鍍前酸洗與鍍液配方對胎圈鋼絲與橡膠黏合性能的影響

孫彬，辛振祥，張振秀*，姚利麗，倪自飛，苗為鋼

(1.青島科技大學(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266042；2.江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司，江蘇 興化 225721)

鍍前酸洗與鍍液配方對胎圈鋼絲與橡膠黏合性能的影響

Effects of acid pickling and bath formulations on the adhesive performance of bead wire and rubber

孫彬1，辛振祥1，張振秀1*，姚利麗2，倪自飛2，苗為鋼2

(1.青島科技大學(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266042；2.江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司，江蘇 興化 225721)

以提高胎圈鋼絲與胎圈橡膠的黏合性能為目的，通過實(shí)驗(yàn)調(diào)整鍍前鹽酸酸洗的濃度并用均勻設(shè)計(jì)法優(yōu)化胎圈鋼絲的鍍液配方。結(jié)果表明：鹽酸酸洗濃度在160～170 g/L范圍內(nèi)，鍍層胎圈鋼絲與橡膠的黏合性能較好。鍍液配方中硫酸濃度在36～42 g/L范圍內(nèi)，硫酸亞錫濃度在0.86～1.00 g/L范圍內(nèi)，硫酸銅濃度在15～22 g/L范圍內(nèi)，鍍層胎圈鋼絲與橡膠的黏合性能較好。

酸洗；鍍液；胎圈鋼絲；黏合

胎圈鋼絲的鍍層質(zhì)量直接影響胎圈鋼絲與胎圈橡膠的黏合性能。胎圈鋼絲回火處理后, 表面仍殘留潤滑劑、氧化層等[1]，如果不進(jìn)行處理，會影響胎圈鋼絲的鍍層質(zhì)量，進(jìn)而影響胎圈鋼絲與橡膠黏合性能。胎圈鋼絲鍍前一般進(jìn)行酸洗處理，本文研究了不同濃度鹽酸酸洗胎圈鋼絲后對胎圈鋼絲與橡膠黏合性能的影響。

胎圈鋼絲的鍍液成分主要是硫酸銅和硫酸亞錫[2]，鍍液配方直接影響胎圈鋼絲鍍層的質(zhì)量。本文采用均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)法，以鍍液配方中硫酸、硫酸銅、硫酸亞錫的濃度為變量，以衡量胎圈鋼絲與橡膠黏合性能的抽出力及附膠率為響應(yīng)值，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，優(yōu)化了胎圈鋼絲的鍍液配方。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

Φ0.95 mm HT回火胎圈鋼絲，江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司；Φ0.95 mm HT酸洗胎圈鋼絲，江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司；半鋼子午線輪胎胎圈橡膠，某輪胎廠家提供；鹽酸，硫酸，硫酸銅，硫酸亞錫均為市售分析純試劑。

1.2 主要儀器與設(shè)備

X（S）K-160型開煉機(jī)，上海雙翼橡塑機(jī)械有限公司；XLB-400型平板硫化機(jī)，青島亞東橡機(jī)有限公司；萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)Z010，德國茲韋克公司；掃描電鏡EVO18，德國蔡司公司。

1.3 試樣制備

（1）胎圈鋼絲酸洗處理：將Φ0.95 mm HT回火胎圈鋼絲編號后，浸入不同濃度鹽酸的酸洗槽中，處理3 s后馬上取出，用80 ℃熱水沖洗30 s，烘干。

（2）胎圈鋼絲化鍍處理：將不同濃度鹽酸酸洗的胎圈鋼絲同時浸入一定鍍液配方的鍍液槽中，處理5 s后馬上取出，用80 ℃熱水沖洗30 s，烘干。另取Φ0.95 mm HT酸洗胎圈鋼絲編號后，浸入不同鍍液配方的鍍液槽中，處理5 s后馬上取出，用80 ℃熱水沖洗30 s，烘干。

（3）鋼絲黏合試樣制備：用開煉機(jī)將胎圈橡膠塑練，下片，裁剪。把處理好的胎圈橡膠與化鍍后的胎圈鋼絲一同放入特制的模具中，用平板硫化機(jī)加壓硫化。硫化溫度160 ℃，硫化時間20 min，硫化壓力10 MPa，胎圈鋼絲在橡膠中的包埋長度為5 cm。硫化后的試樣放置24 h后做抽出實(shí)驗(yàn)。

1.4 實(shí)驗(yàn)測試

黏合性能測試：按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5755—2000，在萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上對黏合試樣進(jìn)行抽出實(shí)驗(yàn)，抽出速度為50 mm/min，夾具抽出孔徑為12.5 mm。肉眼觀察抽出鋼絲表面的附膠率。

使用掃描電子顯微鏡觀察胎圈鋼絲表面。

2 結(jié)果與討論

2.1 鍍前酸洗對胎圈鋼絲與橡膠黏合性能的影響

使用不同濃度（表1）的鹽酸酸洗胎圈鋼絲，再對酸洗胎圈鋼絲化鍍，測試化鍍胎圈鋼絲與胎圈橡膠黏合試樣的抽出力與附膠率。由圖1的結(jié)果看出，胎圈鋼絲經(jīng)過酸洗后再化鍍，抽出力與附膠率均明顯提高。說明胎圈鋼絲酸洗后再化鍍，有利于提高胎圈鋼絲的鍍層質(zhì)量，進(jìn)而提升胎圈鋼絲與橡膠黏合性能。隨著鹽酸濃度的提高，抽出力呈先上升后下降的趨勢，在鹽酸濃度為170 g/L時達(dá)到最大值，附膠率也大體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。綜合來說鹽酸酸洗濃度在160～170 g/L范圍內(nèi)對提升胎圈鋼絲與橡膠的黏合性能效果較好。在胎圈鋼絲實(shí)際生產(chǎn)中，除了鹽酸濃度要控制在合適范圍內(nèi)，還要綜合考慮酸洗時間、酸洗溫度等工藝因素。

2.2 酸洗對胎圈鋼絲表面微觀形態(tài)的影響

由圖2對比發(fā)現(xiàn)，胎圈鋼絲酸洗之前，表面結(jié)構(gòu)蓬松，部分區(qū)域呈絮狀。原因應(yīng)該是胎圈鋼絲表面殘余的氧化層、潤滑劑等雜質(zhì)所致。這種表面顯然不利于鍍液中的銅錫離子在胎圈鋼絲基體表面的置換沉降。胎圈鋼絲經(jīng)過酸洗以后，胎圈鋼絲表面殘余的氧化層、潤滑劑等雜質(zhì)會被去除，表面變得平整潔凈，有利于提高胎圈鋼絲鍍層的質(zhì)量，從而提高胎圈鋼絲與橡膠的黏合性能。

圖1 試樣的抽出力與附膠率

2.3 鍍液配比對胎圈鋼絲與橡膠黏合性能影響

采用均勻設(shè)計(jì)法優(yōu)化胎圈鋼絲鍍液的配方，均勻設(shè)計(jì)法[3]的特點(diǎn)是能夠以較少的試驗(yàn)點(diǎn)獲得較多的信息。使用軟件為RCAD2003配方優(yōu)化系統(tǒng)，3個因子，13個水平，測試化鍍胎圈鋼絲與胎圈橡膠的抽出力與附膠率。使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。其中3個因子分別為硫酸銅、硫酸亞錫、硫酸，這三種物質(zhì)為鍍青銅胎圈鋼絲化鍍的鍍液基本組分，濃度選取范圍如下：

15 g/L≤硫酸銅≤45 g/L

0.6 g/L≤硫酸亞錫≤1.0 g/L

25 g/L≤硫酸≤55 g/L

圖2 酸洗前后胎圈鋼絲表面的掃描電鏡圖像

表2 均勻設(shè)計(jì)方案與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3 抽出力與附膠率的等高線曲面圖

通過分析圖3中六張抽出力與附膠率的等高線曲面圖（顏色越深代表抽出力與附膠率越高），得出以下結(jié)論：隨著鍍液配方中硫酸濃度的增加，黏合試樣的抽出力與附膠率呈先上升后下降的趨勢，其中硫酸濃度在37～47 g/L范圍內(nèi)抽出力較高，在30～41 g/L范圍內(nèi)附膠率較高。隨著硫酸亞錫濃度的增加，黏合試樣的抽出力與附膠率基本呈上升趨勢，其中硫酸亞錫濃度在0.86～0.10 g/L范圍內(nèi)抽出力較高，在0.82～1.00 g/L范圍內(nèi)的附膠率較高。隨著硫酸銅濃度的增加，黏合試樣的抽出力與附膠率基本呈下降趨勢，其中硫酸銅濃度在15～25 g/L范圍內(nèi)的抽出力較高，在15～22 g/L范圍內(nèi)的附膠率較高。

綜合來看，胎圈鋼絲鍍液中硫酸濃度在36～42 g/L范圍內(nèi)，硫酸亞錫濃度在0.86～1.00 g/L范圍內(nèi)，硫酸銅濃度在15～22 g/L范圍內(nèi)，化鍍后的胎圈鋼絲與胎圈橡膠的黏合性能較好。

3 結(jié)論

酸洗能使胎圈鋼絲表面變得平整潔凈，有利于下一步胎圈鋼絲的化鍍。隨著鹽酸酸洗濃度的提高，胎圈鋼絲與橡膠的黏合性能呈先上升后下降的趨勢。酸洗濃度在160～170 g/L范圍內(nèi)對提升胎圈鋼絲與橡膠的黏合性能效果最好。胎圈鋼絲鍍液中硫酸濃度在 36～42 g/L范圍內(nèi)，硫酸亞錫濃度在0.86～1.00 g/L范圍內(nèi)，硫酸銅濃度在15～22 g/L范圍內(nèi)，化鍍后的胎圈鋼絲與橡膠的黏合性能較好。

[1] 王寶玉，謝景，李曉煜. 回火胎圈鋼絲的表面處理[J]. 金屬制品，2001，28(4)：5 11～12.

[2] 周黃山，張江偉，曹小峰，湯為. 胎圈鋼絲及其生產(chǎn)工藝發(fā)展[J]. 輪胎工業(yè), 2010，30： 588～591.

[3] 辛振祥，劉莉，桂亮，管林舟，高立君. RCAD2003配方優(yōu)化系統(tǒng)在NBR 密封制品配方研究中的應(yīng)用[J]. 橡膠工業(yè), 2004, 51(9)： 527～530.

(R-02)

TQ330.16

1009-797X(2016)07-0056 -04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.07.016

孫彬(1987-)，男，碩士研究生。

*為通信聯(lián)系人，副教授、研究生導(dǎo)師。

2015-09-18

江蘇省博士后科研資助計(jì)劃（301078C)