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理论与研究 刘湘慧·扫描电子显微镜 / 能谱仪分析钢帘线与橡胶之间的黏合机理

扫描电子显微镜 / 能谱仪分析钢帘线

与橡胶之间的黏合机理

刘湘慧 1,2
(1. 江苏兴达钢帘线股份有限公司，江苏 泰州 225721 ；
2. 江苏省结构与功能金属复合材料重点实验室，江苏 泰州 225721)

摘要 ： 作为橡胶复合材料的增强材料的镀黄铜钢丝帘线得到广泛应用。钢丝帘线和橡胶的黏合力在钢丝帘线 / 橡胶的整个生
命周期中是至关重要的，因此，黏接机制是几十年来橡胶工业的一个焦点。各种现代分析仪器，如 X 射线光谱仪和质谱仪，已被
应用于该键合界面的研究。本文采用扫描电子显微镜 / 能量色散 X 射线光谱仪（SEM/EDX）研究钢帘线表面形貌和黏合机理。根
据这些形态测试结果，观察到橡胶残留带主要位于 Cu/Zn 空隙区。进一步的研究表明，黏合层宏观结构导致橡胶残留物的联锁机理。
关键词 ： 黄铜镀层 ； SEM ； EDX ；微观结构 ；宏观结构 ；橡胶与钢帘线的黏合力 ；黄铜带 ；化学映射
中图分类号 ： TQ330.38 TQ660.16 文章编号 ： 1009-797X(2018)21-0017-03
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2018.21.003

几十年来，钢丝帘线作为橡胶材料中增强材料得 样品。这些样品的黄铜镀层含有约 60% 重量份数的
到了广泛的应用。钢丝帘线通常用橡胶化合物固化以 Cu 元素。本研究中使用的橡胶化合物包括天然橡胶、
制备钢丝帘线 / 橡胶复合材料。通过将钢丝帘线的力 炭黑、氧化锌、硬脂酸、促进剂和硫。在 148~182℃
学性能与橡胶的黏弹特性相结合，钢丝帘线 / 橡胶复 的温度下，将钢丝帘线 / 橡胶复合材料固化几分钟后，
合材料具有很高的机械强度和优异的抗疲劳性能。因 将橡胶帘线从橡胶坯料中拉出或剥离，然后用氮气流
此，这种复合结构被用作世界 98% 乘用轮胎的增强 清洗界面。
层。为了避免钢丝帘线与橡胶材料之间的相分离，重 本研究使用日立 SU1510 SEM/EDX，置于中等
要的是保持钢丝帘线与橡胶之间的高水平黏合。黄铜 尺寸试验室中。EDX 模式元素分析包括：铁、铜、锌、
合金通常涂覆在钢丝帘线表面，以帮助在橡胶聚合物 碳和硫。采用 EDX 的映射方式和线性扫描方式对钢丝
固化时形成牢固的黏合层。 帘线表面进行扫描。
正如以前的研究人员报道的，在钢帘线表面镀覆
的 Cu 和 Zn 可以与橡胶化合物中的硫反应，形成化学 2 结果和讨论
当量的 ZnS/CuS 晶体和非化学当量晶体 Cu x S （1.8 ＜ x 钢帘线表面形貌表明，钢帘线表面不光滑，沿钢
＜ 2）。这些晶体生长在黏附表面上，并表现出与橡胶 丝长度方向上有多条划痕。由于拉丝模表面粗糙度的
聚合物互锁的枝晶结构，在黏附表面上引入机械结合。 影响，随着钢丝被拉过模具，加剧了模具和钢丝之间
研究人员还提出了黏附的化学结合机制。根据研究结 的摩擦，导致钢帘线表面的划痕。
果，硫可以与铜和橡胶聚合物发生反应，形成共价化 黄铜镀层以及橡胶涂层化合物的组成，对于钢帘
学 键（Cu—S—C），并大大提高钢丝帘线与橡胶聚 线和橡胶之间的黏合是至关重要的。Cu 和 Zn 的元素
合物之间的黏合性。这些先前的机理研究主要集中在 分布为间断带，取向与钢帘线单丝的长度方向相同。
1~100 nm 长度范围内小的平坦区域黏附或微结构晶体。 在扫描方向上 40 μm 距离内观察到 Fe/Cu/Zn 的
本文利用扫描电子显微镜（SEM）和能量色散 X 射线 多个峰。Cu/Zn 峰之间的间隔与相邻 Cu/Zn 带之间存
光谱仪（EDX），揭示了黄铜镀层的宏观结构及其对 在的空隙面积一致。元素 Zn 的分布峰与元素 Cu 的峰
1~50 μm 大尺寸黏合力的影响。

作者简介 ：刘湘慧（1975-），男，学士，高级工程师，主
1 实验 要从事钢帘线产品开发和技术创新、项目管理工作。
从不同的钢丝制造商随机选择黄铜镀层的钢帘线 收稿日期 ：2018-06-24

年
2018 第 44 卷 ·17·