柠檬酸对胎圈钢丝镀层影响的研究※

2016-11-28孙彬陈殿龙辛振祥张振秀姚利丽倪自飞苗为钢

橡塑技术与装备 2016年5期

关键词：胎圈镀锡镀液

孙彬，陈殿龙，辛振祥，张振秀*，姚利丽，倪自飞，苗为钢

(1.青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东青岛 266042；2. 江苏兴达钢帘线股份有限公司，江苏兴化 225721)

柠檬酸对胎圈钢丝镀层影响的研究※

Study of the effect of citric acid on bead wire’s coating

孙彬1，陈殿龙1，辛振祥1，张振秀1*，姚利丽2，倪自飞2，苗为钢2

(1.青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东青岛 266042；2. 江苏兴达钢帘线股份有限公司，江苏兴化 225721)

主要研究了子午线胎圈钢丝的化学镀液中添加柠檬酸后对胎圈钢丝镀层的影响。通过测试胎圈钢丝镀层的厚度与铜锡含量，胎圈钢丝与胎圈橡胶的粘合性能，并用扫描电镜观察胎圈钢丝的镀层，结果表明：柠檬酸加入镀液后，能够明显提高镀液的稳定性，增加胎圈钢丝的镀层厚度，而对胎圈钢丝镀层的铜锡含量影响不大；镀液中添加柠檬酸，胎圈钢丝表面沟槽深度明显增加，与胎圈橡胶的黏合性能更加优异。

柠檬酸；胎圈钢丝；镀层；黏合

镀青铜回火胎圈钢丝在子午线轮胎中的应用已经得到普及[1]，其用量随轮胎工业的发展不断增长。青铜中含有金属锡成分，少量的锡可以提高钢丝的耐腐蚀性能及耐热老化性能等。在镀青铜回火胎圈钢丝的镀层工艺中，常使用化学置换镀锡青铜的方法。化学置换镀锡青铜是以电化学置换反应为基础，从而获得镀层的方法。该法具有沉积速度快、工艺简单与橡胶结合力强等特点[2]。

化学置换镀青铜的镀液成分主要是硫酸铜和硫酸亚锡[3]，实际生产中，镀液中Sn2+受空气中氧的作用极易被氧化为Sn4+，Sn4+易于水解成偏锡酸呈白色沉淀，从而使镀液混浊失效[4]。同时在酸度不足时Sn2+也会直接水解生成沉淀。柠檬酸对Sn2+离子具有比较好的络合性和还原性[5]，柠檬酸作为锡离子的配位剂，可与锡离子生成较为稳定的配位离子，抑制锡离子的水解，维持镀液的稳定[6]。本文主要研究了胎圈钢丝镀液添加柠檬酸后对胎圈钢丝镀层的影响。

1 实验部分

1.1 主要原材料

柠檬酸，天津市永成化学试剂有限公司；Φ0.95 mm HT酸洗回火胎圈钢丝，江苏兴达钢帘线股份有限公司；半钢子午线轮胎胎圈橡胶，某轮胎厂家提供；硫酸，硫酸铜，硫酸亚锡均为市售分析纯试剂。

1.2 主要仪器与设备

X(S)K-160型开炼机，上海双翼橡塑机械有限公司；XLB-400型平板硫化机，青岛亚东橡机有限公司；万能实验机Z010，德国兹韦克公司；扫描电镜EVO18，德国蔡司公司；VARIAN 700型电感耦合等离子原子发射光谱仪，美国安捷伦公司。

表1 镀液配方

1.3 试样制备

（1）胎圈钢丝镀液的配制：按照表1配制胎圈钢丝化学置换镀青铜所用的镀液。

（2）胎圈钢丝化镀处理：给Φ0.95 mm HT酸洗回火胎圈钢丝编号后，放入的镀液槽中，处理5 s后马上取出，用80 ℃热蒸馏水冲洗30 s，烘干钢丝。

（3）钢丝黏合试样制备：用开炼机将胎圈橡胶塑练，下片，裁剪。把处理好的胎圈橡胶与化镀后的胎圈钢丝放入特制的模具中，用平板硫化机加压硫化。硫化温度160 ℃，硫化时间20 min，硫化压力10 MPa，胎圈钢丝在橡胶中的包埋长度为5 cm。硫化好的试样放置24 h后做抽出实验。

1.4 实验测试

黏合性能测试：按照国家标准GB/T5755—2000，在万能实验机上对黏合试样进行抽出实验，抽出速度为50 mm/min，夹具抽出孔径为12.5 mm。肉眼观察抽出钢丝表面的附胶率。

使用扫描电子显微镜对胎圈钢丝的表面镀层进行观察。使用扫描电子显微镜对胎圈钢丝的横切面进行观察并测量镀层的厚度。

使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪[7]测定胎圈钢丝镀层中铜锡含量。

镀液稳定性测试：取无柠檬酸的镀液与有柠檬酸的镀液各一瓶，室温放置一段实验后观察比较镀液的稳定状况。

2 结果与讨论

2.1 柠檬酸对胎圈钢丝镀液稳定性的影响

表2看出，不加柠檬酸的镀液稳定性很差，镀液中的锡离子很快水解沉淀，导致镀液浑浊。而镀液添加柠檬酸后，由于柠檬酸对Sn2+离子络合与还原作用，使得胎圈钢丝镀液较长时间保持澄清，在实际生产中有助于提高胎圈钢丝镀液的稳定性。

表2 柠檬酸对镀液稳定性的影响

表3 柠檬酸对镀层铜锡含量(质量百分数)的影响

2.2 柠檬酸对胎圈钢丝镀层铜锡含量的影响

由表3看出，向镀液中加入柠檬酸酸后，胎圈钢丝镀层中铜锡含量上下浮动不超过0.3%，考虑到实验过程中的正常误差，这种程度的变化可以忽略不计。后经重复实验测得胎圈钢丝镀层中铜锡含量始终上下浮动不超过0.3%，表明柠檬酸加入镀液后对胎圈钢丝镀层的铜锡含量基本没有影响。

2.3 胎圈钢丝与胎圈橡胶的黏合性能

胎圈钢丝与橡胶黏合主要依靠钢丝镀层中铜单质与橡胶大分子、硫磺三者的交联成键作用[8]，因此胎圈钢丝的镀层直接影响胎圈钢丝与橡胶的黏合性能，由图1看出，相比不加柠檬酸的镀液化镀的胎圈钢丝，添加柠檬酸的镀液化镀的胎圈钢丝与橡胶的黏合性能更好，抽出力有较大提升。实验结果证明柠檬酸添加到镀液后会影响胎圈钢丝的镀层性质，从而提高胎圈钢丝与橡胶的黏合性能。