低滚动阻力高抗湿滑轿车胎的开发

顾培霜, 郑 昆, 陈 松

（特拓（青岛）轮胎技术有限公司, 山东 青岛 266042）

低滚动阻力高抗湿滑轿车胎的开发

顾培霜, 郑 昆, 陈 松

（特拓（青岛）轮胎技术有限公司, 山东 青岛 266042）

介绍了已量产的规格205/55R16 P609 94W XL轮胎，主要通过配方升级、双层胎面设计和结构降重三个途径使轮胎的滚动阻力和湿地标签达到欧洲标签法B级的目标。胎面低滚动阻力设计采用全白炭黑的改性溶聚丁苯配方；基部胶也采用低滚动阻力配方。双层胎面通过调整胎面胶和基部胶的体积比例，将基部胶的厚度由原来的0.5 mm调整为2 mm。结构降重主要通过减薄半制品（胎面、胎侧、气密层、胎体、冠带）厚度实现。轮胎测试结果表明：该规格的滚动阻力和湿地标签等级均达到欧洲标签法的B级水平。

欧盟标签法；滚动阻力；湿地性能；配方设计；双层胎面；施工设计；结构减重

0 前 言

欧盟轮胎标签法（1222/2009）是2012年11月1日正式实施的，该法规规定：所有在欧盟销售的轿车胎（c1胎）、轻卡胎（c2胎）、重型商用车胎（c3）必须加贴轮胎性能标签，标示轮胎的燃油效率、湿地抓着力和轮胎噪声等级。具体而言，这一法规对轮胎三大性能进行了规定：燃油经济性（即轮胎滚动阻力系数），潮湿路面抓地力等级（即轮胎的湿地刹车距离安全性），噪声等级（即轮胎的外部通过噪声）。该法规对轮胎的最低指标进行了明确的6个等级的规定：性能最佳的为a级，最差的为G级，达不到最低限定值（即F级以下）的轮胎不得在欧盟境内销售。

轮胎滚动阻力受轮胎材料特性、结构、质量和使用条件等诸多因素的影响，其中某些因素之间还互相影响。单纯降低轮胎滚动阻力并不难，但通常要同时牺牲轮胎的某些性能，特别是抗湿滑性。对轮胎耐磨性能、滚动阻力、抗湿滑性能三大重要性能中的1项或2项进行改进时，往往会引起第3项性能的损失，这被称为“魔法三角”[1]。一般市场上在售的轮胎，如果轮胎的湿地抓着力等级标示为b，则燃油效率标签标示一般为E或c；如果轮胎的燃油效率等级标示为b，则湿地抓着力标签一般标示为E或c。因此，如果需要燃油效率和湿地抓着力等级同时达到b级，在模具已经成型、规格已经量产的情况下，颇具挑战性。研究结果表明：轮胎的花纹、结构和材料均对轮胎滚动阻力有影响。湿地抓着力与胎面配方及花纹设计有很大关联，所以在模具设计已定型的前提下，只能通过胎面配方设计、胎面结构和轮胎降重这三个方面的调整，来实现这一目标。

1 设计目标

本次开发的目标规格为205/55R16 P609 94W XL,设计目标为在外缘尺寸、高速及耐久性达到法规要求的前提下，轮胎在欧盟权威测试机构按照标签法规测得的滚动阻力和湿地性能皆为b等级，即轮胎的滚动阻力系数在6.6～7.7 kg/t之间，湿地性能等级指数在1.40～1.54 G（G为重力加速度，下同）之间。

该规格为已正式量产的规格，现有标签等级的水平为滚动阻力E级（滚动阻力系数为9.2 kg/t），湿地等级指数为c级（1.35 G ）。

2 配方设计

具体配方设计方案如下（单位：份）：充油改性溶聚丁苯橡胶82.5，天然橡胶 40，白炭黑60，硅烷偶联剂 10，氧化锌 3，硬脂酸 2，防老剂6PPD 2, 微晶蜡 1.5，硫化剂和其他助剂 6。

胶料采用三段混炼工艺，母胶两段加一段终炼，胶料的硫化特性（温度150 ℃）具体参数依次是门尼黏度ML(1+4)为76，门尼焦烧时间（130 ℃，t5）为25 min，MH和ML分别为21.5 dN·m和2.4 dN·m，t10和t90分别为4.9 min和20 min。胎面胶的加工性能良好。

胎面胶的物理性能见表1所示。从表1可以看出，胎面胶的物理性能良好，并具有优良的回弹性。

表1 胎面胶的物理性能

同时胎面底部的基部胶要采用低滚阻配方，并且要具有导电性能。基部胶配方设计方案如下（单位：份）：天然胶 75，SbR1502 25，炭黑N339 51，环保芳烃油 8，防老剂6PPD 2,硫化剂和其他助剂 13。胶料采用两段混炼工艺，母胶一段加终炼一段，胶料的硫化特性（温度150 ℃）具体参数依次是门尼黏度ML(1+4)为72，门尼焦烧时间（130 ℃，t5）为17 min，MH和ML分别为24.5 dN·m和2.2 dN·m，t10和t90分别为3.5 min和8 min。基部胶的加工性能良好。

基部胶的物理性能见表2。从表2可以看出，其物理性能良好，且具有较低的生热和低滚动阻力。

表2 基部胶的物理性能测试结果

3 双层胎面设计

马改陵等人[2]通过有限元仿真对轮胎滚动时断面上的能量分布进行了分析，结果表明：胎面、胎圈、三角胶、带束层、内衬层、胎侧胶、胎体帘布和基部胶所占的比例分别为39%、14%、13%、8%、8%、7%、6%和5%。通过半制品构造及成型特点分析，胎面产生的滚动阻力是由胎面和基部胶两种材料加和而成。如果增大基部胶的体积，同时减小基部胶配方的滞后损失，则能有效降低整个胎面的滚动阻力。胎面底部基部胶的主要功能是将胎面和冠带条材料粘合，并起到良好的过渡作用，它占有一定的胎面材料体积，所以采用低滞后损失的基部胶设计并加大基部胶的体积对轮胎的滚动阻力有明显贡献。本次设计将基部胶的厚度由原来的0.5 mm增大为2 mm，从而增大了基部胶体积。

另外为确保胎面胶具有较好的抗湿滑性及较低的滚动阻力，配方设计采用纯白炭黑体系，胎面口型采用导电烟筒设计，以起到轮胎抗静电的效果。

4 结构减重

在产品已经投产的前提下，通过减薄压延制品的厚度及胎面和胎侧半成品的厚度进行减重，具体为：气密层减薄0.3 mm，胎体减薄0.15 mm，冠带条减薄0.07 mm，胎冠和胎侧半成品的厚度减薄0.2 mm。

5 成品室内试验

5.1 成品轮胎充气外缘尺寸

安装在标准轮辋上，在标准充气压力下，按照Gb/T521—2012进行测量，轮胎的充气外直径为630.57 mm（标准为625.2～638.8 mm），充气断面宽为213.62 mm（标准为205.4～221.5 mm），满足设计要求。

5.2 成品胎的高速性能

按照企业标准进行高速试验，试验条件及结果详见表3。试验结束时轮胎胎肩崩花，累计试验时间为1 h52 min，达到企业标准要求。

表3 成品轮胎高速性能试验条件及结果

5.3 成品胎的耐久性能

按照企业标准进行耐久试验，试验条件及结果详见表4。试验结束时轮胎胎侧裂口，累计试验时间为133 h59 min，达到企业标准要求。

表4 成品轮胎耐久性试验条件及结果

6 成品胎外部测试结果

试制轮胎的滚动阻力和湿地抓着力都达到了b级的设计目标（见表5）。

表5 成品轮胎外部测试结果

7 结 语

205/55R16 P609 94W XL的充气断面宽度、充气外直径、高速及耐久性能均符合相应的设计要求和国家标准，且最终都通过外部测试实现了205/55R16 P609 94W XL轮胎的滚阻和湿地标签等级皆为欧洲标签法b级的目标。

[1] 赵敏. 降低轮胎滚动阻力的途径[J]. 轮胎工业，2006，26(10)：11-18.

[2] 马改陵，徐鸿，崔文勇，等. 子午线轮胎滚动阻力的研究进展[J].橡胶工业,2005, 52(8)：51-61.

Low Rolling-, High Wet-Skid-Resistance Car Tire

Gu Peishuang, Zheng Kun, chen Song
(TTa(Qingdao) Tire Technology alliance co., Ltd., Qingdao 266061, china)

Through tread compound design, dual-layer tread design and architecture weight reduction, mass production tire 205/55R16 P609 94W XL achieved European tire labeling grade b in both rolling resistance and wet grip performances. Low rolling resistance tread compound with full silica and functional S-SbR was developed. The thickness of the under tread compound was increased from 0.5 mm to 2 mm for optimal rolling resistance. architecture weight reduction was achieved by reducing the thickness of semi-f nishes, i.e. tread, sidewall, inner liner, carcass, cap strip.

European Labeling; Rolling Resistance; Wet Grip; compound Design; Dual-Layer Tread; Green Design; architecture Weight Reduction

TQ 336.1

b

1671-8232(2014)12-0001-08