CN115537795A - 一种钢丝绳表面活化工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及钢丝绳处理的技术领域，具体公开了一种钢丝绳表面活化工艺。钢丝绳表面活化工艺，包括如下步骤：硅烷水解：硅烷偶联剂投入至溶剂中，配制成硅烷水解液，控制硅烷水解液中硅烷偶联剂的浓度为5wt%～10wt%，调整硅烷水解液pH值为8～9，电导率为250us/cm～300us/cm；钢丝绳表面膜膜重控制：经过清洁处理的钢丝绳置于硅烷水解液中，浸泡、漂洗，使得钢丝绳表面膜的膜重为0.03g/m2～0.08g/m2，烘干固化。本申请的钢丝绳表面处理工艺能够使得单丝直径小、排列紧密的钢丝绳与聚氨酯橡胶之间的粘合力高达255N/cm以上。并且本申请的活化工艺操作简单、环保。
Description
技术领域
本申请涉及钢丝绳处理的技术领域，更具体地说，它涉及一种钢丝绳表面活化工艺。
背景技术
钢丝绳是将力学性能和几何尺寸符合要求的钢丝按照一定的规则捻制在一起的螺旋状钢丝束。钢丝绳作为一种常见的骨架材料，与聚氨酯、天然橡胶等橡胶材料结合，可制成传输带、同步带、电梯曳引带。随着传输带等材料的飞速发展，市场对钢丝绳与聚氨酯等橡胶材料之间的复合粘合力提出了更高的要求。
目前生产的镀锌钢丝绳主要是和聚氨酯进行复合。相关技术中，为了增强钢丝绳与聚氨酯之间的粘合性能，一般都是在钢丝绳表面进行胶水涂覆，比如环氧树脂胶、氨基树脂胶、酚醛树脂胶、丙烯酸树脂胶等。上述有机高分子胶粘剂在使用过程中存在如下缺陷：第一，胶水需要有机溶剂稀释，有机溶剂常选择三氯乙烯，胶水涂覆过程中释放出大量VOC(挥发性有机化合物)，对环境不友好；第二，胶水在聚氨酯复核过程中由于提前预热，在明火条件下就会产生烟尘，操作危险系数较高；第三，使用氨基树脂胶对钢丝绳表面进行涂覆，再将钢丝绳与聚氨酯橡胶硫化粘合，经过检测，钢丝绳与聚氨酯橡胶之间的粘合力仅为195N/cm，粘合力仍然有待提升。
针对上述问题，亟需开发出一种对环境友好且能够显著提升钢丝绳与聚氨酯橡胶之间粘合力的工艺。
发明内容
为了解决钢丝绳与聚氨酯橡胶之间粘合力较低、有机高分子胶水对钢丝绳表面处理工艺存在环境污染的问题，本申请提供一种钢丝绳表面活化工艺。
第一方面，本申请提供一种钢丝绳表面活化工艺，采用如下的技术方案：
一种钢丝绳表面活化工艺，包括如下步骤：
硅烷水解：硅烷偶联剂投入至溶剂中，配制成硅烷水解液，控制硅烷水解液中硅烷偶联剂的浓度为5wt％～10wt％，调整硅烷水解液pH值为8～9，电导率为250us/cm～300us/cm；
钢丝绳表面膜膜重控制：经过清洁处理的钢丝绳置于硅烷水解液中，浸泡、漂洗，使得钢丝绳表面膜的膜重为0.03g/m2～0.08g/m2，烘干固化。
通过采用上述技术方案，硅烷水解液具有较低的表面张力，润湿角大，能够快速渗入单丝直径小的钢丝绳的极小空隙中，硅烷水解液中硅氧键与镀锌钢丝绳表面的活性基团相连。通过漂洗降低钢丝绳表面膜的膜重，使其表面膜的膜重可控制在0.03g/m2～0.08g/m2范围内，在此膜重范围内的钢丝绳与聚氨酯橡胶结合，其粘合力可达到255N/cm及以上，钢丝绳与聚氨酯橡胶之间粘合力显著提升。
并且，硅烷水解步骤以及钢丝绳表面膜膜重控制步骤中均无VOC产生，对环境友好，工艺简单，具有较大发展潜力。
优选的，所述钢丝绳表面膜的膜重为0.03g/m2～0.05g/m2。
优选的，所述硅烷水解步骤中电导率为150us/cm～250us/cm。
优选的，所述硅烷水解步骤中硅烷偶联剂的浓度为7wt％～9wt％。
通过采用上述技术方案，控制硅烷偶联剂含量，进一步提高硅烷水解液的水解稳定性，有利于后期能够在钢丝绳表面形成均匀且致密的膜。硅烷偶联剂的选择包括但不限于氨基硅烷偶联剂，氨基硅烷偶联剂上所含的氨基能够使得钢丝绳表面膜与聚氨酯的相容性较好，能够进一步增强钢丝绳与聚氨酯树脂之间的粘合力。
优选的，所述硅烷水解步骤中溶剂为醇类物质和水，所述醇类物质和水的重量比为(7～9):1。
通过采用上述技术方案，水能够促进硅烷偶联剂的水解，而醇类物质能够抑制硅烷偶联剂的缩合，在此醇类物质与水复配量下，能够保证硅烷偶联剂充分水解，但又降低水解后的硅烷偶联剂自聚的可能性。本申请中醇类物质包括但不限于乙醇、丙醇等环保型溶剂。
优选的，所述硅烷水解液中含有非离子表面活性剂，所述非离子表面活性剂的浓度为2wt％～8wt％。
通过采用上述技术方案，非离子表面活性剂的性质稳定，并且能够进一步降低硅烷水解液的表面张力，使得硅烷水解液能够快速浸润、扩散至钢丝绳表面，能够进一步提高结构规格细小的钢丝绳与聚氨酯橡胶之间的粘合力。本申请中非离子表面活性剂包括但不限于多元醇类、聚氧乙烯烷基胺、聚醚类、聚氧乙烯烷基醇酰胺。
可选的，所述钢丝绳表面膜膜重控制步骤中，浸泡时间为0.5min～2min。
优选的，所述钢丝绳表面膜膜重控制步骤中，在浸泡的同时，采用超声处理，超声频率为20kHz～30kHz，超声时间为0.5min～1min。
通过采用上述技术方案，超声处理能够提高硅烷水解的效率，从而提高钢丝绳表面活化效率，缩短浸泡时间。控制超声处理参数在此范围内，使得硅烷水解液的电导率上升缓慢，延长硅烷水解液的更换时间。
优选的，所述钢丝绳表面膜膜重控制步骤中，漂洗所使用的漂洗剂为去离子水。
通过采用上述技术方案，去离子水作为漂洗剂可以有效地降低钢丝绳表面膜膜重，同时在漂洗过程中不引入新的杂质。
可选的，所述钢丝绳表面膜膜重控制步骤中，烘干固化温度为120℃～150℃，烘干固化时间为5min～10min。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
由于本申请采用了硅烷水解液作为钢丝绳表面活化处理剂，通过硅烷水解液的水解、缩聚作用，在钢丝绳表面成膜，整个工艺对环境友好，无废气产生。
本申请对钢丝绳表面膜膜重进行控制，使其表面膜膜重控制在0.03g/m2～0.08g/m2，从而使得单丝直径小、排列紧密的钢丝绳能够与聚氨酯橡胶的粘合力达到255N/cm以上。
附图说明
图1是本申请实施例3样品的扫描电镜(SEM)检测图；
图2是本申请实施例3样品的元素检测图；
图3是本申请实施例与聚氨酯结合状态图。
具体实施方式
以下结合附图1-3和实施例对本申请作进一步详细说明。
钢丝绳目前的发展方向为轻量化和高强度，因此，钢丝绳单丝直径越来越小，钢丝绳规格可达到3*3-0.63mm、1*19-0.63mm、7*3-0.91mm等。上述规格的微丝钢丝绳由于单丝直径小，单丝排列紧密，钢丝绳之间的空隙小，使得微丝钢丝绳与聚氨酯橡胶之间的粘合性能降低。
针对具有上述规格的钢丝绳使用有机高分子胶粘剂进行涂覆处理。例如，涂覆有氨基树脂胶的钢丝绳(钢丝绳规格为1*19-0.63mm)与聚氨酯橡胶结合，按照GB/T5755-2000所记载的检测方法对微丝钢丝绳和聚氨酯橡胶之间的粘合力仅为195N/cm，而行业内要求此规格的微丝钢丝绳和聚氨酯橡胶之间的粘合力达到200N/cm以上，因此，有机高分子胶粘剂对微丝钢丝绳和聚氨酯橡胶之间的粘合力改善作用有限。
为了解决该问题，本申请人对钢丝绳表面处理工艺的处理剂、处理步骤以及各步骤中的工艺参数进行了大量研究，发现：当硅烷偶联剂的水解液作为处理剂时，硅烷偶联剂先水解、缩合，可附着在微丝钢丝绳表面成膜。本申请人意外发现：并非微丝钢丝绳表面膜的膜重越大，钢丝绳与聚氨酯之间的粘合力就会越高，当微丝钢丝绳表面膜的膜重高于0.08g/m2时，微丝钢丝绳与聚氨酯之间的粘合力反而下降至230N以下；当微丝钢丝绳表面膜的膜重低于0.03g/m2时，微丝钢丝绳与聚氨酯之间的粘合力也会下降至215N以下。
基于此发现，本申请通过漂洗，使微丝钢丝绳表面膜膜重在0.03g/m2～0.08g/m2的范围内时，微丝钢丝绳与聚氨酯之间的粘合力高达255N/cm以上；本申请成功地解决微丝钢丝绳与聚氨酯之间的粘合力低的问题。
实施例
若无特殊说明，本申请实施例和对比例中的原料规格如下：
硅烷偶联剂从氨基硅烷偶联剂KH-550、KH-560中进行选择；
非离子表面活性剂为吐温T-80、PEG400中进行选择；
钢丝绳的规格为3*3-0.63mm、1*19-0.63mm、7*3-0.91mm；
钢丝绳经过弱碱清洗液进行清洁处理，经过清洁处理的钢丝绳表面含油率≤0.003％。
实施例1
一种钢丝绳表面活化工艺，按照如下步骤进行：
硅烷水解：
称取5kg硅烷偶联剂KH-550、2kg PEG400、5kg乙醇和88kg去离子水；
将KH-550、PEG400投入至乙醇和去离子水复配而成的溶剂中，以100rpm的转速搅拌共混，配制成硅烷水解液；
在配制过程中，持续监测硅烷水解液的pH值，使得硅烷水解液pH值维持在8，此时硅烷水解液的电导率为100us/cm；
钢丝绳表面膜膜重控制：
将经过清洁处理的钢丝绳(规格为1*19-0.63mm)置于硅烷水解液中，20～25℃浸泡0.5min，同时打开超声设备，控制超声频率为20kHz，超声0.5min；
浸泡结束后对钢丝绳使用去离子水进行漂洗；
经过漂洗处理得到的钢丝绳在120℃下放置10min即可烘干固化，通过差量法计算钢丝绳浸泡前与漂洗后的重量差，此重量差即为钢丝绳表面膜膜重，使钢丝绳表面膜膜重为0.03g/m2。
实施例2-5
一种钢丝绳表面活化工艺，与实施例1的区别点在于硅烷水解步骤的工艺参数不同，具体工艺参数如下表1所示：
表1.硅烷水解步骤的工艺参数
实施例6
一种钢丝绳表面活化工艺，与实施例3的区别点在于钢丝绳表面膜膜重控制步骤的工艺参数不同，具体操作如下；
将经过清洁处理的钢丝绳(规格为1*19-0.63mm)置于硅烷水解液中，20～25℃浸泡2min，同时打开超声设备，控制超声频率为30kHz，超声0.5min；
浸泡结束后对钢丝绳进行漂洗，通过差量法计算钢丝绳浸泡前与漂洗后的重量差，此重量差即为钢丝绳表面膜膜重，使钢丝绳表面膜膜重为0.07g/m2；
经过漂洗处理得到的钢丝绳在130℃下放置7min即可烘干固化。
实施例7
一种钢丝绳表面活化工艺，与实施例3的区别点在于钢丝绳表面膜膜重控制步骤的工艺参数不同，具体操作如下；
将经过清洁处理的钢丝绳(规格为1*19-0.63mm)置于硅烷水解液中，20～25℃浸泡2min，同时打开超声设备，控制超声频率为20kHz，超声1min；
浸泡结束后对钢丝绳进行漂洗，通过差量法计算钢丝绳浸泡前与漂洗后的重量差，此重量差即为钢丝绳表面膜膜重，使钢丝绳表面膜膜重为0.08g/m2；
经过漂洗处理得到的钢丝绳在150℃下放置5min即可烘干固化。
对比例
对比例1
一种钢丝绳表面处理工艺，按照如下步骤进行：
在经过清洁处理的钢丝绳(规格为1*19-0.63mm)表面涂覆脲醛树脂胶粘剂(脲醛树脂胶粘剂型号为E0级)，脲醛树脂胶粘剂的涂覆量为0.05g/m2。
对比例2
一种钢丝绳表面处理工艺，与实施例1之间的区别点在于钢丝绳表面膜膜重控制步骤的操作不同，具体操作如下：
将经过清洁处理的钢丝绳(规格为1*19-0.63mm)置于硅烷水解液中，20～25℃浸泡0.5min，同时打开超声设备，控制超声频率为20kHz，超声0.5min；
浸泡结束后，钢丝绳在120℃下放置10min即可烘干固化；通过差量法计算钢丝绳浸泡前后的重量差，此重量差即为钢丝绳表面膜膜重，使钢丝绳表面膜膜重为0.18g/m2。
对比例3
一种钢丝绳表面处理工艺，与实施例3的区别点在于钢丝绳表面膜膜重控制步骤的工艺参数不同，具体操作如下；
将经过清洁处理的钢丝绳(规格为1*19-0.63mm)置于硅烷水解液中，20～25℃浸泡2min，同时打开超声设备，控制超声频率为30kHz，超声1min；
浸泡结束后对钢丝绳进行漂洗，经过漂洗处理得到的钢丝绳在120℃下放置10min即可烘干固化；通过差量法计算钢丝绳浸泡前与漂洗后的重量差，此重量差即为钢丝绳表面膜膜重，使钢丝绳表面膜膜重为0.01g/m2。
性能检测试验
钢丝绳共30根，按照规格3*3-0.63mm、1*19-0.63mm、7*3-0.91mm分为3组，每组10根；每组钢丝绳均按照实施例1-7以及对比例1-3所记载的工艺处理；
参考图3，将处理得到的钢丝绳样品与聚氨酯橡胶结合，得到检测样品。
检测方法
检测样品根据GB/T-2000进行检测，记录检测样品与聚氨酯橡胶之间的粘合力。
检测结果
表2.规格1*19-0.63mm的钢丝绳的检测结果
表3.规格3*3-0.63mm的钢丝绳的检测结果
| 检测样品 | 粘合力/(N/cm) | 检测样品 | 粘合力/(N/cm) |
| 实施例1 | 350 | 实施例6 | 401 |
| 实施例2 | 368 | 实施例7 | 392 |
| 实施例3 | 383 | 对比例1 | 300 |
| 实施例4 | 374 | 对比例2 | 320 |
| 实施例5 | 359 | 对比例3 | 305 |
表4.规格7*3-0.91mm的钢丝绳的检测结果
| 检测样品 | 粘合力/(N/cm) | 检测样品 | 粘合力/(N/cm) |
| 实施例1 | 480 | 实施例6 | 530 |
| 实施例2 | 505 | 实施例7 | 520 |
| 实施例3 | 515 | 对比例1 | 410 |
| 实施例4 | 513 | 对比例2 | 440 |
| 实施例5 | 492 | 对比例3 | 418 |
结合实施例1和对比例1并结合表2-4可以看出，对比例1中所使用的处理剂为氨基树脂胶，氨基树脂胶涂覆量大于实施例1表面膜的膜重，但氨基树脂胶对钢丝绳和聚氨酯之间的粘合力仅为195N/cm；而规格1*19-0.63mm的钢丝绳经过实施例1所记载的方法处理后，钢丝绳和聚氨酯之间的粘合力可到达255N/cm，表明硅烷偶联剂水解液处理钢丝绳表面，能够对钢丝绳表面的粘接能力进行提升。
结合实施例1和对比例2-3并结合表2-4可以看出，对比例2和对比例3与对比例1的区别仅在于钢丝绳表面膜重不同；但在同一规格下，使用对比例2所记载的工艺处理得到的钢丝绳与聚氨酯之间的粘合力、使用对比例3所记载的工艺处理得到的钢丝绳与聚氨酯之间的粘合力均远小于使用实施例1所记载的工艺处理得到的钢丝绳与聚氨酯之间的粘合力；表明：钢丝绳表面膜的膜重对其粘接性能影响显著，钢丝绳表面膜的膜重过高或过低均不利于钢丝绳表面粘接能力的提升。
结合实施例1-5并结合表2-4以及图1-2可以看出，在相同的膜重下，调整硅烷水解液制备过程中的工艺参数，也可以有效地提高钢丝绳与聚氨酯之间的粘合力，其原因可能在于：硅烷水解液在钢丝绳表面的成膜效果受到了浓度、pH值、电导率以及超声处理的综合作用，使得其在钢丝绳表面的成膜效果较好，成膜均匀致密。
图1为由实施例3制得的钢丝绳表面扫描电镜(SEM)图，可以从图1中看出本申请所制得的钢丝绳表面经过漂洗处理后仍然存在有一层硅基膜；图2为由实施例3制得的钢丝绳表面膜中各个元素在钢丝绳表面的分布，可以从图2中看出硅基膜均匀致密。
结合实施例3、6-7并结合表2-4可以看出，钢丝绳表面膜的膜重在0.05g/m2时，钢丝绳与聚氨酯之间的粘合力最佳。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种钢丝绳表面活化工艺，其特征在于，包括如下步骤：
硅烷水解：硅烷偶联剂投入至溶剂中，配制成硅烷水解液，控制硅烷水解液中硅烷偶联剂的浓度为5wt%～10wt%，调整硅烷水解液pH值为8～9，电导率为100us/cm～300us/cm；
钢丝绳表面膜膜重控制：经过清洁处理的钢丝绳置于硅烷水解液中，浸泡、漂洗，烘干固化，使得钢丝绳表面膜的膜重为0.03g/m2～0.08g/m2。
2.根据权利要求1所述的一种钢丝绳表面活化工艺，其特征在于：所述钢丝绳表面膜的膜重为0.03g/m2～0.05g/m2。
3.根据权利要求1所述的一种钢丝绳表面活化工艺，其特征在于：所述硅烷水解步骤中电导率为150us/cm～250us/cm。
4.根据权利要求3所述的一种钢丝绳表面活化工艺，其特征在于：所述硅烷水解步骤中硅烷偶联剂的浓度为7wt%～9wt%。
5.根据权利要求1所述的一种钢丝绳表面活化工艺，其特征在于：所述硅烷水解步骤中溶剂为醇类物质和水，所述醇类物质和水的重量比为(7～9):1。
6.根据权利要求1所述的一种钢丝绳表面活化工艺，其特征在于：所述硅烷水解液中含有非离子表面活性剂。
7.根据权利要求1所述的一种钢丝绳表面活化工艺，其特征在于：所述钢丝绳表面膜膜重控制步骤中，浸泡时间为0.5min～2min。
8.根据权利要求1所述的一种钢丝绳表面活化工艺，其特征在于：所述钢丝绳表面膜膜重控制步骤中，在浸泡的同时，采用超声处理，超声频率为20kHz～30kHz，超声时间为0.5min～1min。
9.根据权利要求1所述的一种钢丝绳表面活化工艺，其特征在于：所述钢丝绳表面膜膜重控制步骤中，漂洗所使用的漂洗剂为去离子水。
10.根据权利要求1所述的一种钢丝绳表面活化工艺，其特征在于：所述钢丝绳表面膜膜重控制步骤中，烘干固化温度为120℃～150℃，烘干固化时间为5min～10min。
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