CN109383058A - 一种胎圈钢丝橡胶粘合力提升的处理系统及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于胎圈钢丝表面处理技术领域，公开了一种胎圈钢丝橡胶粘合力提升的处理系统及工艺，自前往后依次包括放线机、校直器、钢丝刷、铅浴槽、水冷槽、热盐酸洗系统、电解硫酸洗槽、第一水冲洗槽、镀锡青铜槽、第二水冲洗槽、碱洗槽、第三水冲洗槽、热水洗槽、烘干装置、防锈剂槽和收线器，将热盐酸洗和电解硫酸洗相配合，可以显著提高镀铜层的附着力，进而显著提高胎圈钢丝与橡胶的粘合力。当增加弱碱洗步骤对镀铜层进行表面处理时，可以进一步提高胎圈钢丝与橡胶的粘合力。

Description

一种胎圈钢丝橡胶粘合力提升的处理系统及工艺
技术领域
本发明属于钢丝生产技术领域，尤其属于胎圈钢丝表面处理技术领域，具体涉及一种胎圈钢丝橡胶粘合力提升的处理系统及工艺。
背景技术
胎圈钢丝是轮胎中的骨架材料，对轮胎起增强作用，是轮胎制造工业的重要原料之一，广泛应用于轮胎制品行业，轮胎制品主要包括乘用车轮胎、载重车轮胎、工程机械轮胎、农用轮胎以及航空轮胎等。
随着我国汽车保有量的不断增长、新车市场不断扩大以及机械装备行业的持续发展，中国成为全球最大的轮胎消耗国、生产国和出口国，作为重要的轮胎骨架材料，胎圈钢丝行业未来发展空间广阔。从近几年国内胎圈钢丝行业的发展状况看，胎圈钢丝产量呈现明显逐年递增的发展态势。
伴随汽车行业对于轮胎的安全性能和环保性能要求越来越高，与此相应，高性能胎圈钢丝将成为胎圈钢丝未来市场发展的主要趋势，高性能胎圈钢丝的研发水平将成为决定胎圈钢丝制造企业生存发展的核心竞争力。胎圈钢丝具有的优良的粘合性能是高性能胎圈钢丝关键技术指标之一，胎圈钢丝粘合力低是影响轮胎寿命的关键因素，轮胎在使用过程中胎圈易产生钢丝圈松散、钢丝刺出、胎圈爆破等质量问题。如何提升胎圈钢丝与橡胶之间的粘合力是亟需解决的问题。
发明内容
针对克服以上现有技术的不足，本发明的目的是提供一种胎圈钢丝橡胶粘合力提升的处理系统及工艺，通过良好的镀前处理和镀铜工艺，以保证胎圈钢丝与橡胶达到良好的粘合效果。
为了解决以上问题，本发明技术方案为：
一种胎圈钢丝橡胶粘合力提升的处理系统，自前往后依次包括放线机、校直器、钢丝刷、铅浴槽、水冷槽、热盐酸洗系统、电解硫酸洗槽、第一水冲洗槽、镀锡青铜槽、第二水冲洗槽、碱洗槽、第三水冲洗槽、热水洗槽、烘干装置、防锈剂槽和收线机，其中，
所述钢丝刷包括螺旋状杆部和多根除锈丝，除锈丝的一端固定在螺旋状杆部的内表面，另一端沿径向指向螺旋状杆部的螺旋中心，且除锈丝的长度大于螺旋状杆部的直径；除锈丝在螺旋状杆部上均匀分布；
所述热盐酸洗系统包括热盐酸洗槽、过滤装置和石墨加热器，石墨加热器包括壳体和石墨管，石墨管设置于壳体内，且石墨管的进口和出口均延伸至壳体外，石墨管与壳体之间的空间构成热介质流动空间；
过滤装置内设置有外壳和过滤结构，过滤结构设置于外壳内，外壳设置有进口和出口，过滤结构包括过滤管和缠绕在过滤管表面的纤维层，所述过滤管的侧壁上加工有多个通孔，所述纤维层完全覆盖通孔，过滤管的一端开口，另一端封口；过滤管的开口端通过管道与外壳的进口连接；
所述热盐酸洗槽的出口通过泵与过滤装置的外壳的进口连接，外壳的出口与石墨管的进口连接，石墨管的出口与热盐酸洗槽连通；所述壳体的进口通过第一油管与导热油源连接，第一油管上连接有第二泵，壳体的出口通过第二油管与导热油源连接。
将钢丝刷的杆部设计成螺旋状的原因是：钢丝通过钢丝刷时，螺旋状的结构可以在钢丝的作用下沿着钢丝的运动方向压缩一定距离，这样不仅使除锈丝的密度增大，增加了对钢丝的除锈效果；而且使除锈丝将自身与钢丝之间的抱紧力自动调节到适合钢丝除锈的状态，使除锈丝对钢丝的除锈效果始终保持在适宜的状态，这种调节的实时的、动态的，随着钢丝通过的速率的变化而变化的，不需要借助任何监测设备、自动化设备，即可实现对钢丝除锈效果的自动优化调节。
增加热盐酸洗系统，通过控制盐酸浓度及温度对胎圈钢丝表面进行清洗，可以提高钢丝表面的洁净度，以提高胎圈钢丝表面镀层的牢固性，有助于提高胎圈钢丝与橡胶的粘合力。
过滤管上加工有多个通孔，并在过滤管侧壁外缠绕纤维层，纤维层完全覆盖通孔，在钢丝清洗过程中，用泵将需要加热和过滤的盐酸泵送至过滤装置内的过滤管，盐酸溶液从过滤管侧壁的通孔中流出，并经过纤维层拦截后，过滤掉盐酸中的固体杂质，以提高盐酸的洁净度，有利于提高对钢丝经过盐酸洗后的洁净程度。
导热油是一种热量的传递介质，具有加热均匀、调温控温准确的优点，可以精确控制热盐酸的温度，以提高胎圈钢丝与橡胶的粘合力。
经过试验发现，在胎圈钢丝镀铜以后，对镀铜层进行碱洗处理，可以进一步提高胎圈钢丝与橡胶的粘合力。
优选的，所述除锈丝的长度与螺旋状杆部的直径比为1.2-1.4:1。
优选的，所述过滤结构的数量为3-6个，过滤结构并联设置。
进一步优选的，所述过滤管上的通孔的直径为1-3cm，通孔的数量为10-30个。以保证对盐酸过滤的质量和效率。
进一步优选的，通孔在过滤管的侧壁上均匀分布。
一种胎圈钢丝橡胶粘合力提升的处理工艺包括，包括如下步骤：
放线、校直、钢丝刷擦丝、铅液回火、水冷、热盐酸洗、电解硫酸洗、第一水冲洗、镀锡青铜、第二水冲洗、弱碱洗、第三水冲洗、热水洗、烘干、涂层和收线；
其中，铅浴回火的温度为450-470℃；热盐酸洗步骤中，盐酸的浓度为140-160g/L，盐酸的温度为45-55℃，Fe2+≤50g/L；
电解硫酸洗步骤中，硫酸的温度为32-37℃，硫酸浓度为20-40g/L，Fe2+≤50g/L；
弱碱洗步骤中，弱碱液的pH值为10-12。
采用钢丝刷对钢丝进行处理，可以提高钢丝表面的清洁度，以提高镀铜层在胎圈钢丝表面的附着力，以提高胎圈钢丝与橡胶的粘合力。
将热盐酸洗和电解硫酸洗相配合，可以显著提高镀铜层的附着力，进而显著提高胎圈钢丝与橡胶的粘合力。当增加弱碱洗步骤对镀铜层进行表面处理时，可以进一步提高胎圈钢丝与橡胶的粘合力。且各个工艺条件的相互控制对胎圈钢丝与橡胶的粘合力有较大影响。
优选的，镀锡青铜步骤中，镀铜液中CuSO4·5H2O的浓度为20-30g/L，H2SO4浓度为15-30g/L。
优选的，热水洗步骤中，热水的温度为84-94℃。
优选的，烘干的温度为135-145℃。
优选的，涂层步骤中得到的是防锈剂涂层，防锈剂涂层的质量为0.25-0.40g/kg。
本发明的有益效果为：
将热盐酸洗和电解硫酸洗相配合，可以显著提高镀铜层的附着力，进而显著提高胎圈钢丝与橡胶的粘合力。当增加弱碱洗步骤对镀铜层进行表面处理时，可以进一步提高胎圈钢丝与橡胶的粘合力。且各个工艺条件的相互控制对胎圈钢丝与橡胶的粘合力有较大影响。
过滤管上加工有多个通孔，并在过滤管侧壁外缠绕纤维层，纤维层完全覆盖通孔，在钢丝清洗过程中，用泵将需要加热和过滤的盐酸泵送至过滤装置内的过滤管，盐酸溶液从过滤管侧壁的通孔中流出，并经过纤维层拦截后，渗透过滤掉盐酸中的固体杂质，以提高盐酸的洁净度，有利于提高对钢丝经过盐酸洗后的洁净程度。
导热油是一种热量的传递介质，具有加热均匀、调温控温准确的优点，可以精确控制热盐酸的温度，以提高胎圈钢丝与橡胶的粘合力。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的处理系统整体结构示意图；
图2为本发明的热盐酸加热系统结构示意图；
图3为本发明的热盐酸过滤装置结构示意图；
图4为本发明的过滤管的结构示意图；
图5为本发明的钢丝刷的结构示意图。
其中：1、放线机，2、校直器，3、钢丝刷，4、铅浴槽，5、水冷槽，6、热盐酸洗槽，7、电解硫酸洗槽，8、第一水冲洗槽，9、镀锡青铜槽，10、第二水冲洗槽，11、碱洗槽，12、第三水冲洗槽，13、热水洗槽，14、烘干装置，15、防锈剂槽，16、收线机，17、石墨加热器，18、过滤装置，19、过滤结构，20、螺旋状杆部，21、除锈丝。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，一种胎圈钢丝橡胶粘合力提升的处理系统，自前往后依次包括放线机1、校直器2、钢丝刷3、铅浴槽4、水冷槽5、热盐酸洗系统、电解硫酸洗槽7、第一水冲洗槽8、镀锡青铜槽9、第二水冲洗槽10、碱洗槽11、第三水冲洗槽12、热水洗槽13、烘干装置14、防锈剂槽15和收线机16。
如图5所示，钢丝刷3包括螺旋状杆部20和多根除锈丝21，除锈丝21的一端固定在螺旋状杆部20的内表面，另一端沿径向指向螺旋状杆部20的螺旋中心，且除锈丝21的长度大于螺旋状杆部20的直径，除锈丝的长度与螺旋状杆部的直径比为1.2-1.4:1；除锈丝21均匀分布于螺旋状杆部20上。将钢丝刷的杆部设计成螺旋状的原因是：钢丝通过钢丝刷时，螺旋状的结构可以在钢丝的作用下沿着钢丝的运动方向压缩一定距离，这样不仅使除锈丝的密度增大，增加了对钢丝的除锈效果；而且使除锈丝将自身与钢丝之间的抱紧力自动调节到适合钢丝除锈的状态，使除锈丝对钢丝的除锈效果始终保持在适宜的状态，这种调节的实时的、动态的，随着钢丝通过的速率的变化而变化的，不需要借助任何监测设备、自动化设备，即可实现对钢丝除锈效果的自动优化调节。
如图2所示，所述热盐酸洗系统包括热盐酸洗槽6、过滤装置18和石墨加热器17，石墨加热器17包括壳体和石墨管，石墨管设置于壳体内，且石墨管的进口和出口均延伸至壳体外，石墨管与壳体之间的空间构成热介质流动空间。
如图3所示，过滤装置18内设置有外壳和过滤结构19，过滤结构19设置于外壳内，过滤结构的数量为3-6个，可以为3个、4个、5个或6个，过滤结构并联设置。外壳设置有进口和出口，过滤结构19包括过滤管和缠绕在过滤管表面的纤维层。如图4所示，过滤管的侧壁上加工有多个通孔，通孔的直径为1-3cm，如可以为1cm、1.5cm、2cm、2.5cm、3cm等，通孔的数量为10-30个，通孔在过滤管的侧壁上均匀分布。以保证对盐酸过滤的质量和效率。纤维层完全覆盖通孔，过滤管的一端开口，另一端封口；过滤管的开口端通过管道与外壳的进口连接。
所述热盐酸洗槽6的出口通过泵与过滤装置18的外壳的进口连接，外壳的出口与石墨管的进口连接，石墨管的出口与热盐酸洗槽连通；所述壳体的进口通过第一油管与导热油源连接，第一油管上连接有第二泵，壳体的出口通过第二油管与导热油源连接。
增加热盐酸洗系统，通过控制盐酸温度对胎圈钢丝表面进行清洗，可以提高钢丝表面的洁净度，以提高胎圈钢丝表面镀层的牢固性，有助于提高胎圈钢丝与橡胶的粘合力。
过滤管上加工有多个通孔，并在过滤管侧壁外缠绕纤维层，纤维层完全覆盖通孔，在钢丝清洗过程中，用泵将需要加热和过滤的盐酸泵送至过滤装置内的过滤管，盐酸溶液从过滤管侧壁的通孔中流出，并经过纤维层拦截后，过滤掉盐酸中的固体杂质，以提高盐酸的洁净度，有利于提高对钢丝经过盐酸洗后的洁净程度。
导热油是一种热量的传递介质，具有加热均匀、调温控温准确的优点，可以精确控制热盐酸的温度，以提高胎圈钢丝与橡胶的粘合力。
经过试验发现，在胎圈钢丝镀铜以后，对镀铜层进行碱洗处理，可以进一步提高胎圈钢丝与橡胶的粘合力。
实施例1
要生产的胎圈钢丝的直径为1.65mm，钢丝依次经过放线机1放线、校直器2校直、钢丝刷3擦丝、铅浴槽4进行铅液回火、水冷槽5进行水冷、热盐酸洗槽6进行热盐酸洗、电解硫酸洗槽7进行电解硫酸洗、第一水冲洗槽8进行第一水冲洗、镀锡青铜槽9进行镀锡青铜、第二水冲洗槽10第二水冲洗、碱洗槽11进行弱碱洗、第三水冲洗槽12进行第三水冲洗、热水洗槽13进行热水洗、烘干装置14烘干、防锈剂槽15涂覆防锈剂层和收线机收线。
铅液回火中铅液温度参数利用PID自动温控仪分两段控制：第一段：460℃，第二段：460℃，铅液回火的时间为2s。
水冷步骤参数：一段温度：70℃，二段温度：65℃，HCL：30g/L，Fe2+：10g/L，水冷却时间1s。
热盐酸洗参数：50℃，HCL：150g/L，Fe2+30g/L，热盐酸洗时间2s，采用过滤循环运行。
电解硫酸洗参数：35℃，H2SO4：30g/L，Fe2+35g/L，电压6V，时间为1.5s，采用过滤循环运行。
镀铜液参数：22℃镀液：CuSO4·5H2O：24g/L，H2SO4：24g/L，时间为2s，采用过滤循环运行。
弱碱洗液pH值为11，碱洗时间为0.5s；热水洗温度：88℃，热水洗时间为1s；烘干温度：140℃；防锈剂涂抹钢丝时间0.5s，涂层质量0.30g/kg；铜层：厚度0.11μm，Cu：98.5％，Sn1.5％。
测试结果：
钢丝粘合力是指钢丝表面的铜层与橡胶硫化后，在拉力机上测定每根钢丝沿钢丝轴向从硫化胶块中抽出时所需要的力。使用XLB-D平板硫化机橡胶与钢丝151℃，40min硫化，检测仪器：WDW-10C电子拉力机，牵拉速度100mm/min。粘合力由1050N/50mm提高为平均值1418N/50mm。
实施例2
要生产的胎圈钢丝的直径为1.65mm，钢丝依次经过放线机1放线、校直器2校直、钢丝刷3擦丝、铅浴槽4进行铅液回火、水冷槽5进行水冷、热盐酸洗槽6进行热盐酸洗、电解硫酸洗槽7进行电解硫酸洗、第一水冲洗槽8进行第一水冲洗、镀锡青铜槽9进行镀锡青铜、第二水冲洗槽10第二水冲洗、碱洗槽11进行弱碱洗、第三水冲洗槽12进行第三水冲洗、热水洗槽13进行热水洗、烘干装置14烘干、防锈剂槽15涂覆防锈剂层和收线机16工字轮收线。
铅液回火中铅液参数：第一段：455℃，第二段：455℃，铅液回火的时间为2s。
水冷步骤参数：一段温度：70℃，二段温度：65℃，HCL：155g/L，Fe2+：10g/L，水冷却时间1s。
热盐酸洗参数：55℃，HCL：160g/L，Fe2+35g/L，热盐酸洗时间2s，采用过滤循环运行。
电解硫酸洗参数：33℃，H2SO4：40g/L，Fe2+40g/L，电压6V，时间为1.5s，采用过滤循环运行。
镀铜液参数：22℃镀液，CuSO4·5H2O：30g/L，H2SO4：30g/L，时间为2s，采用过滤循环运行。
弱碱洗液pH值为10，碱洗时间为0.5s；热水洗温度：93℃，热水洗时间为1s；烘干温度：135℃；防锈剂：防锈剂涂抹钢丝时间0.5s，涂层质量0.32g/kg；铜层：厚度0.13μm，Cu：98.5％，Sn1.5％。
测试结果：
钢丝粘合力是指钢丝表面的铜层与橡胶硫化后，在拉力机上测定每根钢丝沿钢丝轴向从硫化胶块中抽出时所需要的力。使用XLB-D平板硫化机橡胶与钢丝151℃，40min硫化，检测仪器：WDW-10C电子拉力机，牵拉速度100mm/min。粘合力为平均值1407N/50mm。
实施例3
铅液回火中铅液参数：第一段：450℃，第二段：450℃，铅液回火的时间为2s。
水冷步骤参数：一段温度：70℃，二段温度：65℃，HCL：155g/L，Fe2+：10g/L，水冷却时间1s。
热盐酸洗参数：45℃，HCL：140g/L，Fe2+35g/L，热盐酸洗时间2s，采用过滤循环运行。
电解硫酸洗参数：37℃，H2SO4：20g/L，Fe2+40g/L，电压6V，时间为1.5s，采用过滤循环运行。
镀铜液参数：22℃镀液，CuSO4·5H2O：30g/L，H2SO4：15g/L，时间为2s，采用过滤循环运行。
弱碱洗液pH值为12，碱洗时间为0.5s；热水洗温度：85℃，热水洗时间为1s；烘干温度：140℃；防锈剂：防锈剂涂抹钢丝时间0.5s，涂层质量0.32g/kg；铜层：厚度0.13μm，Cu：98.5％，Sn1.5％。
测试结果：
钢丝粘合力是指钢丝表面的铜层与橡胶硫化后，在拉力机上测定每根钢丝沿钢丝轴向从硫化胶块中抽出时所需要的力。使用XLB-D平板硫化机橡胶与钢丝151℃，40min硫化，检测仪器：WDW-10C电子拉力机，牵拉速度100mm/min。粘合力为平均值1411N/50mm。
对比例1
与实施例1的区别为：省略了热盐酸洗步骤，其他步骤完全一致，使用XLB-D平板硫化机橡胶与钢丝151℃，40min硫化，检测仪器：WDW-10C电子拉力机，牵拉速度100mm/min。粘合力为平均值1001N/50mm。
对比例2
与实施例1的区别为：热盐酸洗的温度为60℃，其他步骤完全一致，使用XLB-D平板硫化机橡胶与钢丝151℃，40min硫化，检测仪器：WDW-10C电子拉力机，牵拉速度100mm/min。粘合力为平均值1021N/50mm。
对比例3
与实施例1的区别为：省略钢丝刷擦丝步骤，其他步骤完全一致，使用XLB-D平板硫化机橡胶与钢丝151℃，40min硫化，检测仪器：WDW-10C电子拉力机，牵拉速度100mm/min。粘合力为平均值1121N/50mm。
对比例4
与实施例1的区别为：省略弱碱洗步骤，其他步骤完全一致，使用XLB-D平板硫化机橡胶与钢丝151℃，40min硫化，检测仪器：WDW-10C电子拉力机，牵拉速度100mm/min。粘合力为平均值1321N/50mm。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种胎圈钢丝橡胶粘合力提升的处理系统，其特征在于：自前往后依次包括放线机、校直器、钢丝刷、铅浴槽、水冷槽、热盐酸洗系统、电解硫酸洗槽、第一水冲洗槽、镀锡青铜槽、第二水冲洗槽、碱洗槽、第三水冲洗槽、热水洗槽、烘干装置、防锈剂槽和收线机，其中，
所述钢丝刷包括螺旋状杆部和多根除锈丝，除锈丝的一端固定在螺旋状杆部的内表面，另一端沿径向指向螺旋状杆部的螺旋中心，且除锈丝的长度大于螺旋状杆部的直径；除锈丝在螺旋状杆部上均匀分布；
所述热盐酸洗系统包括热盐酸洗槽、过滤装置和石墨加热器，石墨加热器包括壳体和石墨管，石墨管设置于壳体内，且石墨管的进口和出口均延伸至壳体外，石墨管与壳体之间的空间构成热介质流动空间；
过滤装置内设置有外壳和过滤结构，过滤结构设置于外壳内，外壳设置有进口和出口，过滤结构包括过滤管和缠绕在过滤管表面的纤维层，所述过滤管的侧壁上加工有多个通孔，所述纤维层完全覆盖通孔，过滤管的一端开口，另一端封口；过滤管的开口端通过管道与外壳的进口连接；
所述热盐酸洗槽的出口通过泵与过滤装置的外壳的进口连接，外壳的出口与石墨管的进口连接，石墨管的出口与热盐酸洗槽连通；所述壳体的进口通过第一油管与导热油源连接，第一油管上连接有第二泵，壳体的出口通过第二油管与导热油源连接。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于：所述除锈丝的长度与螺旋状杆部的直径比为1.2-1.4:1。
3.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于：所述过滤结构的数量为3-6个，过滤结构并联设置。
4.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于：所述过滤管上的通孔的直径为1-3cm，通孔的数量为10-30个。
5.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于：通孔在过滤管的侧壁上均匀分布。
6.一种胎圈钢丝橡胶粘合力提升的处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：
放线、校直、钢丝刷擦丝、铅液回火、水冷、热盐酸洗、电解硫酸洗、第一水冲洗、镀锡青铜、第二水冲洗、弱碱洗、第三水冲洗、热水洗、烘干、涂层和收线；
其中，铅浴回火的温度为450-470℃；热盐酸洗步骤中，盐酸的浓度为140-160g/L，盐酸的温度为45-55℃，Fe2+≤50g/L；
电解硫酸洗步骤中，硫酸的温度为32-37℃，硫酸浓度为20-40g/L，Fe2+≤50g/L；
弱碱洗步骤中，弱碱液的pH值为10-12。
7.根据权利要求6所述的处理工艺，其特征在于：镀锡青铜步骤中，镀铜液中CuSO4·5H2O的浓度为20-30g/L，H2SO4浓度为15-30g/L。
8.根据权利要求6所述的处理工艺，其特征在于：热水洗步骤中，热水的温度为84-94℃。
9.根据权利要求6所述的处理工艺，其特征在于：烘干的温度为135-145℃。
10.根据权利要求6所述的处理工艺，其特征在于：涂层步骤中得到的是防锈剂涂层，防锈剂涂层的质量为0.25-0.40g/kg。
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