子午線輪胎用骨架材料的成分檢測

王愛盛，徐 凱，孫艷玲，馬曉飛

（山東華盛橡膠有限公司，山東 東營 257000）

骨架材料對輪胎起支撐作用，使輪胎承受車輛負荷以及行駛過程中不產生嚴重變形。骨架材料的直徑、密度與捻度等結構性質在很大程度上決定了其拉伸與扭轉性能，從而影響輪胎的使用壽命和噪聲[1]。

骨架材料的性能除了受結構影響外，與材質也有很大關系。對骨架材料與橡膠的粘合性能而言，纖維簾線的粘合性能一般優于鋼絲簾線，因此廠家常通過在鋼絲簾線表面添加鍍層以增強其與橡膠的粘合性能。鍍層中的金屬離子種類與含量直接影響鋼絲簾線與橡膠的粘合性能。對拉伸性能而言，鋼絲簾線一般優于纖維簾線，而纖維簾線因其材質不同而性能各異。纖維骨架材料易吸潮，不僅影響其物理性能[2-4]，甚至在高溫硫化環境中會因水分受熱蒸發而產生氣泡。

由于骨架材料的性能直接影響輪胎的性能與壽命，因此對骨架材料進行分析評價很有必要[5]。呂青等[6]將鋼絲簾線試樣溶解后用電感耦合等離子體發射光譜（ICP-OES）儀測試了鈷離子含量；王寶玉等[7]采用ICP-OES測試了銅離子含量，并采用X射線熒光光譜法與分光光度法測試了錫離子含量。

本工作分別采用ICP-OES儀和氣相色譜-質譜（GC-MS）聯用儀測試4種胎圈鋼絲鍍層的金屬離子含量和3種纖維簾線的熱裂解產物，為輪胎行業檢測和選用適宜的骨架材料提供參考。

1 實驗

1.1 試樣

胎圈鋼絲：HT低錫銅絲A（1#試樣）、HT低錫銅絲B（2#試樣）、HT高錫鋼絲A（3#試樣）、HT高錫鋼絲B（4#試樣）。

纖維簾線：聚酰胺66纖維簾線（5#試樣）、聚酯纖維簾線（6#試樣）、人造絲簾線（7#試樣）。

1.2 主要儀器

Avio200型ICP-OES儀，美國PE公司產品；GC-MS聯用儀，日本島津公司產品；EGA/PY-3030D型微爐式熱裂解器，日本Frontier公司產品。

1.3 試驗條件

1.3.1 ICP-OES儀

設置等離子體氣流量為10 mL·min-1，輔助氣流量為0.2 mL·min-1，霧化器流量為0.55 mL·min-1，功率為1 300 W，光源穩定時間為15 s，銅離子檢測波長為327.393 mm，錫離子檢測波長為206.200 mm。

1.3.2 GC-MS聯用儀

GC載氣為氦氣，進樣口溫度為300 ℃，分流比為100，吹掃氣流量為3 mL·min-1，初始溫度為50℃，以10 ℃·min-1的速率升溫至300 ℃并保持15 min；MS離子源溫度為250 ℃，從0.5 min開始掃描，掃描間隔時間為0.5 s，掃描速度為1 000 amu·s-1，初始質荷比（m/z）為29，結束m/z為500。

1.4 分析測試

1.4.1 胎圈鋼絲

（1）繪制標準曲線。分別準確移取1 000 mg·mL-1的銅離子標準溶液1，3，5，7 mL，準確移取10 mg·L-1（低錫）或100 mg·L-1（高錫）標準溶液1，3，5，7 mL于100 mL容量瓶中，再加入5 mL鹽酸，然后用超純水定容，搖勻備用。

（2）試樣制備。準確稱取10 g試樣，加入20 mL氨水，再加入4 mL過氧化氫（分4次加入，每次約加入1 mL），反應完全后將試樣加熱至沸騰且溶液變混濁，以除去氨水和過氧化氫，然后加入5 mL的鹽酸中和，最后加入5 mL鹽酸并用超純水稀釋至100 mL，搖勻后裝入試管備用。

（3）測試。將標準溶液和試樣溶液放入ICPOES儀的自動進樣器內，在工作軟件中編輯試樣信息并設置儀器試驗條件，依次進行測試，要求標準曲線校正系數≥0.999。

1.4.2 纖維簾線

熱裂解器的裂解溫度為600 ℃，熱裂解器與GC連接處溫度為300 ℃，設置好儀器參數后，將1 mg試樣放入熱裂解器進樣盅內，打開排氣旋鈕，排氣20 s后關閉旋鈕，待儀器準備就緒后開始試驗。通過GC-MS聯用儀分析，得到纖維簾線的總離子流譜，對譜圖的特征碎片峰質譜在NIST譜庫中進行檢索對比分析。

2 結果與討論

2.1 胎圈鋼絲

檢測1#和2#試樣銅離子和錫離子的質量分數及鍍層質量，并計算其相對標準偏差（RSD），結果分別見表1和2。

從表1和2可以看出，1#和2#試樣的銅離子和錫離子在溶液中的質量濃度、在鍍層中的質量分數及鍍層質量的RSD均小于2%，說明本工作測試方法具有良好的精密度。

表1 1#試樣的金屬離子質量分數和鍍層質量檢測結果

測試3#和4#試樣中銅離子和錫離子的質量分數和鍍層質量，并計算其標準偏差（S），結果見表3。

從表3可以看出，3#和4#試樣鍍層中銅離子和錫離子的質量分數S的絕對值均小于5%，表明本工作測試方法具有良好的準確性。

表2 2#試樣的金屬離子質量分數和鍍層質量檢測結果

表3 3#和4#試樣的金屬離子質量分數和鍍層質量檢測結果

4種胎圈鋼絲試樣中銅離子和錫離子的質量分數及鍍層質量檢測結果與廠家指標對比見表4。

表4 4種胎圈鋼絲試樣的金屬離子質量分數和鍍層質量檢測結果與廠家指標對比

從表4可以看出：3#和4#試樣作為高錫鋼絲，其錫離子的質量分數明顯大于1#和2#試樣；4種胎圈鋼絲試樣的銅離子和錫離子的質量分數及鍍層質量均在廠家指標范圍內。

2.2 纖維簾線

5#試樣的GC-MS總離子流譜見圖1。

分析圖1并通過檢索可以得出：保留時間為3.167 min的1#物質為環戊酮；保留時間為3.600 min的2#物質為1-氨基-5-己烯；保留時間為3.700 min的3#物質為正己胺；保留時間為22.250 min的4#物質為1，8-二氮雜環十四烷-2，7-二酮。

6#試樣的GC-MS總離子流譜見圖2。

分析圖2并通過檢索可以得出：保留時間為1.525 min的1#物質為甲酸乙烯酯；保留時間為8.117 min的2#物質為N-甲氧基-N-甲基苯甲酰胺；保留時間為14.342 min的3#物質為5-乙基-5-苯基海因；保留時間為20.958 min的4#物質為苯甲酰甲酸乙酯。

7#試樣的GC-MS總離子流譜見圖3。

分析圖3并通過檢索可以得出：保留時間為1.508 min的1#物質為二氧化碳；保留時間為1.817 min的2#物質為乙醛；保留時間為2.150 min的3#物質為1-羥基-2-丙酮；保留時間為4.342 min的4#物質為苯乙烯。

以上結果顯示，在每種纖維簾線試樣中檢出的物質在其他2種試樣的譜圖中均未發現，可以依此明顯區分3種纖維簾線的材質。

3 結語

本工作采用ICP-OES儀測試了胎圈鋼絲中的銅離子和錫離子的質量分數及鍍層質量，測試結果的RSD小于2%，S絕對值小于5%，表明本工作測試方法的精密度和準確性良好。還采用Py-GCMS分析了聚酰胺66、聚酯與人造絲3種纖維簾線的總離子流譜，發現其裂解產物各不相同，可以依此區分3種纖維簾線的材質。