胎圈鋼絲與膠料脫層問題分析

馬秀菊，侯京斌，倪淑杰，王苗苗

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

胎圈鋼絲是輪胎胎圈部位增強(qiáng)用金屬骨架材料[1]，而胎圈是輪胎的重要組成部分，主要用途是使輪胎緊密地固定在輪輞上，并承受外胎與輪輞的各種相互作用力，這就要求胎圈鋼絲必須與膠料具有良好的粘合性能[2-4]。

輪胎行業(yè)中關(guān)于胎圈鋼絲與膠料粘合性能的研究報(bào)道不少[5-10]，但是對(duì)鋼絲鍍層與鋼絲的結(jié)合力的分析較少，主要為鋼絲生產(chǎn)廠家自行監(jiān)控，目前尚無合適的方法用于監(jiān)控鋼絲表面鍍層與鋼絲間粘合力。

本文重點(diǎn)對(duì)生產(chǎn)中遇到的入廠檢驗(yàn)合格的胎圈鋼絲用于輪胎后胎圈鋼絲與膠料過早分離現(xiàn)象進(jìn)行原因分析，以期解決胎圈鋼絲與膠料脫層問題。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

輪胎生產(chǎn)常用胎圈鋼絲，市售。

1.2 主要設(shè)備和儀器

GT-AI7000M型電子拉力機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；TGA/DSC型熱重分析儀，梅特勒-托利多公司產(chǎn)品；IS10型紅外光譜儀，賽默飛世爾公司產(chǎn)品；JSM-7610F型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM），日本電子公司產(chǎn)品。

1.3 測(cè)試分析

（1）按照GB/T 14450—2016《胎圈用鋼絲》對(duì)胎圈鋼絲進(jìn)行檢測(cè)。

（2）對(duì)生產(chǎn)中產(chǎn)生的異常輪胎胎圈膠料以及車間正常生產(chǎn)輪胎胎圈膠料進(jìn)行組分分析。

（3）利用SEM對(duì)膠料表面形貌進(jìn)行觀察和分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 胎圈鋼絲性能

按照GB/T 14450—2016對(duì)公司購(gòu)置的胎圈鋼絲（普通強(qiáng)度、低錫青銅）進(jìn)行入廠檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表1，與膠料過早分離的胎圈鋼絲簡(jiǎn)稱異常胎圈鋼絲，與膠料未過早分離的胎圈鋼絲簡(jiǎn)稱正常胎圈鋼絲。

表1 胎圈鋼絲檢測(cè)性能結(jié)果

從表1可以看出，異常胎圈鋼絲與正常胎圈鋼絲入廠檢測(cè)各項(xiàng)性能差別不大，均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 膠料

通過解剖輪胎將胎圈分離出來，并將膠料與鋼絲分離，對(duì)分離后的膠料進(jìn)行化學(xué)組分分析，即分別從膠料的含膠率、膠型及其并用比、炭黑含量、氧化鋅含量、鈷含量等方面進(jìn)行逆向分析。結(jié)果表明，正常胎圈鋼絲膠料與異常胎圈鋼絲膠料的化學(xué)組分測(cè)試數(shù)據(jù)完全一致，說明膠料配方正常，并非因膠料問題導(dǎo)致膠料與胎圈鋼絲過早分離。

在分離樣品時(shí)發(fā)現(xiàn)異常胎圈鋼絲表面為無色，且膠料與鋼絲極易分離，正常胎圈鋼絲與膠料間粘合力強(qiáng)，不易分離，且分離后的鋼絲顏色與未使用前顏色基本一致。由此推斷異常胎圈鋼絲的鍍層可能有損傷或者鍍層不均勻，導(dǎo)致鋼絲與鍍層間粘合力小于膠料與鍍層間粘合力，造成鋼絲與鍍層脫層。

對(duì)膠料的灰分進(jìn)行定性和定量分析發(fā)現(xiàn)，異常胎圈鋼絲膠料中的銅含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常胎圈鋼絲膠料中的銅含量，這也表明異常胎圈鋼絲鍍層與膠料間具有較強(qiáng)的粘合力，而鋼絲與鍍層間粘合力較弱，導(dǎo)致鍍層與鋼絲過早分離。

2.3 鋼絲表面形貌分析

利用SEM對(duì)未經(jīng)處理的異常胎圈鋼絲和正常胎圈鋼絲表面鍍層形貌進(jìn)行觀察，結(jié)果見圖1和2。

從圖1和2可以看出，放大50倍時(shí)可以觀察到正常胎圈鋼絲表面鍍層均勻性優(yōu)于異常胎圈鋼絲，放大1 000倍時(shí)能更清晰地觀察到正常胎圈鋼絲表面平整且鍍層均勻，而異常胎圈鋼絲表面較粗糙。

圖1 未經(jīng)處理的異常胎圈鋼絲表面形貌

圖3和4為異常胎圈鋼絲和正常胎圈鋼絲彎曲180°后的表面形貌。

從圖3和4可以看出，彎曲后正常胎圈鋼絲和異常胎圈鋼絲表面鍍層均有一定程度的損壞，而異常胎圈鋼絲表面鍍層的損壞更為明顯，可能是因?yàn)殇摻z鍍層損傷或者鍍層不均勻。這也表明正常胎圈鋼絲鍍層與鋼絲間粘合力大于異常胎圈鋼絲鍍層與鋼絲間粘合力，由于異常胎圈鋼絲鍍層與鋼絲間粘合力較小導(dǎo)致出現(xiàn)脫層。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中應(yīng)加強(qiáng)胎圈鋼絲鍍層表面的質(zhì)量控制以及成分分析和監(jiān)控。

圖2 未經(jīng)處理的正常胎圈鋼絲表面形貌

圖3 彎曲180°后異常胎圈鋼絲表面形貌

圖4 彎曲180°后正常胎圈鋼絲表面形貌

3 結(jié)論

從膠料配方、鋼絲鍍層成分、鋼絲表面形貌3個(gè)方面分析了胎圈鋼絲與膠料脫層問題的原因。結(jié)果表明，胎圈鋼絲鍍層損傷或均勻性較差對(duì)鋼絲鍍層與鋼絲間粘合力有較大影響。胎圈鋼絲在生產(chǎn)過程中除了做好鋼絲鍍層質(zhì)量及成分的監(jiān)控外，還應(yīng)做好鋼絲鍍層損傷和均勻性的監(jiān)控，以防止因鋼絲鍍層與鋼絲間粘合力低導(dǎo)致輪胎廢次品的產(chǎn)生。