廢舊鋼絲錯體再制造工程翻新輪胎工藝及補強機理

王 強， 齊 英 杰

( 東北林業大學 交通學院， 黑龍江 哈爾濱 150040 )

廢舊鋼絲錯體再制造工程翻新輪胎工藝及補強機理

王 強， 齊 英 杰*

( 東北林業大學 交通學院， 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強體，采用鍍層法，通過廢舊鋼絲表面鍍銅-鍍鋅處理，設計了廢舊子午線輪胎鋼絲錯體再制造工程翻新輪胎生產工藝，主要包括局部修復與補強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強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體再制造工程翻新輪胎補強作用機理，有效實現了廢舊鋼絲與輪胎橡膠的黏合，并對錯體再制造工程翻新輪胎技術優勢進行了分析，采用模硫化法對26.5R25全鋼工程機械子午線舊輪胎進行了錯體再制造翻新生產．結果表明，廢舊鋼絲錯體再制造工程翻新輪胎承載能力和抗刺爆能力大大增強，其使用壽命為同型號普通翻新輪胎的1.2倍，接近同型號新輪胎的使用壽命，綜合性能表現良好．

廢舊鋼絲；錯體再制造；工程翻新輪胎；生產工藝；補強機理

0 引 言

工程輪胎主要是指工程汽車和工程機械等方面使用的輪胎，簡稱OTR(off the road)輪胎．目前，世界工程輪胎的年生產量估計為1 000萬條，約占輪胎總量的0.5%，如果按照銷售額計，約占全部輪胎銷售額的5.5%．工程輪胎的規格相對較大，一條輪胎質量相當于幾條載重輪胎或幾十條乘用輪胎質量，其耗膠量已占到輪胎用膠總量的10%左右，附加價值比普通輪胎高出30%～50%，因此工程輪胎已成為當今輪胎工業又一經濟增長點．

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．一般情況下，一臺工程汽車或工程機械每年須更換輪胎5～6次，一條新的工程輪胎價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工程車的經濟性有直接影響[1-2]．輪胎翻新能夠最大限度地利用輪胎的使用價值，目前已成為國際公認的節約橡膠原材料、解決廢舊輪胎黑色污染、有價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于工程汽車用戶或者一個企業有著非常實際的意義．然而，我國工程輪胎翻新企業翻新出的工程輪胎質量參差不齊，工程翻新輪胎在工作時經常發生單胎壓爆、撞爆、刺爆等事故，使用壽命較短，頻繁更換輪胎導致運輸企業工程翻新輪胎費用開支增加[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聯，進行廢舊子午線輪胎鋼絲錯體再制造工程翻新輪胎生產工藝及補強機理研究，實現工程翻新輪胎胎體的補強和局部損傷的修復，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實現翻新再利用而不至于直接報廢，同時解決廢舊子午線輪胎鋼絲的再利用，進一步有效解決廢舊輪胎污染環境的問題．與此同時，在翻新胎面層與舊胎體層補強一層子午線輪胎廢舊鋼絲簾布層，增強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體再制造工程翻新輪胎生產工藝

將廢舊子午線輪胎鋼絲再利用到工程輪胎翻新中，實現其剩余使用價值，工程輪胎翻新后除了擁有自身的鋼絲簾布層外，還添加有其他報廢輪胎的鋼絲簾布層作為補強層，為此，本研究稱之為鋼絲錯體再制造工藝，目前國內外未見相關成果發表，其工藝技術關鍵為有效實現廢舊子午線輪胎鋼絲和胎體基體二者之間的黏合．鋼絲錯體再制造技術工藝主要包括：(1)局部修復和補強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行翻新而被直接報廢的難題．其主要工藝為將損壞的鋼絲簾布斷裂層與舊胎體進行剝離，清除掉損壞的斷裂層部分，并將損壞區域兩端的鋼絲層切割成與胎體橫斷面成60°夾角，對露出的胎體層部分進行打磨處理，測量打磨部位的尺寸，并制作與之吻合的補強鋼絲簾布層．其局部補強示意圖如圖1所示，補強鋼絲簾布層與舊胎體鋼絲接頭部位用中間膠進行黏合．(2)舊胎體層與翻新胎面膠層之間補強一層子午線廢舊輪胎鋼絲簾布層，結構示意圖如圖2所示，鋼絲簾布層兩面分別貼有緩沖膠，鋼絲簾布層環繞胎體一周，并成45°夾角對接．廢舊子午線輪胎鋼絲錯體再制造工程翻新輪胎生產技術工藝如圖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(可能存在局部補強部分)之間的黏結力，需要對鋼絲簾布層對接部位、翻新胎面層對接部位進行打磨并刷漿，采用充氣壓力0.20 MPa的充氣式胎面壓合技術，保證鋼絲簾布接頭、胎面接頭平整及光滑．采用活絡模硫化機進行硫化，硫化溫度為150 ℃，硫化壓力為0.5 MPa，硫化時間為2.5 h．

1 舊輪胎胎體； 2 鋼絲簾線斷裂層區； 3 舊胎體剩余鋼絲簾布層； 4 補強鋼絲簾布層

圖1 廢舊子午線輪胎鋼絲局部補強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 胎側層； 7 趾口膠層； 8 鋼絲圈

圖2 廢舊子午線輪胎鋼絲錯體再制造工程輪胎結構示意圖

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體再制造工程翻新輪胎補強機理

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行黏合，然后再通過硫化作用分別與胎面膠和胎體膠進行黏合．為了有效提高黏合強度，緩沖層橡膠在配方設計上與普通翻新輪胎緩沖膠有所不同，其配方設計如表1所示．配方中適當增加白炭黑用量，有利于促進橡膠與鋼絲二者之間的黏結．適當增加增塑劑的用量，提高膠料的流動性,有利于膠料滲透到鋼絲簾布層的縫隙之中，有效增強橡膠和鋼絲的黏合強度；適當增加不溶性硫黃的用量，使橡膠分子鏈中雙鍵的反應點大大增加,促進碳碳鍵交聯鏈的形成,提高橡膠與鋼絲的黏合強度；選擇合適的NOBS促進劑，增加硫化時的焦燒時間,加長硫化誘導期，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到平衡[5-6]．硫化溫度為140 ℃，硫化時間為15 min，硬度為69度，抗拉強度為21 MPa，扯斷伸長率為504%，與胎面膠黏合強度為30 kN/m,與胎體層橡膠黏合強度為34 kN/m．

表1 緩沖層橡膠主要配方設計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,對廢舊鋼絲表面采用鍍黃銅法進行鍍層處理，即對廢舊子午線輪胎鋼絲表面進行鍍銅-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，鋅離子擴散到表面，兩層之間相互擴散，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]，具體結構如圖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構模型Fig.4 Surface structure model of copper plating steel cord

鋼絲錯體再制造工程翻新輪胎橡膠補強作用機理結構模型[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)通過陽離子擴散到銅絲表面形成硫化銅(CuS)層和硫化鋅(ZnS)層，因為亞銅離子(Cu+)比Zn2+的氧化電位高，Zn2+更容易與硫發生反應生成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．其厚度有一個最優值，太厚容易從銅表面脫落，導致黏合力下降；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層通過硫鍵結合在一起形成黏合層，其黏合層的結合力超過橡膠本身的結合力，經測試，二者之間的黏合強度可達到41 kN/m．橡膠與硫黃的硫化反應歷程為

橡膠與鋼絲黃銅鍍層的黏合反應歷程為

圖5 鋼絲錯體再制造工程翻新輪胎橡膠補強作用機理結構模型(單位：mm)

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

3 結 語

廢舊子午線輪胎鋼絲錯體再制造工程翻新輪胎技術不但可以解決環保問題，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行翻新使用的技術難題．利用該廢舊子午線輪胎鋼絲錯體再制造工程翻新輪胎生產工藝及補強機理，采用模硫化法對26.5R25全鋼工程機械子午線舊輪胎進行了翻新生產，所翻新工程輪胎經物理機械性能檢測，其指標符合工程機械翻新輪胎HG/T 3979—2007行業標準．成品在露天礦區進行抗刺爆測試，其刺爆率由40%(普通工程翻新輪胎)下降到20%(錯體再制造工程翻新輪胎)，同時，用戶反饋信息也表明，廢舊子午線鋼絲錯體再制造的26.5R25工程翻新輪胎抗刺扎、抗刺爆能力大大提高，整體表現良好，其使用壽命為12個月左右，而同型號的普通工程翻新輪胎使用壽命為10個月左右，同型號新工程輪胎的使用壽命一般為12個月左右，錯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%．

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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年度黑龍江工程學院青年基金資助項目(2012QJ07).

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

U463.341

A

10.7511/dllgxb201503006