鋼絲簾布的剝離測試方法研究

劉華僑，李紅衛(wèi)，顧培霜，朱家順

[特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司，山東 青島 266061]

輪胎的行駛安全性和翻新后壽命等與鋼絲簾布性能，尤其是抗剝離脫層性能直接相關(guān)。車輛行駛過程中，由于路面具有不確定性，輪胎必須能夠承受各種沖擊。合理的帶束層設(shè)計能夠有效增強輪胎在周向上的胎冠剛性，維持輪胎的形狀，確保方向穩(wěn)定性，防止胎面被刺扎，提高輪胎的里程壽命[1-3]。

在帶束層膠配方設(shè)計以及膠料壓延工藝管控中，準確評價帶束層膠料與鋼絲簾線的粘合性能尤為重要。壓延作業(yè)時，可直接通過測量得到覆膠厚度、壓延厚度的均勻性等工藝控制參數(shù)；對于硫化后帶束層膠料與鋼絲簾線的粘合力測試，常用的方法有T抽出和剝離力測試以及主觀評價抽出后鋼絲簾線覆膠情況及剝離后簾布表面的覆膠率。當鋼絲簾線與膠料之間的粘合力大于膠料間的撕裂強度時，鋼絲簾線與膠料表現(xiàn)出較好的粘合性能，剝離力大，無漏銅漏線現(xiàn)象[4-9]。

目前，輪胎用壓延簾布（纖維簾布或鋼絲簾布）的剝離力測試方法并未出臺相應(yīng)的國家標準，各工廠一般參考GB/T 32109—2015《浸膠紗線和簾子布粘合剝離性能試驗方法》或制定企業(yè)內(nèi)部的剝離力測試方法。剝離試樣的制備和測試方法等均會影響剝離測試結(jié)果。

本工作以半鋼輪胎常用3×0.30HT帶束層鋼絲簾布的剝離測試為例，研究剝離力測試結(jié)果的影響因素[10]。

1 實驗

1.1 試驗設(shè)備

XLB-D型平板硫化機，壓力為2.2 MPa，硫化模具尺寸為200 mm×27 mm×8 mm，湖州順力橡膠機械有限公司產(chǎn)品；T2000E型電子拉力機，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試樣制備

從車間取壓延好的鋼絲簾布，置于聚乙烯墊布上，保證簾布表面不被污染；用剪刀裁切兩片195 mm（經(jīng)線方向）×25 mm的樣片，沿簾布經(jīng)線垂直方向?qū)?0 mm×80 mm的玻璃紙貼在簾布下表面的下端（夾持端），然后剝下聚乙烯墊布，把兩片樣片按照簾線壓延方向貼合在一起。因鋼絲簾布厚度較小，為達到試樣厚度為8 mm的要求，兩層簾布兩面均需敷貼帶束膠片，其中為保證簾布試樣在模具沖壓流動時不變形，一般敷貼兩層最上層膠片，且頂端膠片稍窄，以確保最終硫化出長200 mm、寬27 mm、厚8 mm的待測試樣，見圖1。

圖1 剝離試樣各層示意

將制備好的試樣放入已預(yù)熱的模具中，再將模具放入平板硫化機中按照規(guī)定硫化條件進行硫化。硫化好的試樣停放16 h后，在電子拉力機上進行剝離拉伸試驗，得出力值和伸長量曲線，通過儀器內(nèi)置數(shù)據(jù)處理軟件得出28 mm力值穩(wěn)定階段的剝離力均值。

1.3 試驗方案

1.3.1 夾持端處理

為保證兩層簾布間有拉力機夾持端口，一般在剝離試樣制備時于夾持端使用玻璃紙做隔離物，硫化后撕下玻璃紙，但玻璃紙會導(dǎo)致夾持斷面過于光滑，測試時易發(fā)生滑移。為增大夾持摩擦力，本試驗使用壓延冠帶簾布包覆夾持端，冠帶簾布尺寸與隔離用玻璃紙相同，冠帶簾布的經(jīng)線方向與鋼絲簾布的經(jīng)線方向一致，見圖2。

圖2 剝離試樣夾持端示意

同時，為研究簾布間覆膠情況，設(shè)計簾布間敷貼不同層數(shù)帶束膠片，具體方案如表1所示。

表1 夾持端包布及敷貼膠片方案

1.3.2 剝離拉伸速率

剝離時拉力機拉伸速率是剝離力測試結(jié)果的影響因素之一，本研究依據(jù)常用拉伸速率設(shè)計了50，100，130和150 mm·min-1四種拉伸速率方案，采用試驗方案A測試樣。

1.3.3 硫化時間

帶束層膠料一般采用全天然橡膠（NR）體系，NR膠料具有顯著的硫化返原特性，膠料老化對鋼絲簾線與膠料間的粘合力以及膠料的撕裂強度均有較大影響。本研究采用試驗方案A試樣，在硫化溫度為150 ℃下設(shè)計了10，20和30 min三種硫化時間。由于本研究用帶束層膠料150 ℃下的t90和t100分別為15.21和20.07 min，因此硫化時間為10，20和30 min的試樣分別為欠硫、正硫化和過硫狀態(tài)。

2 結(jié)果與討論

2.1 夾持端處理方式對剝離力的影響

剝離測試可實時讀取力值變化和伸長量，一般取中間波動較小的力值曲線28 mm位移范圍的均值為剝離力測試結(jié)果，試驗方案A—E試樣的剝離力分別為179.5，152.0，184.0，262.0和235.5 N。

對比試驗方案A與B試樣的剝離力可以看出，夾持端包布后，剝離力下降。夾持端包布的初衷是增加拉力試驗機夾持器與試樣的摩擦力，使得剝離測試結(jié)果穩(wěn)定，結(jié)果卻顯示力值變小，分析原因可能是剝離試樣一端加錦綸簾布，剛性變大，硫化充模時包布一端膠料流動性差，而測試部分未加簾布，整個待測樣在硫化時水平端面硫化壓力分布存在差異，導(dǎo)致鋼絲簾線變形不平，剝離時試驗方案B膠料的破壞路線不同于未加包布的試驗方案A膠料，見圖3。

圖3 試驗方案A和B試樣剝離破壞形式和覆膠狀態(tài)

對比試驗方案C—E試樣的剝離力可以看出，隨著簾布間敷貼膠片增多，剝離力增大。試驗方案C和D試樣相對于試驗方案A試樣分別于兩層鋼絲簾布間敷貼1和2層帶束膠片，數(shù)據(jù)顯示，當敷貼2層帶束膠片時，對比敷貼1層和不敷貼膠片的方案，剝離力大幅提高。

試驗方案E試樣中間敷貼3層膠片，但是夾持端加了冠帶簾布包布，剝離力比敷貼2層膠片的試驗方案D試樣小，原因應(yīng)該是冠帶簾布對剝離力起了負面影響。

試驗方案C—E試樣剝離破壞形式和覆膠狀態(tài)見圖4。對比圖3和4還可以看出，試驗方案A，C和D及試驗方案B和E皆為簾布間敷貼膠片逐漸加厚，在試樣總厚度8 mm不變的條件下，隨著簾布間覆膠層數(shù)的增大，硫化后剝離試樣鋼絲簾布接近邊緣，剝離后的覆膠狀態(tài)表現(xiàn)出明顯的膠料撕裂，剝離試樣破壞走向比較平直，這也從側(cè)面說明壓延鋼絲簾布的覆膠均勻性和厚度對剝離力的測試結(jié)果具有較大影響。

圖4 試驗方案C—E試樣剝離破壞形式和覆膠狀態(tài)

2.2 剝離拉伸速率對剝離力的影響

剝離拉伸速率為50，100，130和150 mm·min-1時試樣的剝離力分別為176.0，150.0，155.0和148.0 N，剝離破壞形式和覆膠狀態(tài)見圖5。

從剝離力測試數(shù)據(jù)可以看出，隨著剝離拉伸速率的增大，剝離力基本呈減小趨勢。這是因為在剝離初始階段，兩層簾布中間的覆膠層撕裂形成裂口（破壞點），隨著剝離拉伸速率的增大，由于尖端效應(yīng)裂紋增長速度在沿破壞點撕裂方向（夾持的垂直方向）較快。從圖5（b）可以看出，剝離拉伸速率越大，剝離時中間覆膠的撕裂走向越平直。

圖5 剝離拉伸速率對剝離破壞形式和覆膠狀態(tài)的影響

2.3 硫化時間對剝離力的影響

硫化時間為10，20和40 min的試樣的剝離力分別為176.0，186.3和157.5 N，剝離后覆膠情況見圖6。

從剝離力測試數(shù)據(jù)可以看出，正硫化剝離試樣的剝離力較大，欠硫剝離試樣次之，過硫剝離試樣最小。從圖6可以看出，欠硫剝離試樣的剝離面較光滑，破壞面較淺，主要為兩層鋼絲簾布的中間膠料，表現(xiàn)為中間覆膠的抗撕裂能力。正硫化和過硫剝離試樣的剝離面較為粗糙，破壞面深入鋼絲簾線間浸膠。同時，由于過硫，膠料的拉伸強度和撕裂強度必然有所下降，雖然過硫剝離試樣的剝離面無露銅現(xiàn)象，且粗糙并深入鋼絲簾線間浸膠，但剝離力與正硫化剝離試樣相比降幅較大。

圖6 硫化時間對試樣剝離后覆膠情況的影響

3 結(jié)論

基于現(xiàn)行的帶束層簾布剝離試驗?zāi)＞吆椭茦臃椒?，研究夾持端包布、簾布間敷貼帶束膠片、剝離拉伸速率和硫化時間對剝離力測試結(jié)果的影響，得到如下結(jié)論。

（1）夾持端包布不能改善測試效果，反而會影響硫化時膠料流動和試樣水平端面硫化壓力分布，對剝離力存在不利影響。

（2）簾布間敷貼帶束膠片雖然剝離力較高，但從破壞斷面看，更多表現(xiàn)為膠料的抗破壞能力，失去了剝離測試的意義。

（3）剝離拉伸速率越大，膠料破壞方向越平直，剝離力有逐漸減小的趨勢。

（4）硫化程度對剝離力試驗結(jié)果影響較大，欠硫時破壞面較為光滑，膠料抗撕裂性能較差，剝離力較小；過硫時膠料的物理性能下降，剝離力下降明顯。硫化時間控制對剝離力測試至關(guān)重要。