胎圈钢丝及其生产工艺发展.doc

胎圈钢丝及其生产工艺发展 周黄山,张江伟,曹小峰,汤　为 (上海天懋集团技术中心,上海　201405) 　　摘要:介绍胎圈钢丝及其生产工艺的现状和发展趋势。胎圈钢丝正从较细规格、单一品种向粗规格、多品种发展,冷拉胎圈钢丝逐步淘汰,回火胎圈钢丝得到普及,从普通强度胎圈钢丝升级到高强度和超高强度胎圈钢丝。异形断面胎圈钢丝和镀锌胎圈钢丝将成为胎圈钢丝发展趋势。 关键词:胎圈钢丝;生产工艺;发展趋势 中图分类号:ＴＱ330.38+9　　文献标识码:Ｂ　　文章编号:1006 8171(2010)10 0588 04 　　橡胶工业用骨架材料有纤维和金属材料,纤维骨架材料主要有棉帘线、玻璃丝帘线、人造丝帘线、聚酯帘线和锦纶帘线。目前,棉帘线和玻璃丝帘线已不用或很少用,而主要采用人造丝帘线、聚酯帘线和锦纶帘线。金属骨架材料品种较多,橡胶制品企业根据产品不同,选择的金属骨架材料也不一样。用量比较大的金属骨架材料有胎圈钢丝(包括冷拉胎圈钢丝和回火胎圈钢丝,冷拉胎圈钢丝基本处于淘汰边缘)、钢丝帘线和胶管钢丝等。金属骨架材料的使用比例和用量越来越大,使用范围也越来越广。 本文主要介绍胎圈钢丝及其生产工艺的现状和发展趋势。 1　胎圈钢丝的发展 较早生产胎圈钢丝的有比利时贝卡尔特和韩国高丽制钢等公司。我国于20世纪70年代初开始研发胎圈钢丝,当时胎圈钢丝生产技术不够成熟,再加上国际技术壁垒严重,导致我国胎圈钢丝生产工艺水平落后,基本都是冷拉胎圈钢丝。随着改革开放,我国橡胶工业快速发展,特别是20世纪90年代后,子午线轮胎生产飞速发展,胎圈钢丝用量与日俱增,目前我国年生产能力达到万吨的胎圈钢丝生产企业已有10余家。胎圈钢丝规格和结构对其使用性能和生产成本影响较大。胎圈钢丝正从较细规格、单一品种向粗规格、多品种发展,冷拉胎圈钢丝逐步淘汰,回火胎圈钢丝得到普及,从普通强度胎圈钢丝升级到高强度胎圈钢丝,甚至有些企业已经开始生产超高强度回火胎圈钢丝。 胎圈钢丝在轮胎中要承受极其复杂的交变负荷和冲击负荷,从而对其性能要求很高。胎圈钢丝不仅要具有较高的强度和良好的耐疲劳性能,还要具有抗冲击、伸长率大、扭转次数高和扭矩低等特性。随着轮胎性能的不断提高,对胎圈钢丝的要求也越来越高,由于胎圈钢丝的材质对其性能起着决定性作用,因此对线材的碳含量和微量元素及纯净度的要求更加苛刻。 胎圈钢丝必须与橡胶具有良好的粘合性能。胎圈钢丝不仅要与橡胶牢固地粘合在一起,而且在使用过程中不能过早分离。光面钢丝与橡胶的粘合性能极差,因此必须在钢丝表面均匀覆盖镀层。镀层品种主要有纯铜、锡青铜、黄铜和纯锌等单金属或二元合金[1]。胎圈钢丝表面镀层的品种取决于橡胶制品的品种、运行速度、受力状态以及胶料配方,在能够满足橡胶制品使用性能的前提下,通常采用成本较低的镀层。经过不断筛选和优化,同时也根据轮胎企业对产品性能的要求,目前胎圈钢丝镀层主要以青铜为主。 钢丝与橡胶粘合是一门非常复杂的学科,粘合性能是轮胎企业关键控制指标。对于胎圈钢丝生产企业来说,影响胎圈钢丝与橡胶粘合性能的因素很多,如工艺、生产控制和设备等,稍有疏忽就很有可能造成粘合性能不良。胎圈钢丝与橡胶粘合性能的提高主要通过镀层成分、镀层厚度和镀铜方法优化来实现。 2　胎圈钢丝基本性能要求 胎圈钢丝是一种镀青铜、紫铜或黄铜等,用于加强轮胎胎圈的钢丝。由胎圈钢丝和隔离胶制成的钢丝圈使外胎紧密固定在轮辋上,在轮胎行驶中钢丝圈承受拉伸、压缩、扭转及离心作用力。胎圈钢丝用于各种类型轮胎,包括轿车轮胎、载重轮胎、航空轮胎、摩托车轮胎和自行车轮胎等。随着轮胎产量的不断提高,胎圈钢丝的需求量也越来越大,对其质量要求也越来越严格。 2.1　物理性能 很长一段时间我国主要生产镀紫铜冷拉胎圈钢丝,基本为普通强度胎圈钢丝,极少有高强度胎圈钢丝,后来经过技术革新和新技术逐步渗入国内,胎圈钢丝强度等级发生变化。根据ＧＢ/Ｔ14450—2008《胎圈用钢丝》规定,胎圈钢丝分为普通强度和高强度,目前已开发出超高强度(抗拉强度为2350ＭＰａ以上)胎圈钢丝,但目前国内外轮胎企业很少使用超高强度胎圈钢丝[2]。胎圈钢丝抗拉强度指标如表1所示。 提高胎圈钢丝强度可减少胎圈钢丝用量,从而减小轮胎质量,降低滚动阻力,节省能耗,降低轮胎生产成本。 ＧＢ/Ｔ14450—1993中规定,胎圈钢丝断裂总伸长率不小于3%,但冷拉胎圈钢丝断裂总伸长率非常小,几乎为零。随着载重子午线轮胎不断发展,3%的断裂总伸长率已远不能满足轮胎性能要求。ＧＢ/Ｔ14450—2008中规定,钢丝断裂总伸长率不得小于5%,而国外先进公司标准为不小于6%,甚至有达到8%以上的。断裂总伸长率是胎圈钢丝的一个关键指标,轮胎受力时,钢丝圈最内层钢丝首先变形,然后通过压缩隔离胶依次传递到最外层,钢丝圈层