胎圈钢丝与胶料脱层问题分析

马秀菊，侯京斌，倪淑杰，王苗苗

（三角轮胎股份有限公司，山东 威海 264200）

胎圈钢丝是轮胎胎圈部位增强用金属骨架材料[1]，而胎圈是轮胎的重要组成部分，主要用途是使轮胎紧密地固定在轮辋上，并承受外胎与轮辋的各种相互作用力，这就要求胎圈钢丝必须与胶料具有良好的粘合性能[2-4]。

轮胎行业中关于胎圈钢丝与胶料粘合性能的研究报道不少[5-10]，但是对钢丝镀层与钢丝的结合力的分析较少，主要为钢丝生产厂家自行监控，目前尚无合适的方法用于监控钢丝表面镀层与钢丝间粘合力。

本文重点对生产中遇到的入厂检验合格的胎圈钢丝用于轮胎后胎圈钢丝与胶料过早分离现象进行原因分析，以期解决胎圈钢丝与胶料脱层问题。

1 实验

1.1 原材料

轮胎生产常用胎圈钢丝，市售。

1.2 主要设备和仪器

GT-AI7000M型电子拉力机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；TGA/DSC型热重分析仪，梅特勒-托利多公司产品；IS10型红外光谱仪，赛默飞世尔公司产品；JSM-7610F型场发射扫描电子显微镜（SEM），日本电子公司产品。

1.3 测试分析

（1）按照GB/T 14450—2016《胎圈用钢丝》对胎圈钢丝进行检测。

（2）对生产中产生的异常轮胎胎圈胶料以及车间正常生产轮胎胎圈胶料进行组分分析。

（3）利用SEM对胶料表面形貌进行观察和分析。

2 结果与讨论

2.1 胎圈钢丝性能

按照GB/T 14450—2016对公司购置的胎圈钢丝（普通强度、低锡青铜）进行入厂检测，检测结果见表1，与胶料过早分离的胎圈钢丝简称异常胎圈钢丝，与胶料未过早分离的胎圈钢丝简称正常胎圈钢丝。

表1 胎圈钢丝检测性能结果

从表1可以看出，异常胎圈钢丝与正常胎圈钢丝入厂检测各项性能差别不大，均符合国家标准要求。

2.2 胶料

通过解剖轮胎将胎圈分离出来，并将胶料与钢丝分离，对分离后的胶料进行化学组分分析，即分别从胶料的含胶率、胶型及其并用比、炭黑含量、氧化锌含量、钴含量等方面进行逆向分析。结果表明，正常胎圈钢丝胶料与异常胎圈钢丝胶料的化学组分测试数据完全一致，说明胶料配方正常，并非因胶料问题导致胶料与胎圈钢丝过早分离。

在分离样品时发现异常胎圈钢丝表面为无色，且胶料与钢丝极易分离，正常胎圈钢丝与胶料间粘合力强，不易分离，且分离后的钢丝颜色与未使用前颜色基本一致。由此推断异常胎圈钢丝的镀层可能有损伤或者镀层不均匀，导致钢丝与镀层间粘合力小于胶料与镀层间粘合力，造成钢丝与镀层脱层。

对胶料的灰分进行定性和定量分析发现，异常胎圈钢丝胶料中的铜含量远远大于正常胎圈钢丝胶料中的铜含量，这也表明异常胎圈钢丝镀层与胶料间具有较强的粘合力，而钢丝与镀层间粘合力较弱，导致镀层与钢丝过早分离。

2.3 钢丝表面形貌分析

利用SEM对未经处理的异常胎圈钢丝和正常胎圈钢丝表面镀层形貌进行观察，结果见图1和2。

从图1和2可以看出，放大50倍时可以观察到正常胎圈钢丝表面镀层均匀性优于异常胎圈钢丝，放大1 000倍时能更清晰地观察到正常胎圈钢丝表面平整且镀层均匀，而异常胎圈钢丝表面较粗糙。

图1 未经处理的异常胎圈钢丝表面形貌

图3和4为异常胎圈钢丝和正常胎圈钢丝弯曲180°后的表面形貌。

从图3和4可以看出，弯曲后正常胎圈钢丝和异常胎圈钢丝表面镀层均有一定程度的损坏，而异常胎圈钢丝表面镀层的损坏更为明显，可能是因为钢丝镀层损伤或者镀层不均匀。这也表明正常胎圈钢丝镀层与钢丝间粘合力大于异常胎圈钢丝镀层与钢丝间粘合力，由于异常胎圈钢丝镀层与钢丝间粘合力较小导致出现脱层。因此，在实际生产过程中应加强胎圈钢丝镀层表面的质量控制以及成分分析和监控。

图2 未经处理的正常胎圈钢丝表面形貌

图3 弯曲180°后异常胎圈钢丝表面形貌

图4 弯曲180°后正常胎圈钢丝表面形貌

3 结论

从胶料配方、钢丝镀层成分、钢丝表面形貌3个方面分析了胎圈钢丝与胶料脱层问题的原因。结果表明，胎圈钢丝镀层损伤或均匀性较差对钢丝镀层与钢丝间粘合力有较大影响。胎圈钢丝在生产过程中除了做好钢丝镀层质量及成分的监控外，还应做好钢丝镀层损伤和均匀性的监控，以防止因钢丝镀层与钢丝间粘合力低导致轮胎废次品的产生。