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(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266042；2. 江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司，江蘇 興化 225721)

檸檬酸對(duì)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(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266042；2. 江蘇興達(dá)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(xué)鍍液中添加檸檬酸后對(duì)胎圈鋼絲鍍層的影響。通過(guò)測(cè)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(jié)果表明：檸檬酸加入鍍液后，能夠明顯提高鍍液的穩(wěn)定性，增加胎圈鋼絲的鍍層厚度，而對(duì)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(yōu)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(yīng)用已經(jīng)得到普及[1]，其用量隨輪胎工業(yè)的發(fā)展不斷增長(zhǎng)。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(xué)置換鍍錫青銅的方法?；瘜W(xué)置換鍍錫青銅是以電化學(xué)置換反應(yīng)為基礎(chǔ)，從而獲得鍍層的方法。該法具有沉積速度快、工藝簡(jiǎn)單與橡膠結(jié)合力強(qiáng)等特點(diǎn)[2]。

化學(xué)置換鍍青銅的鍍液成分主要是硫酸銅和硫酸亞錫[3]，實(shí)際生產(chǎn)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(shí)在酸度不足時(shí)Sn2+也會(huì)直接水解生成沉淀。檸檬酸對(duì)Sn2+離子具有比較好的絡(luò)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(wěn)定的配位離子，抑制錫離子的水解，維持鍍液的穩(wěn)定[6]。本文主要研究了胎圈鋼絲鍍液添加檸檬酸后對(duì)胎圈鋼絲鍍層的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

檸檬酸，天津市永成化學(xué)試劑有限公司；Φ0.95 mm HT酸洗回火胎圈鋼絲，江蘇興達(dá)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?cè)噭?/p>

1.2 主要儀器與設(shè)備

X(S)K-160型開(kāi)煉機(jī)，上海雙翼橡塑機(jī)械有限公司；XLB-400型平板硫化機(jī)，青島亞?wèn)|橡機(jī)有限公司；萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)Z010，德國(guó)茲韋克公司；掃描電鏡EVO18，德國(guó)蔡司公司；VARIAN 700型電感耦合等離子原子發(fā)射光譜儀，美國(guó)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(xué)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(hào)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(kāi)煉機(jī)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(jī)加壓硫化。硫化溫度160 ℃，硫化時(shí)間20 min，硫化壓力10 MPa，胎圈鋼絲在橡膠中的包埋長(zhǎng)度為5 cm。硫化好的試樣放置24 h后做抽出實(shí)驗(yàn)。

1.4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

黏合性能測(cè)試：按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5755—2000，在萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)上對(duì)黏合試樣進(jìn)行抽出實(shí)驗(yàn)，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(duì)胎圈鋼絲的表面鍍層進(jìn)行觀察。使用掃描電子顯微鏡對(duì)胎圈鋼絲的橫切面進(jìn)行觀察并測(cè)量鍍層的厚度。

使用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀[7]測(cè)定胎圈鋼絲鍍層中銅錫含量。

鍍液穩(wěn)定性測(cè)試：取無(wú)檸檬酸的鍍液與有檸檬酸的鍍液各一瓶，室溫放置一段實(shí)驗(yàn)后觀察比較鍍液的穩(wěn)定狀況。

2 結(jié)果與討論

2.1 檸檬酸對(duì)胎圈鋼絲鍍液穩(wěn)定性的影響

表2看出，不加檸檬酸的鍍液穩(wěn)定性很差，鍍液中的錫離子很快水解沉淀，導(dǎo)致鍍液渾濁。而鍍液添加檸檬酸后，由于檸檬酸對(duì)Sn2+離子絡(luò)合與還原作用，使得胎圈鋼絲鍍液較長(zhǎng)時(shí)間保持澄清，在實(shí)際生產(chǎn)中有助于提高胎圈鋼絲鍍液的穩(wěn)定性。

表2 檸檬酸對(duì)鍍液穩(wěn)定性的影響

表3 檸檬酸對(duì)鍍層銅錫含量(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))的影響

2.2 檸檬酸對(duì)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(dòng)不超過(guò)0.3%，考慮到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的正常誤差，這種程度的變化可以忽略不計(jì)。后經(jīng)重復(fù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得胎圈鋼絲鍍層中銅錫含量始終上下浮動(dòng)不超過(guò)0.3%，表明檸檬酸加入鍍液后對(duì)胎圈鋼絲鍍層的銅錫含量基本沒(méi)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(zhì)與橡膠大分子、硫磺三者的交聯(lián)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(shí)驗(yàn)結(jié)果證明檸檬酸添加到鍍液后會(huì)影響胎圈鋼絲的鍍層性質(zhì)，從而提高胎圈鋼絲與橡膠的黏合性能。

圖1 試樣的抽出力與附膠率

2.4 檸檬酸對(duì)胎圈鋼絲鍍層厚度影響

由圖2看出，鍍液添加檸檬酸后，化鍍胎圈鋼絲的鍍層厚度明顯增加。原因是檸檬酸能夠提升鍍液中銅錫離子在胎圈鋼絲基體表面的置換沉積速率，從而使胎圈鋼絲的鍍層厚度增加。而一定厚度的鍍層保證了胎圈鋼絲與橡膠硫化粘合時(shí)有足夠的銅單質(zhì)與橡膠大分子、硫磺反應(yīng)，有助于提高胎圈鋼絲與橡膠的粘合性能。

2.5 胎圈鋼絲表面鍍層的掃描電鏡分析

由圖3看出，相比不加檸檬酸化鍍的胎圈鋼絲，添加檸檬酸后的胎圈鋼絲鍍層主要變化是表面溝槽深度明顯增加，富有立體感，并附有較多顆粒（EDX能譜分析顆粒主要成分為銅錫），這種粗糙表面可能利于提升胎圈鋼絲與橡膠的黏合性能，圖1的黏合實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了這一點(diǎn)。

圖2 胎圈鋼絲橫切面掃描電鏡圖

圖3 胎圈鋼絲表面鍍層的掃描電鏡圖

3 結(jié)論

檸檬酸加入胎圈鋼絲鍍液后，能夠明顯提高鍍液的穩(wěn)定性，增加胎圈鋼絲的鍍層厚度，而對(duì)胎圈鋼絲鍍層的銅錫含量基本沒(méi)有影響；加入檸檬酸化鍍胎圈鋼絲的表面鍍層溝槽深度明顯增加，并附有較多銅錫顆粒，與胎圈橡膠的粘合性能更好。

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TQ330.389 TG154.5

1009-797X(2016)05-0016-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.05.003

孫彬（1987-），男，在讀研究生，就讀于青島科技大學(xué)高分子化學(xué)與物理專業(yè)。

江蘇省博士后科研資助計(jì)劃（1301078C）

*通信聯(lián)系人

2014-03-14