檸檬酸對胎圈鋼絲鍍層影響的研究※

2016-11-28 03:42:38孫彬陳殿龍辛振祥張振秀姚利麗倪自飛苗為鋼

橡塑技術與裝備 2016年5期

孫彬，陳殿龍，辛振祥，張振秀*，姚利麗，倪自飛，苗為鋼

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

檸檬酸對胎圈鋼絲鍍層影響的研究※

Study of the effect of citric acid on bead wire’s coating

孫彬1，陳殿龍1，辛振祥1，張振秀1*，姚利麗2，倪自飛2，苗為鋼2

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

主要研究了子午線胎圈鋼絲的化學鍍液中添加檸檬酸后對胎圈鋼絲鍍層的影響。通過測試胎圈鋼絲鍍層的厚度與銅錫含量，胎圈鋼絲與胎圈橡膠的粘合性能，并用掃描電鏡觀察胎圈鋼絲的鍍層，結果表明：檸檬酸加入鍍液后，能夠明顯提高鍍液的穩定性，增加胎圈鋼絲的鍍層厚度，而對胎圈鋼絲鍍層的銅錫含量影響不大；鍍液中添加檸檬酸，胎圈鋼絲表面溝槽深度明顯增加，與胎圈橡膠的黏合性能更加優異。

檸檬酸；胎圈鋼絲；鍍層；黏合

鍍青銅回火胎圈鋼絲在子午線輪胎中的應用已經得到普及[1]，其用量隨輪胎工業的發展不斷增長。青銅中含有金屬錫成分，少量的錫可以提高鋼絲的耐腐蝕性能及耐熱老化性能等。在鍍青銅回火胎圈鋼絲的鍍層工藝中，常使用化學置換鍍錫青銅的方法。化學置換鍍錫青銅是以電化學置換反應為基礎，從而獲得鍍層的方法。該法具有沉積速度快、工藝簡單與橡膠結合力強等特點[2]。

化學置換鍍青銅的鍍液成分主要是硫酸銅和硫酸亞錫[3]，實際生產中，鍍液中Sn2+受空氣中氧的作用極易被氧化為Sn4+，Sn4+易于水解成偏錫酸呈白色沉淀，從而使鍍液混濁失效[4]。同時在酸度不足時Sn2+也會直接水解生成沉淀。檸檬酸對Sn2+離子具有比較好的絡合性和還原性[5]，檸檬酸作為錫離子的配位劑，可與錫離子生成較為穩定的配位離子，抑制錫離子的水解，維持鍍液的穩定[6]。本文主要研究了胎圈鋼絲鍍液添加檸檬酸后對胎圈鋼絲鍍層的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

檸檬酸，天津市永成化學試劑有限公司；Φ0.95 mm HT酸洗回火胎圈鋼絲，江蘇興達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；硫酸，硫酸銅，硫酸亞錫均為市售分析純試劑。

1.2 主要儀器與設備

X(S)K-160型開煉機，上海雙翼橡塑機械有限公司；XLB-400型平板硫化機，青島亞東橡機有限公司；萬能實驗機Z010，德國茲韋克公司；掃描電鏡EVO18，德國蔡司公司；VARIAN 700型電感耦合等離子原子發射光譜儀，美國安捷倫公司。

表1 鍍液配方

1.3 試樣制備

（1）胎圈鋼絲鍍液的配制：按照表1配制胎圈鋼絲化學置換鍍青銅所用的鍍液。

（2）胎圈鋼絲化鍍處理：給Φ0.95 mm HT酸洗回火胎圈鋼絲編號后，放入的鍍液槽中，處理5 s后馬上取出，用80 ℃熱蒸餾水沖洗30 s，烘干鋼絲。

（3）鋼絲黏合試樣制備：用開煉機將胎圈橡膠塑練，下片，裁剪。把處理好的胎圈橡膠與化鍍后的胎圈鋼絲放入特制的模具中，用平板硫化機加壓硫化。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。硫化好的試樣放置24 h后做抽出實驗。

1.4 實驗測試

黏合性能測試：按照國家標準GB/T5755—2000，在萬能實驗機上對黏合試樣進行抽出實驗，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對胎圈鋼絲的表面鍍層進行觀察。使用掃描電子顯微鏡對胎圈鋼絲的橫切面進行觀察并測量鍍層的厚度。

使用電感耦合等離子體原子發射光譜儀[7]測定胎圈鋼絲鍍層中銅錫含量。

鍍液穩定性測試：取無檸檬酸的鍍液與有檸檬酸的鍍液各一瓶，室溫放置一段實驗后觀察比較鍍液的穩定狀況。

2 結果與討論

2.1 檸檬酸對胎圈鋼絲鍍液穩定性的影響

表2看出，不加檸檬酸的鍍液穩定性很差，鍍液中的錫離子很快水解沉淀，導致鍍液渾濁。而鍍液添加檸檬酸后，由于檸檬酸對Sn2+離子絡合與還原作用，使得胎圈鋼絲鍍液較長時間保持澄清，在實際生產中有助于提高胎圈鋼絲鍍液的穩定性。

表2 檸檬酸對鍍液穩定性的影響

表3 檸檬酸對鍍層銅錫含量(質量百分數)的影響

2.2 檸檬酸對胎圈鋼絲鍍層銅錫含量的影響

由表3看出，向鍍液中加入檸檬酸酸后，胎圈鋼絲鍍層中銅錫含量上下浮動不超過0.3%，考慮到實驗過程中的正常誤差，這種程度的變化可以忽略不計。后經重復實驗測得胎圈鋼絲鍍層中銅錫含量始終上下浮動不超過0.3%，表明檸檬酸加入鍍液后對胎圈鋼絲鍍層的銅錫含量基本沒有影響。

2.3 胎圈鋼絲與胎圈橡膠的黏合性能

胎圈鋼絲與橡膠黏合主要依靠鋼絲鍍層中銅單質與橡膠大分子、硫磺三者的交聯成鍵作用[8]，因此胎圈鋼絲的鍍層直接影響胎圈鋼絲與橡膠的黏合性能，由圖1看出，相比不加檸檬酸的鍍液化鍍的胎圈鋼絲，添加檸檬酸的鍍液化鍍的胎圈鋼絲與橡膠的黏合性能更好，抽出力有較大提升。實驗結果證明檸檬酸添加到鍍液后會影響胎圈鋼絲的鍍層性質，從而提高胎圈鋼絲與橡膠的黏合性能。