胎圈钢丝及其生产工艺发展

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1、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:10068171(2010)10058804　　橡胶工业用骨架材料有纤维和金属材

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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/Ｔ1445

8、0—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,钢丝圈层与层之间有一定的压力降,越往外层受力越小,若胎圈钢丝有足够的断裂总