专利名称：子午线轮胎中钢丝帘线粘合力寿命的测评方法
技术领域：
本发明涉及一种轮胎性能的测评方法，具体地说是子午线轮胎中钢丝帘线粘合力寿命的测评方法。
背景技术：
随着轮胎工业的发展，子午线轮胎的比例越来越高。由于钢丝帘线所具有的优异性能和性价比方面的优势，已成为子午线轮胎的重要骨架材料。所有子午线轮胎的带束层都要用钢丝帘线做骨架材料，特别是在全钢载重子午线轮胎中，骨架材料全部为钢丝帘线。 钢丝帘线表面都镀有黄铜，一方面有利于钢丝帘线与橡胶的粘合；另一方面也有利于钢丝的拉拔，以获得较小的单丝直径。长期以来，我国全钢子午线轮胎使用的钢丝帘线以高铜镀层(铜质量分数为 0. 670)为主。这一方面是由于我国在发展全钢子午线轮胎初期引进的倍耐力技术要求使用高铜镀层钢丝帘线；另一方面是由于高铜镀层钢丝帘线与橡胶具有很好的初始粘合性能。 子午线轮胎用钢丝帘线与橡胶的粘合力寿命是一个复杂的课题。粘合性能的优劣对子午线轮胎的质量有着至关重要的影响，比如因各部件粘合不牢引起的冠空、肩空、肩泡、侧空、侧泡、脱接头、脱层，以致影响轮胎的使用寿命。现有的测试分析都是通过物理分析的手段对于轮胎现状的测评，而对轮胎的粘合力寿命却不能给出参照依据。
发明内容
本发明旨在提供一种子午线轮胎中钢丝帘线粘合力寿命的测评方法，从而能帮助判断粘合力的寿命长短，为轮胎的使用寿命给出评判依据。影响胶料和钢丝帘线之间的粘合力主要因素在于硫化亚铜和硫化锌的化学键，硫化亚铜在其中起主导作用。在钢丝帘线表面的铜锌镀层中，当胶料中的硫先接触到铜时， 会产生少量的硫化亚铜(这是产生粘合力大小的关键)，但在后面由于锌的金属活性要比铜的强，因此锌会抢先和硫反应生成硫化锌(这也是牺牲锌来保护铜，使硫化亚铜生长不大的原因)，只有当锌反应完全或剩余量非常少(质量百分含量低于0. 105%)的时候，铜才会和硫接着反应。当铜和硫反应时，就会使硫化亚铜逐渐长大(硫的质量百分含量超过 22.5%),由于硫化亚铜有脆性，容易断裂，因此当硫化亚铜长大时，随着硫化亚铜的断裂， 胶料和钢丝帘线之间的粘合力就会显著下降，影响钢丝帘线与橡胶粘合力寿命，从而使断裂拉伸力迅速减�。踔练⑸呀旱南窒�。本发明根据上述原理，对子午线轮胎中的钢丝帘线进行不同时间的热老化处理， 模拟轮胎行驶的不同公里数对轮胎造成的影响，再对热老化后的轮胎进行测试。发明人采用化学元素分析方法，包括扫描电子显微镜(SEM)、X射线电子能谱 (EDS)和ICP-AES (俄歇电子法)等分析方法。ICP-AES法主要是用于无机元素的定量分析， 其相对误差在3%左右，测量的结果精确，因此在测定不同老化条件下老化后的样品锌的含量上我们采用了 ICP-AES法。
本发明解决技术问题采用如下技术方案本发明子午线轮胎中钢丝帘线粘合力寿命的测评方法的特点在于按以下步骤操作a、标准曲线的绘制将未使用的子午线轮胎在155°C热硫化10-15分钟，硫化结束后除净轮胎的胶料得到钢丝帘线，将所得钢丝帘线进行热老化处理，热老化的温度为100°c，热老化时间分别为1、2、4、6、8、10和12天，热老化结束后对试样进行ICP-AES测试、EDS测试和断裂拉伸力的测试，并根据测试数据绘制断裂拉伸力-修正硫含量标准曲线和断裂拉伸力-锌单质含量标准曲线；b、将与绘制标准曲线时使用的子午线轮胎配方相同的待测子午线轮胎试样除净胶料得到钢丝帘线，然后对所得钢丝帘线进行ICP-AES测试、EDS测试和断裂拉伸力的测试，得到该待测试样的断裂拉伸力、修正硫含量和锌单质含量的数据，通过所述断裂拉伸力、修正硫含量和锌单质含量的数据在标准曲线中确定待测试样的位置。与已有技术相比本发明的有益效果体现在1、本发明采用的实验方法简单易操作、省时、经济耗费低、可行性强。2、本发明的实验结果准确，可以作为工业生产的参考。3、本发明克服了传统方法无法评估轮胎使用寿命的问题，同时也对何时轮胎肩空胶烧(粘合力的突然下降就是肩空胶烧的表现)、理赔轮胎是钢丝帘线的问题还是胶料的问题或是粘合力的问题等给出评判依据。
四
图1 (a)为本发明实施例1对未老化的钢丝帘线样品的扫描电镜照片(SEM)-电子能量型貌图；图1 (b)、(c)是对实施例1未老化的钢丝帘线样品分别放大100倍和500倍的扫描电镜照片(SEM)；图1(d)、(e)分别为用俄歇电子法(AES)测试出的帘线表面元素特征谱图和内部元素特征图。图1(d)、(e)中曲线六为狗元素，曲线B为Cu元素，曲线C为Si 元素，曲线D为C元素，曲线E为0元素，曲线F为S元素。图2(a)、(b)、(c)、(d)分别为本发明实施例2在155°C硫化条件下得到的钢丝帘线分别放大500倍、4000倍、5000倍和10000倍的扫描电镜形貌图，图2 (e)是放大10000 倍的扫描电镜形貌图，其中蓝色区域是表1的数据来源。图3(a)、(b)分别为本发明实施例3在100°C和120°C下热老化14天的扫描电子
显微镜图。图4(a)、(b)分别表示的是本发明实施例4中100°C热老化1、2、4、6、8、10和12天后修正硫、单质锌含量和断裂拉伸力之间的关系图。图4(a)、(b)为散点图，根据利用统计学方法格鲁布斯法对于分布给出。图中a为拐点。
五具体实施例方式为更好理解本发明，下面结合具体的轮胎试样对本发明做进一步说明，非限定实施例如下。实施例1
4
本实施例未老化的黄铜钢丝帘线中元素的径向分布测定按以下步骤操作在钢丝的径向分布上，我们采取了 AES (俄歇电子法)法进行了元素及其组成的测定。俄歇电子从图示位置溅射电子电流，以每间隔5nm为一个单位(即每5nm为一个层面) 进行从表面到轴心的逐步分析检测，每隔5nm位一层的元素及其组成数据。图1(a)为钢丝的扫描电镜(SEM)-电子能量型貌图，图中显示了测量参数(电流大小为50eV，溅射面积2mm*2mm，图为400. 0倍的放大效果图)。图1 (b)为整体型貌，(c)为局部型貌，从中可以看出还有极少量的胶料附着在表面，而且其表面的铜锌硫化物并么有长大，甚至很少出现。图1(d) (e)对比中可以看出元素的含量基本相同，这也说明了镀铜锌比较均勻，图中的纵坐标为元素的含量比例。横坐标为测试深度，坐标中的曲线颜色对应于左上角的各元素颜色。在图1(d) (e)中可以看出，从外表面开始向内，一开始铜锌共存的， 随着溅射深度的增加，铜锌的含量迅速下降，并且铜的下降幅度比锌的要快的多。在210nm 深度以下后主要元素是铁，铜锌及其他元素的含量非常少。表明镀层的厚度在210nm左右。 在测试样品中含有极少量的C，0，S是帘线表面在空气少量吸附所至。此次测定经向分布主要是为了了解钢丝的初始的铜锌分布情况，为后面的工作做基础。实施例2 采用平板硫化仪将子午线轮胎待测试样于155°C硫化10分钟，然后置于液氮中冷却5分钟，取出后立即用锤子敲击去除胶料得到钢丝帘线样品，将钢丝帘线样品用二异丙苯在60°C条件下浸泡Mh，真空干燥后留待测试分析。二异丙苯是橡胶剔除剂，在胶料被敲击碎后还会剩有少量的橡胶在钢丝上面，用二异丙苯溶解剩余的橡胶就可以得到除去胶料后的钢丝帘线，不会影响钢丝帘线表面的元
素含量。图2 (a)、(b)、(c)、(d)分别表示在155°C硫化条件下得到的钢丝帘线放大500倍、 4000倍、5000倍和10000倍的扫描电子显微镜照片。在5000倍和10000倍中有少许白色点状和片状物质为硫化铜和硫化锌，从整体来看其表面也是比较平整光滑的。表1为155°C的硫化条件下，除去胶料后钢丝帘线表面的电子能谱数据，其数据的来源为图2(e)，从表1中可以看出硫的含量为2. 52%，铜锌比为1.44。这表明钢丝表面已经有硫化铜和硫化锌生成，这也是保证钢丝和胶料之间粘合力的因素。表 1
元素重量原子百分比百分比CK1.275.54OK3.039.90SK2.524.10FeK37.8535.44CuK32.7026.92ZnK22.6318.10总量100.00 实施例3
将实施例2制备的钢丝帘线样品放到聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在电热恒温干燥箱中分别于100°c何120°C加热14天，然后用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪 (EDS)分析硫化层界面的老化情况。越高的老化温度下，粘合力的下降速度也会越快，其原因主要在于温度越高，铜锌和硫的反应速度越快造成的。图3(a)、(b)分别为实施例3硫化后的钢丝帘线样品于100°C 和120°C下热老化14天的扫描电子显微镜图，从图中可以看出120°C的热老化明显要比 100°C的热老化的速度要快，并且其表面已经有大量的铜、锌硫化物出现。表2(a)、(b)分别表示的是实施例3硫化后的钢丝帘线样品于100°C和120°C热老化14天的电子能谱数据， 表2(b)中的硫含量要大于表2(a)中的含量，说明120°C热老化14天中的铜锌硫化物更加多，也就是硫化的要更加严重。图2 (c)表示的是实施例2未老化处理的钢丝帘线和实施例 3中100°C热老化处理14天的钢丝帘线的断裂拉伸力(按照国家标准ISO 7622-2-1984测定)变化表。表2(a)100°C硫化
权利要求
1.子午线轮胎中钢丝帘线粘合力寿命的测评方法，其特征在于按以下步骤操作a、标准曲线的绘制将未使用的子午线轮胎在155°C热硫化10-15分钟，硫化结束后除净轮胎的胶料得到钢丝帘线，将所得钢丝帘线进行热老化处理，热老化的温度为100°C，热老化时间分别为1、 2、4、6、8、10和12天，热老化结束后对试样进行ICP-AES测试、EDS测试和断裂拉伸力的测试，并根据测试数据绘制断裂拉伸力-修正硫含量标准曲线和断裂拉伸力-锌单质含量标准曲线；b、将与绘制标准曲线时使用的子午线轮胎配方相同的待测子午线轮胎试样除净胶料得到钢丝帘线，然后对所得钢丝帘线进行ICP-AES测试、EDS测试和断裂拉伸力的测试，得到该待测试样的断裂拉伸力、修正硫含量和锌单质含量的数据，通过所述断裂拉伸力、修正硫含量和锌单质含量的数据在标准曲线中确定待测试样的位置。
全文摘要
本发明公开了一种子午线轮胎中钢丝帘线粘合力寿命的测评方法，是将未使用的子午线轮胎硫化后除净胶料得到钢丝帘线，将所得钢丝帘线进行热老化处理，然后对试样进行ICP-AES测试、EDS测试和断裂拉伸力的测试，并根据测试数据绘制标准曲线；将与绘制标准曲线时使用的子午线轮胎配方相同的待测子午线轮胎试样除净胶料得到钢丝帘线，然后对所得钢丝帘线进行ICP-AES测试、EDS测试和断裂拉伸力的测试，通过所述断裂拉伸力、修正硫含量和锌单质含量的数据在标准曲线中确定待测试样的位置。本发明测评方法是通过化学分析的方法找到单质金属含量与粘合力寿命的关系，从而可以判断粘合力的寿命长短，为轮胎故障的判断分析给出评判依据。
文档编号G01N23/00GK102445460SQ20111028725
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者伏文, 周倩, 陈春年 申请人:合肥工业大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
