3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線背絲問題的工藝優化

孫仲超，陳立強，邱長青，張建立，杜源花

（山東勝通鋼簾線股份有限公司，山東 東營 257500）

隨著國內輪胎產能的持續提升，行業競爭壓力日趨激烈，負荷能力強、安全性能出色、耐磨性能穩定的子午線輪胎愈發受到輪胎行業的重視。鋼絲簾線作為子午線輪胎的主要骨架材料，其產品穩定性及在輪胎中的使用性能對成品輪胎質量產生直接影響[1-3]。面對復雜的市場環境，子午線輪胎對鋼絲簾線的性能需求也日益多樣，鋼絲簾線除滿足基本破斷力、銅含量等要求外，還要求具備良好的耐疲勞性能。與此同時，在輪胎輕量化、綠色化的發展方向中，鋼絲簾線的發展也呈現出一系列新特點[4-5]：（1）傳統交互捻制且帶外繞絲多層結構的鋼絲簾線正逐漸被同捻向、無外繞絲的新型鋼絲簾線所替代；（2）普通強度（NT）的鋼絲簾線正被高強度（HT）、超高強度（ST）、特高強度（UT）的鋼絲簾線所替代，強度更高的鋼絲簾線在輪胎生產過程中能顯著減小膠料和鋼絲簾線的用量，更符合輪胎綠色化發展道路；（3）在捻制過程中鋼絲變形方式對鋼絲簾線的滲膠和耐疲勞等關鍵性能以及輪胎的綜合性能尤為重要，全滲膠空間預變形技術和預變形器Crimp預變形技術在不影響鋼絲簾線基本性能的同時，顯著提高了鋼絲簾線的滲膠性能，輪胎的使用性能更穩定；（4）膠料與鋼絲簾線間的粘合力是衡量輪胎骨架材料性能的重要指標，子午線輪胎技術的日益成熟對膠料與鋼絲簾線的耐老化性能也提出了更高要求，貝卡爾特（中國）技術研發有限公司開發的貝泰威鋼絲簾線在一定程度上提高了特定環境下老化粘合力保持率，同時改善膠料的耐熱老化性能，為鋼絲簾線鍍層的發展開辟了一個新方向。

我公司在為國內某大型工程機械輪胎企業生產3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線時，曾遇到產品成型不佳、背絲現象頻繁的問題。為提高生產效率，改善產品質量，本工作采用正交試驗法優選工藝參數[6]，得到3＋9＋15× 0.225ST鋼絲簾線背絲問題的改善方案。

1 實驗

1.1 鋼絲簾線的性能指標及背絲檢測方法

3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線的主要性能指標為：直徑 1.31 mm，捻向 Z/Z/Z，捻距 6.3/12.5/18 mm，破斷力 ≥3 510 N，鍍層銅質量分數 0.635，鍍層質量 3.8 g·kg-1。

GB/T 11181—2016《子午線輪胎用鋼簾線》中規定，鋼絲簾線成品應捻制均勻，不得出現背絲（背股）等缺陷。在鋼絲簾線生產過程中，常規背絲的檢測手段為背絲檢測儀（SBD）片接觸式檢測，其方法為選用符合鋼絲簾線直徑的SBD片（本試驗采用SBD片直徑為1.4 mm），在鋼絲簾線收卷時經過SBD片中間圓孔，如鋼絲簾線出現背絲（背股）現象，必然導致鋼絲簾線直徑超出SBD片直徑，使SBD片向上位移，從而觸動報警裝置，停車。背絲檢測方法如圖1所示。

1.2 正交試驗設計

結合以往生產經驗，確定影響3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線成品背絲問題的主要因素為＋3層芯線單絲預變形器（A）、＋9層殘余扭轉（B）和涂油棉線直徑（C）。其中，不同的預變形器對應不同的預變形量。相互獨立的參數選定后，根據這些參數在生產中可能的變化范圍來安排試驗，試驗測試的鋼絲簾線性能指標是捻制后成品鋼絲簾線的萬米背絲點數量。

正交試驗因素水平表見表1，選用L9（33）進行正交試驗設計，試驗方案如表2所示。

表1 正交試驗因素水平表

表2 正交試驗方案

2 結果與討論

依據正交試驗方案設計，將不同組合的影響因素進行調試，獲取不同工藝生產的3＋9＋15×0.225ST鋼簾線的萬米背絲點數量，結果見表3。

表3 試驗結果

為更直觀地探討正交試驗數據的變化規律，理清各影響因素對試驗結果的影響，對計算結果做進一步分析。試驗數據的極差分析結果如表4所示。

表4 正交試驗鋼絲簾線萬米背絲點數量極差分析結果

對比表3中9個試驗3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線的萬米背絲點數量可知，方案5的結果最理想，在給定的試驗條件下，鋼絲簾線背絲問題完全消除。

根據表4中各因素不同水平總和及平均值，可以看出各因素不同水平對鋼絲簾線萬米背絲點數量影響的變化趨勢，計算分析結果與表3試驗結果相吻合，即最優組合為A2B2C3，因此選出的最佳工藝組合為：＋3層芯線單絲預變形器選用預變形器sleeve15、＋9層殘余扭轉控制在（18±3）圈范圍內、涂油棉線直徑為1 mm。

本試驗中選取萬米背絲點數量為最終輸出結果，極差值的大小與試驗結果呈負相關性，極差值越小表示對試驗結果影響越大，反之則正相反。由表4可知，試驗因素影響3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線成品背絲問題的主次順序依次為涂油棉線直徑、＋9層殘余扭轉、＋3層芯線單絲預變形器。由此可見，涂油棉線直徑對萬米背絲點數量的影響最大。

3 工藝穩定性評估

采用所選的最優工藝組合，對3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線成品背絲問題進行工藝穩定性評估試驗。評估試驗選用小批量捻股機臺進行連續生產，讀取SBD片報警次數，并采用人工測量確認法進行測試，統計結果如表5所示。

由表5可知，背絲率總計僅為6%，由此判定優選工藝組合較為理想，生產過程穩定。

表5 工藝穩定性評估結果

4 結論

采用正交試驗法對3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線背絲問題進行測試，得到較為理想的工藝組合條件：＋3層芯線單絲預變形器選用預變形器sleeve15、＋9層殘余扭轉控制在（18±3）圈范圍內、涂油棉線直徑為1 mm。同時確定影響該結構鋼絲簾線背絲的首要因素為涂油棉線直徑，即棉線涂油量。

實踐證明，采用優化工藝生產的3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線背絲現象出現的頻率顯著降低，生產過程穩定，生產效率得到較大提升，產品各項性能指標均符合客戶標準要求，優化工藝在實際生產中得到了廣泛推廣。