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]。

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

本文重點對生產中遇到的入廠檢驗合格的胎圈鋼絲用于輪胎后胎圈鋼絲與膠料過早分離現象進行原因分析，以期解決胎圈鋼絲與膠料脫層問題。

1 實驗

1.1 原材料

輪胎生產常用胎圈鋼絲，市售。

1.2 主要設備和儀器

GT-AI7000M型電子拉力機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；TGA/DSC型熱重分析儀，梅特勒-托利多公司產品；IS10型紅外光譜儀，賽默飛世爾公司產品；JSM-7610F型場發射掃描電子顯微鏡（SEM），日本電子公司產品。

1.3 測試分析

（1）按照GB/T 14450—2016《胎圈用鋼絲》對胎圈鋼絲進行檢測。

（2）對生產中產生的異常輪胎胎圈膠料以及車間正常生產輪胎胎圈膠料進行組分分析。

（3）利用SEM對膠料表面形貌進行觀察和分析。

2 結果與討論

2.1 胎圈鋼絲性能

按照GB/T 14450—2016對公司購置的胎圈鋼絲（普通強度、低錫青銅）進行入廠檢測，檢測結果見表1，與膠料過早分離的胎圈鋼絲簡稱異常胎圈鋼絲，與膠料未過早分離的胎圈鋼絲簡稱正常胎圈鋼絲。

表1 胎圈鋼絲檢測性能結果

從表1可以看出，異常胎圈鋼絲與正常胎圈鋼絲入廠檢測各項性能差別不大，均符合國家標準要求。

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，對分離后的膠料進行化學組分分析，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、鈷含量等方面進行逆向分析。結果表明，正常胎圈鋼絲膠料與異常胎圈鋼絲膠料的化學組分測試數據完全一致，說明膠料配方正常，并非因膠料問題導致膠料與胎圈鋼絲過早分離。

在分離樣品時發現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，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。

對膠料的灰分進行定性和定量分析發現，異常胎圈鋼絲膠料中的銅含量遠遠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的粘合力，而鋼絲與鍍層間粘合力較弱，導致鍍層與鋼絲過早分離。

2.3 鋼絲表面形貌分析

利用SEM對未經處理的異常胎圈鋼絲和正常胎圈鋼絲表面鍍層形貌進行觀察，結果見圖1和2。

從圖1和2可以看出，放大50倍時可以觀察到正常胎圈鋼絲表面鍍層均勻性優于異常胎圈鋼絲，放大1 000倍時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，可能是因為鋼絲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致出現脫層。因此，在實際生產過程中應加強胎圈鋼絲鍍層表面的質量控制以及成分分析和監控。

圖2 未經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 結論

從膠料配方、鋼絲鍍層成分、鋼絲表面形貌3個方面分析了胎圈鋼絲與膠料脫層問題的原因。結果表明，胎圈鋼絲鍍層損傷或均勻性較差對鋼絲鍍層與鋼絲間粘合力有較大影響。胎圈鋼絲在生產過程中除了做好鋼絲鍍層質量及成分的監控外，還應做好鋼絲鍍層損傷和均勻性的監控，以防止因鋼絲鍍層與鋼絲間粘合力低導致輪胎廢次品的產生。