芳纶纤维及其复合材料的研究进展

介绍芳纶纤维的性能和研究现状、芳纶纤维复合材料的应用以及芳纶复合帘线的开发和性能改进。芳纶纤维具有多种独特性能,国内外对芳纶纤维进行了广泛研究,芳纶纤维制备与应用技术难题不断被攻克,芳纶纤维的应用越来越广泛。芳纶纤维生产现主要集中在美国、日本和欧洲,近年来我国芳纶纤维的产业化发展迅速。芳纶纤维复合材料在军用和民用领域均得到广泛应用。芳纶复合帘线主要分为合股复合帘线和芯皮结构复合帘线。芳纶复合帘线改进的性能主要有耐压缩疲劳性能、拉伸性能和粘合性能。

电镀镀层对帘线黏合剥离性能影响

为研究电镀钢丝镀层对帘线黏合和剥离性能的影响,分别生产不同镀层重量、镀层铜含量和镀层表层铜含量的Φ1.72 mm电镀黄铜钢丝,以相同工艺拉拔捻制为2×0.30 HT钢帘线,用以帘线和橡胶黏合和剥离性能测试。结果发现:当帘线镀层重量在2.47~4.34 g·kg^(-1)、镀层铜含量在61.30%~66.36%时,帘线和橡胶建立了良好的黏合强度和黏附效果,即帘线和橡胶在此范围具有较好的黏合和剥离性能,钢丝表层铜含量在57.82%~62.22%时,帘线与橡胶的黏合和剥离性能均良好,说明此范围内表层铜含量的变化未对帘线黏合和剥离性能造成明显的或不利的影响。同时,当钢丝铜含量或表层铜含量偏低,均使得拉拔损失增加,不利于钢丝拉拔。

电镀电流密度对2×0.30HT钢帘线黏合及剥离性能影响

为研究电镀铜过程对钢帘线黏合和剥离性能的影响,以直径1.80 mm钢丝为基础,分别生产不同平均电流密度、槽间电流密度分布及最外层电流密度因素下电镀钢丝,以同机床、同工艺拉拔捻制为2×0.30HT钢帘线,分别考察3因素钢帘线的黏合和剥离性能。结果表明:电镀铜平均电流密度、各阳极架电流密度分布不均以及最外层电流密度在一定范围内变化对钢帘线黏合抽出性能影响较小,但随着电镀平均电流密度增大至17.07 A/dm~2,镀层致密性变差,从而使得钢帘线的剥离性能降低;同时,相比于钢丝最外层电流密度的设置,首节阳极架电流密度过高更容易导致钢帘线的剥离性能不良。

基于泰伯挺度仪的钢丝/钢帘线弯曲刚度分析与仿真模拟

弯曲刚度对轮胎、橡胶减震器等橡胶/钢帘线复合材料的抗变形能力至关重要。采用泰伯挺度仪对钢丝及钢帘线的弯曲刚度进行测试分析。基于泰伯挺度仪测试方法分析泰伯挺度仪测试原理,通过ABAQUS有限元软件对钢帘线的弯矩测试进行模拟,分别设计并建立了推辊模型、端面翻转模型和挡片模型三种有限元模型,并将模型所计算的结果与实测结果进行比较。该模型可有效辅助钢帘线的设计,缩短研发周期,节约成本。

热扩散温度对电镀锌C72D2钢丝镀层结构及性能的影响

采用电镀工艺在C72D2钢丝表面镀锌,单位面积镀层质量为45g·m^(-2),然后在不同温度(450~550℃)下进行热扩散处理,采用湿式拉拔工艺将镀锌钢丝拉拔成单丝,研究了热扩散温度对镀层结构、单丝抗拉强度及单丝旋转弯曲疲劳性能的影响;通过与热浸镀锌钢丝和单丝的对比,优选出最佳的电镀锌热扩散工艺。结果表明:随着热扩散温度升高,电镀锌钢丝镀层中的锌铁合金相增多,且富铁相增多,富锌相减少,在520℃以上时生成Fe_(3)Zn_(10)脆性相,镀层出现裂纹;经480℃热扩散处理的电镀锌单丝与热浸镀锌单丝相比,抗拉强度较高,镀层损失较小,疲劳寿命相近,满足电梯曳引带钢丝绳用单丝的使用要求。

7×7结构超高强度钢丝帘线破断力影响因素的探讨

从生产实际出发,研究影响7×7结构超高强度钢丝帘线破断力的因素。结果表明:7×7结构超高强度钢丝帘线破断力受多因素影响,其中一个重要的因素是单丝强度,当单丝强度大于3500 MPa时帘线破断力捻制损失急剧增大;破断力捻制损失与帘线结构有关,相同强度单丝捻制单股结构和层状结构钢丝帘线时,破断力捻制损失较小;7×7结构超高强度钢丝帘线破断力捻制损失受面股的影响较大,受芯股的影响较小,破断力捻制损失主要产生在股线合成帘线阶段,并且与合绳的捻距和放线张力稳定性有关,随着捻距越大,钢丝帘线的破断力捻制损失基本呈线性减小,张力稳定,帘线破断力捻制损失较小。

复合电镀金刚石线锯工艺及其电化学行为研究

上砂是电镀金刚石线锯的核心技术,上砂方式、电流密度、上砂时间对上砂效果有较大影响.试验选用直径0.12 mm的镀铜钢丝,磨粒尺寸为8～13 μm的金刚石,采用悬浮上砂法在瓦特镀液中制造电镀金刚石线锯,并使用扫描电镜观察镀层形貌.结果显示：当电流密度为4～5 A/dm2、上砂时间为5 ～7 min时,可得到镀层质量较好的线锯.使用电化学工作站对镀镍金刚石和非镀镍金刚石复合镀液进行电化学测试分析,结果为2种金刚石在镀液中都会对开路电位、阴极极化产生明显的改变.

一步法替代热扩散电镀工艺对钢帘线性能影响

钢帘线生产中以一步法电镀工艺代替热扩散电镀,可节约中频热扩散损耗且无需磷化处理,进而减少工艺流程及生产成本。本文对两种工艺3+9结构帘线生产过程的相关性能进行对比分析。研究发现:一步法生产的钢丝镀层更为致密,镀层仅存在α相黄铜,与热扩散电镀的钢丝相比具有更好的延展性,进而使得拉拔过程中的镀层损耗更少,合股过程的断丝率更低,且其镀层内外组分基本均匀一致。一步法钢丝与热扩散钢丝相比具有更低的表面ZnO含量,其初始黏合力高于热扩散帘线约26.15%,3 d、7 d、14 d的93℃/95%RH的湿热老化黏合分别高于热扩散帘线11.49%、17.11%和4.35%,两种工艺帘线初始黏合或老化黏合覆胶率基本一致。

基于DEFORM的水箱拉拔功率计算

借助DEFORM模拟软件研究水箱拉丝过程中道次压缩率的改变对钢丝拉拔力的影响规律。根据功率与力、力与应力的关系,引入总拉拔功率与拉拔应力的数学公式。把拉拔应力模拟结果代入数学公式通过计算得到总拉拔功率,并与实测功率进行比较,验证有限元模型的可靠性。结果表明:减少拉拔道次,总功率有增加的趋势;只改变前几道次的压缩率,总功率最小。根据实测值修正模拟值,使模拟值与实测值的相对误差较小。总功率与拉拔应力数学关系的引入和有限元模型的建立对实际电耗研究具有参考价值,也为预测钢丝多道次拉拔过程中的电耗提供一种有效途径。

适用于珠光体钢丝微观组织观察的腐蚀剂探索

通过9种腐蚀剂方案的设计、试验,利用金相显微镜观察,研究了不同腐蚀剂对珠光体钢丝的腐蚀效果。结果表明:使用盐酸15 ml+硝酸5 ml+水100 ml,盐酸15 ml+硝酸5 ml+乙醇100 ml,体积分数为10%的盐酸酒精溶液和体积分数为30%的盐酸酒精溶液均可以获得较清晰的金相组织。但综合考虑腐蚀时间和腐蚀效果,推荐使用方案更优的盐酸15 ml+硝酸5 ml+水100 ml腐蚀剂。

热扩散电镀线ZnSO_(4)/H_(2)SO_(4)替代磷化清洗工艺对钢丝性能的影响

钢帘线生产电镀工序中,为避免含磷废水的产生及排放,以ZnSO_(4)/H_(2)SO_(4)代替磷酸清洗钢丝表面ZnO,并跟踪此工艺下的镀铜钢丝的性能及流转至后道的拉拔捻制情况。结果表明,硫酸锌清洗工艺下得到的电镀钢丝表面ZnO可以达到常规磷酸清洗水平;湿拉合股工序钢丝的拉拔捻制情况与常规磷酸清洗钢丝相比并无降低;合股后对比两种清洗工艺帘线不同胶料硫化试验的粘合抽出力,整体结果说明ZnSO_(4)/H_(2)SO_(4)清洗钢丝帘线粘合抽出力不低于磷酸清洗工艺帘线粘合抽出力,且可以适应多种胶料配方。另外此清洗工艺不产生工业废水,清洗后的ZnSO_(4)/H_(2)SO_(4)溶液通过调节槽流至镀锌槽回收利用,成本低廉环保。

钢帘线直径变化对长度控制影响分析

钢帘线定长指标是子午线轮胎用骨架材料的重要控制指标之一。轮胎生产过程中,钢帘线定长控制有两层含义,第一是产品的绝对长度控制,即钢帘线产品以国际米制单位定义的实际长度。第二是产品的相对长度,即同一批同规格钢帘线产品相对长度一致性。由于轮胎压延生产均为批量放线,最短的钢帘线掉落易造成其余放线轮的剩余钢帘线为废料。钢帘线直径变化是引起长度变化的重要因素之一,对二者之间的关联进行分析并采取措施消除钢帘线直径变化对长度的影响,能有效保障钢帘线长度的准确性和一批产品相对长度的一致性。

氯化天然橡胶对子午线轮胎胎圈胶性能的影响

研究氯化天然橡胶(CNR)对胎圈胶性能的影响。结果表明:CNR并用天然橡胶用于胎圈胶(钢丝包胶),随着CNR用量的增大,胎圈胶的焦烧时间缩短,正硫化时间延长,门尼粘度增大;加入CNR,胎圈胶的硬度提高,老化前后的强伸性能出现不同程度的下降;CNR的加入能够提高胎圈胶与胎圈钢丝的粘合性能,CNR用量为5~10份时的粘合性能最佳。

国内外超高强度钢帘线用盘条微观组织研究

研究国产盘条和进口盘条的差异。采用光学显微镜、SEM、拉伸试验机、直读光谱仪和夹杂物自动分析仪等对国内外碳质量分数为0.92%的钢帘线用5.5 mm盘条各项性能进行对比分析。试验发现:国产和进口盘条的组织相同,均为索氏体+珠光体组织,国产盘条的晶粒尺寸略大于进口盘条。国产盘条的片层间距比进口盘条的片层间距略小,因此国产盘条抗拉强度和断面收缩率比进口盘条高。国产盘条平均氧化层厚度低于进口盘条,进口盘条氧化皮相对更疏松,国产盘条的偏析级别比进口盘条高。对盘条的夹杂进行定性定量分析结果显示,国内外盘条中夹杂物主要以硫化物为主,但进口盘条中夹杂物含量比国产盘条低,综合性能优于国产盘条。

不同捻距对钢丝绳力学性能的影响

捻距是钢丝绳结构设计不可或缺的重要参数之一。在设计钢丝绳结构时,为降低试验成本、选出合适的捻距,以公称直径2.1 mm,1×7结构钢丝绳为研究对象,模拟不同捻距钢丝绳在拉伸载荷下的等效应力分布情况。分析模拟结果发现,随着捻距的增大,等效应力整体呈降低的趋势。同时,结合不同捻距对应的钢丝绳破断拉力变化趋势,最终选出1×7结构钢丝绳最佳捻距范围为21~25 mm。

超高强钢拉拔影响单丝扭转性能的相关因素

单丝拉拔过程中出现分层。从实际生产出发,结合单丝拉拔分层理论,确定在超高强单丝拉拔过程中双模的使用、塔轮的绕法及聚晶模的使用对分层的影响。试验表明:双模使用有利于单丝扭转性能提高,成品道次使用双模对单丝分层影响最大;在拉拔不断丝的前提下,可通过减少绕线来提高单丝品质;可在后几道使用聚晶模代替钨钢模,能改善单丝韧性,提高扭转值。相关因素的确定为生产实际中提高单丝扭转性能提供可直接实施且行之有效的方法。

冷拉超/特高强度珠光体钢丝的工艺性能及强化机理

分析高强度钢丝的强化机理及冷变形钢丝韧性下降的原因。在对超/特高强度钢丝帘线用92C,97C和102C盘条大变形直接干式拉拔、钢丝时效处理及湿式拉拔研究的基础上,提出了常规湿式拉拔工序后加校直器工艺,在确保强度的基础上,有效地控制了湿式拉拔单丝的扭转分层,为超/特高强度钢丝帘线的开发奠定了基础。

橡胶轮胎和软管用高强度钢帘线盘条的研发

为了减轻汽车重量,提高燃油消耗,研制了高强度钢帘线用线材。然而,开发高强度钢帘线的难点是必须同时获得高强度和良好的塑性。为了解决这一问题,通过分析拉丝过程中钢丝组织和力学性能的变化,研究了拉丝过程中的分层机理,提高了拉丝的塑性。采用1.0%C过共析钢和优化的拉拔工艺,在实验室可获得4400 MPa级钢帘线。

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

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。

加工工艺及时效时间对钢丝帘线耐疲劳性能的影响

介绍了钢丝帘线三辊疲劳性能检测原理及系统组成,研究了加工工艺和时效时间对不同强度钢丝帘线耐疲劳性能的影响。结果表明:随着最后道次压缩率的增大,钢丝帘线的破断力提高,耐疲劳性能下降;随着时效时间的延长,钢丝帘线耐疲劳性能逐渐下降,之后趋于稳定。