.205ST鋼絲簾線替代3+9+15×0.175+0.15鋼絲簾線用于全鋼載重子午線輪胎胎體，通過采用調(diào)整壓延機輥筒速比、補償壓延機輥筒撓度及調(diào)整粘合膠料門尼粘度以緩解膠料壓延效應(yīng)等措施，可以提升0.22+6+11×0.205ST超高強度鋼絲簾線的壓延過程和產(chǎn)品穩(wěn)定性，提高裁斷和成型工序的加工和使用性能，減少鋼絲簾布損耗和成品輪胎簾線類缺陷，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。