我国钢帘线的生产情况及国内外钢帘线生产技术

我国钢帘线的生产情况及国内外钢帘线生产技术我国的钢帘线工业起源于上世纪50～60年代。70～80年代，随着国内轮胎工业的子午胎技术的兴起，子午胎骨架材料一钢帘线的生产通过引进技术、设备以及合资合作，经过了一个孕育发展的阶段。目前，我国的钢帘线生产已进入一个新的发展时期。本文拟就国内钢帘线生产现状及其近年来生产技术的进步作一简略介绍。1.国内钢帘线产品用户现状进入21世纪，我国子午胎得到了很大的发展，究其原因，一是国民经济始终保持稳步增长，公路运输、汽车等行业持续发展，对子午胎需求增加：二是轮胎技术的发展，轮胎子午化率是必然趋势。目前国内全钢载重子午胎、轻载子午胎的子午化率在50％左右，离75％～80％尚有差距：轿车子午胎子午化率虽己接近100％，但轮胎的总需求量在不断上升，尚难满足要求。主要影响因素包括：第一，汽车工业的发展。作为代表国家和地方支柱行业的汽车工业最近10年处于高速增长期，全国汽车产量2005年已达到570万辆。预计随着经济的发展和汽车家庭化率的提高，我国的汽车产量将会继续以较高的速度增长。有资料分析，到2010年我国的汽车产量将突破1000万辆。第二，公路状况改进。2004年我国高速公路通车里程达到3.42万公里，2005年公路的总里程将达185万公里，其中高速公路总里程将达到3.5万公里。这给汽车工业的发展提供了广阔的前景，也必将促进我国轮胎子午化率的提高。2.我国子午胎用钢帘线的需求情况2005年我国轮胎产量31819.89万条（含部分摩托车轮胎），同比增长28.27％；其中子午线轮胎14261.69万条，同比增长36.26％，子午化率已达到50％。根据中国橡胶协会轮胎分会的统计，2002～2005年载重全钢子午胎产量连续四年保持了50％的增长幅度，而半钢子午胎也有约30％的增长。最近，有关专家正在进行中国轮胎发展战略研究，其中比较乐观的估计是：到2010年全国轮胎需求量将达到3亿条，子午化率从现在的50％提高到70％，到2015年，全国轮胎需求量将达到4亿条，子午化率再提高到80％，到2020年，这一需求量将达到5亿条。今后子午化率会进一步提高，达到90％。因此，中国的子午胎会继续发展，同样作为子午胎的重要骨架材料一钢帘线也会跟随着发展。1993年我国子午线轮胎需求钢丝帘线不足1万吨，而到了2005年实际消费量达到了36万吨，年均增长率高达32％。据统计，目前国内钢帘线生产企业有15～18家，产量有40多万吨，其中较大规模的企业有4～5家（年产3万吨以上），产量占全国钢帘线总产量的80％以上。由于子午轮胎钢帘线的技术含量较高，生产工艺复杂，保证质量体系的稳定比较难，因此业内具有影响力、产能较大的企业并不很多，能够大批量生产异型规格、高质量、多品种钢帘线的企业更少。国内企业通过引进消化吸收国外先进技术，产品质量和技术水平有了显著的提高，今后应利用尚存的发展空间，从质量和产量两个方面提高，发展钢帘线。3.近年来的国内外钢帘线生产技术由于公路运输的发展，特别是高速公路的发展，乘用车的高速化，运输车辆的高速、重载和大型化，对配套用钢丝子午胎提出了十分严格的要求。钢丝子午胎向无内胎、扁平化、高速化、全天候化方向发展。随着人们环保意识的加强，再加上国际轮胎市场的激烈竞争，为了降低成本和轮胎制作机械化的需要，对子午胎骨架材料一钢帘线也提出了更苛刻的技术要求，近年钢帘线生产技术进步有如下特点：3.1高强度钢帘线巴克特和东京制纲公司早在90年代就在各自的钢帘线标准中列出了帘线的高强度等级。1995年上海橡胶集团组团赴日考察，在住友、兴国、特线等钢帘线生产厂就发现他们普遍生产高强度级帘线，索德台尔厂的高强度级帘线比例达60％。有关资料介绍，生产高强度帘线用于中型载重子午胎带束层，在保证带束层刚度相同的条件下，可减少带束层层数，减少隔离胶用胶量及减轻轮胎重量。例如：用3×0.38+6×0.35HT代替3×0.20+6×0.35NT（标准级）可使轮胎带束层帘线重量减少15％。虽然带束层强度约降低9%，但带束层破断负荷由1600N上升到1800N，安全系数始终是有保证的。生产高强度帘线用钢丝采用0.82C线材。采用80钢线材，经湿拉后的钢丝在相同总压缩率条件下比70钢线材钢丝抗拉强度提高250N／mm左右，扭转值提高3～4次，捻制相同结构的帘线后，在相同应力条件下疲劳值更高。东京制纲厂标准中的部分数据和换算抗拉强度（摘录）见表1。从表中数据可以看出，高强度级帘线比标准级帘线抗拉强度增加值约30kgf／mm2。表1东京制纲标准规定部分数据和换算抗拉强度（摘录）帘线结构规格直径（mm）±5%破断力（N）±5%抗拉强度（kgf/mm2）±5%强度增加值（kg/mm2）标准的高强度标准的高强度1×4×0.250.60500570260296361×5×0.250.68620710258295372+7×0.220.828801010262301393×0.2+6×0.351.1316001840243280373+9×0.22+0.151.1911901360266304381×12×0.175+0.150.99770880272311393×7×0.175HE1.2010701230216249334×4×0.22HE1.3711901360200228283+9+15×0.175+0.151.3417001950267306393+9+15×0.22+0.151.6025802960257294373.2帘线结构的改进国外各公司钢帘线结构的改进，从耐腐蚀、橡胶渗透性好、减轻重量及降低生产成本入手。对于轿车子午胎带束层用帘线，倍耐力公司早在1987年对帘线结构的改进作出了设想（见表2）。1×4×0.25帘线结构改进的有关数据见表3。表2帘线结构改进的设想（1987年）现有结构措施下一个五年的结构1×4×0.25C（开放式）提高橡胶的渗透性2+2×0.25/0.281×5×0.25C高强镀钢丝2×0.3HT（高强度）2+2×0.25/0.28单丝直径变粗3×0.3HT2+7×0.222+7×0.22W取消外绕2+7×0.22表31×4×0.25帘线结构改进的数据变化项目1970年1980年1985年1990年帘线结构4×0.254×0.250C2+2×0.251×2×0.3帘线直径（mm）0.600.620.640.60韧性（N/ktex）300330330390与橡胶渗透性（%）30601001001×2×0.3帘线与4×0.25相比：具有相同的直径，但单位线密度承载能力大18％，而与橡胶渗透性从30上升为100％是较理想的帘线结构。东京制绳公司对轿车子午胎带束层用帘线结构的改进也有类似的预测，见表4。表4东京制绳公司对轿车子午胎带束层用帘线结构改进的类似预测过去1996年今后动向1×5–1×50C–1×50C1×30C1×30C1×4–1×40C2+22+12+2–1×21×21×2倍耐力公司对轿车子午胎带束层用帘线结构的展望，在90年代己普遍使用了。我国己在使用2+2×0.25和2+7×0.22，但2×0.3和3×0.3HT还没有开始使用。此外，我们也可借鉴不搞开放式结构的过渡产品，搞一些与橡胶渗透性好的1×2、2+1等帘线结构。对于载重子午胎用带束层的帘线结构，倍耐力公司对其结构的展望如下（见表5）。对7×4×0.175W帘线结构的改进，有关数据见表6。表5倍耐力公司对载重子午胎用带束层的帘线结构的展望现行帘线（1987）措施127×4×0.175密集型结构帘线7×0.20CC、HT7×4×0.22帘线单丝高强度27×0.175CC3+9×0.22取消外绕21×0.175CC3+9+15×0.175W1×0.2+6+12×0.175CC3+9+15×0.22W1×0.25+6+12×0.22CC表67×4×0.175W帘线结构改进的有关数据项目1970年1980年1990年帘线结构7×4×0.175W3+9+15×0.175W12×0.22CC、HT帘线直径（mm）1.451.320.95韧性（N/ktex）310315390透气量（m1/min）120800012×0.22CC、HT帘线，直径比7×4×0.175W细，疲劳值高，单位线密度承载力大25.8％，透气量小，防腐性能好。东京制纲公司对载重车和公共汽车子午胎胎体用帘线结构的预测（见表7）表7东京制纲公司对载重车和公共汽车子午胎胎体用帘线结构的预测过去1996年发展方向小、中型胎3+9W3+9W、3+8、3+7、1×12W3+8、3+7、1×12W大型胎7×4、7×3W3+9+15W、4+9+14、3+8+133+8、3+9+15W、4+9+14、3+8+133+9+15W3+9+15W、1×12W3+9+15W、1×12W应当说明的是，对密集型结构帘线从橡胶渗透性、防腐与增强粘合力来看，不是理想的结构，但密集型结构帘线在子午胎胎体中强度保持率较高，安全系数大，轮胎总使用寿命长，且帘线的生产成本相对降低因此，今后把3+9+15×0.175W交互捻层状结构（上、下层钢丝之间呈点接触）帘线改为1×19×0.175CC或1×12CC、HT同向捻密集型结构（上、下成钢丝之间呈线接触）帘线。可减轻帘线重量的100％，这样只是适当减小了安全系数，但这种减小是十分合理的。国外名牌轮胎己成功地实现了这种替代。另外，曾经对3+9+15×0.175W（点接触）帘线与1×12×0.22CC（线接触）帘线在实验室作过无接头带测试，检查屈扰4×10次（相当于轮胎使用12万km寿命）后破断负荷损失值，无接头带破断负荷损失值数据见表8。表83+9+15×0.175W帘线无接头带测试结果帘线结构破断负荷损失值芯线内层外层3+9+15×0.175W5.3（总计）1.952.147.81×12×0.22CC50.5（总计）———注：带轮d=143mm，预应力400N／m，屈扰次数4×10。3.3改进粘合力钢帘线与橡胶的粘合力受胶料、硫化方法以及上黄铜镀层表面质量诸因素影响，这里只讨论帘线黄铜镀层性能对粘合力的影响。3.3.1黄铜镀层含铜量倍耐力公司对自己用热扩散法电镀黄铜镀层的表面状态氧化膜进行了分析：从镀层最外面层往心部计5A深度处簿簿一层CuO，在100A深度范围是CuO+Cu，铜锌比50：50。在500A深度范围是CuZn+ZnO，铜锌比68：32，再往深处是CuZn铜锌比是65：35。实验室数据认为：黄铜镀层含铜量以63.5为好，能获得较好的粘合性能，且含铜量的偏差在±1.5％范围内，粘合力稳定。3.3.2黄铜镀层厚度湿拉机拉拔后钢丝表面黄铜镀层厚度在0.2μm左右，附着力强，硫化后粘合力好。3.3.3其它表面镀层降低镀黄铜镀层外，贝卡尔特公司申请有镀铜钢丝鳞化专利技术，它对某些轮胎胶料热老化（过热）和蒸汽老化后粘合性能有好处，但钢丝表面鳞酸盐含量要恰当，过高反而不利。皮列理公司研究三元合金镀层即在黄铜镀层的基础上加入少量Ni和CO，目的是使度层有较强适应轮胎不同配方的能力，能获得较好粘合力。普通黄铜镀层老化后粘合力保持率50％，而三元合金镀层粘合力保持率为90％。此外，钢丝表面涂钴盐等离子镀层，效果也与三元合金镀层相同。3.4帘线用盘条3.4.1帘线盘条的供应商帘线专用线材供应商在欧洲有德国蒂森、撒斯特（Saarstahl），法国的Unimetal公司等。在亚洲日本帘线用线材年产量较大。其中包括神户制钢、新日铁、住友和川崎。欧洲的贝卡尔特和阿贝德公司都购买日本的帘线用线材。帘线生产厂虽然自由采购帘线用线材，但大多与供应商有固定的关系，不轻易改变，并随时返馈信息，改进帘线用线材的质量。3.4.2帘线用线材直径一般都使用直径5.5mm线材，含碳量0.72％和0.82％，热轧经气控冷却（索氏体化）线材，盘重约2吨，目前还没有直径5.0mm帘线用线材公开上市。日本神户制钢公司因拥有日本线材（Tokusen）厂10％股份，内部提供该厂直径5.0mm帘线用线材，以增强竞争力。3.4.3其它技术