全地形高通过性越野轮胎（M/T）高速性能不良原因分析及解决措施

唐俊萍，陈绍孟，柳云点，陈国胜，刘吉镇

(山东万达宝通轮胎有限公司，山东 东营 257506)

随着我国经济的不断发展，人们的消费水平随之提高，自驾游成为许多人的首选，然而在一些偏远的地方，路况比较恶劣，全地形高通过性越野轮胎(M/T）成了必不可少的选择。全地形高通过性越野轮胎（M/T）指的是适合在野外驾车时使用的轮胎，通常采用块状花纹设计，具有良好的抗刺扎、抗崩花掉块、抗切割性能以及强驱动力和通过性。但是由于花纹饱和度较小，花纹块较小，高速试验的时候，容易出现早期损坏，特别是当规定高速试验要求达到180 km/h以上的时候。

为了提高全地形高通过性越野轮胎（MT）的高速性能，本文选用LT285/75R16 126/123Q产品为例，利用多种方案研究带束层宽度、角度、冠带条缠绕方式、胎面基部胶厚度变化，以及胎面胶料的选用和花纹设计等方面进行全面分析，并采取相应措施，以期为提高轮胎高速性能提供参考。

1 试验

1.1 试验轮胎

LT285/75R16 126/123 Q轮胎，胎面花纹为全地形高通过性越野花纹。其试验条件如表1所示。

表1 试验条件

1.2 试验设备

天津久荣轿车轮胎耐久/高速性能试验机。

1.3 试验方法

试验条件见表1，试验程序见表2。

表2 试验程序

法规判定＞160 km/h，内控判定＞170 km/h。这次改善目标为＞170 km/h，达到180 km/h及以上。

2 病象描述

轮胎高速试验结束后，在轮胎胎面部分，胎肩部花纹块出现鼓包或者掉落，上下模掉块数量无太大差异。轮胎周向方向上发生问题的节距基本集中在大块节距上，而且肩部有凹槽的块发生的几率远大于没有凹槽的块（见图1）。

图1 肩部凹槽花纹块

将鼓包后的花纹块切下来，里面胶料出现分层，表面粉末状。经分析是由于试验过程中，花纹块蠕动导致内部迅速升温，当达到一定温度时，橡胶产生分解，由于胎冠部位由不同胶料组成，所以产生分层现象（见图2）。

图2 花纹块损坏界面

3 原因分析及解决措施

3.1 带束层宽度与角度

在轮胎高速性能试验中，大部分的轮胎损坏的形式为带束层端点处出现胎面脱层。因为带束层端点处的带束层在运动过程中位移最大，相应产生的热量也高，而加宽带束层宽度有利于带束层端点的散热，如图3所示，可以看出窄的带束层画圈位置的胎面胶料厚不易散热，而宽的带束层位置胎面胶料薄易散热。一般Q级轮胎设计带束层宽度与行驶面宽度相同。

图3 肩部带束层示意图

另外带束层角度也是影响高速性能的重要原因，因为带束层角度影响轮胎的接地形状。接地形状的不同对轮胎的高速性能有一定的影响。通过多次试验，带束层角度越大，轮胎的接地形状越圆，肩部的受力越小，带束层端点的位移形变就越小，高速性能就越好。反之，带束层角度越小，轮胎接地形状趋于方形，轮胎肩部受力较大，此时带束层的位移形变就越大，高速性能就不好，如图4所示。

图4 不同角度带束层印痕图

解决措施为增加带束层宽度及角度，轮胎试验结果如表3、表4所示。

表3 加宽带束层宽度

表4 加大带束层角度

从表3、表4中数据可以看出增加带束层宽度及角度的方法对全地形高过性越野轮胎的高速性能的提高有一定的效果。

3.2 冠带条缠绕方式

冠带条的缠绕方式对轮胎的高速性能的影响主要体现在对带束层的束缚力上，层数越多的冠带条对带束层的束缚力越大，则轮胎的高速性能越好，反之轮胎高速性能就越差。

解决措施为增加冠带条层数，轮胎试验结果如表5所示。

表5 增加冠带条层数

从表中数据可以看出增加冠带条的层数对提高轮胎的高速性能有一定的积极作用。

3.3 胎面厚度

鉴于越野花纹轮胎的性能，胎面基部胶厚度不能太薄，否则在行驶过程中容易被割伤，会损伤冠带层或者带束层；但是胎面基部胶厚度也不能太厚，否则在高速行驶过程中，肩部生热，热量不容易散出，造成肩部早期损坏，高速性能不好，如图5所示。

图5 胎面基部胶示意图

解决措施为减薄胎面基部胶厚度，试验结果如表6所示。

表6 减薄胎面基部胶厚度

从表6中数据可以看出减薄胎面基部胶厚度，对提高轮胎的高速性能有一定的效果。

3.4 胎面胶料的选取

轮胎胎面胶料的选取，直接影响到轮胎的性能。全地形高通过性越野轮胎的胎面胶料的性能一般选用低生热，高抗撕裂性能的胶料来满足恶劣路况的使用。胎面胶料中影响轮胎生热性能的主要是聚合物和填充体系，聚合物对胶料的滞后损失产生较大的影响，而滞后损失决定了轮胎的生热和滚动阻力。滞后损失是指胶料动态变形时的能量损失，用tanб损耗因子来表示。 填充体系指的是炭黑的用量及种类。我们可以通过改性炭黑或降低炭黑的用量来降低滞后损失，因此需要选用较小tanб值的。影响轮胎的抗撕裂性能主要是生胶体系、硫化体系及填充体系。其中生胶体系中，天然橡胶的抗撕裂性能最好。硫化体系主要是影响交联密度，撕裂强度和交联密度的关系有一个极大值，一般随交联密度的增加，撕裂强度增大，并出现一个极大值；然后随交联密度的增加，撕裂强度急剧下降，和拉伸强度类似，但最佳撕裂强度的交联密度比拉伸强度达到最佳值的交联密度要低。

解决措施：胎面胶采用全天然胶，低用量的炭黑。调整后的胶料，经过检测其撕裂强度及压缩生热都有显著的提升，如表7所示。

表7 调整胎面胶胶料性能对比

通过两种胎面胶料的试验，轮胎高速性能检测结果如表8所示。

表8 调整胎面胶后轮胎高速性能对比

从表8可以看出，选用全天然胶、炭黑含量稍低的胎面胶料，轮胎在试验过程中，肩部生热低，高速性能较优越。

3.5 花纹设计

全地形高通过性越野轮胎（MT），因为要考虑轮胎的驱动力和通过性，所以花纹海陆比设计范围一般在50%~60%之间。如果花纹海陆比过小的话，虽然驱动力和通过性加强了，但是由于肩部花纹块过小，花纹沟过大，轮胎在行驶过程中，轮胎肩部变形较大，造成生热高，高速性能就会下降。

另外花纹沟角度也是非常重要的参数。为了保证全地形高通过性越野轮胎（MT）的驱动性能及排泥性能，横向花纹主沟角度一般在8°~21°之间。如果主花纹角度设计过小的话，将影响花纹块的刚性，导致高速性能下降；反之将影响排泥效果，降低驱动力和通过性。解决措施如下：

（1）可以通过适当的加大花纹块，来提高海陆比，提高花纹块刚性，从而提高高速性能。如图6，我们将每个节距的花纹块宽度增加2mm，海陆比从54%增加到58.2%。

图6 花纹块示意图

（2）增加胎肩部花纹沟角度，增加花纹块的刚性。肩部花纹沟角度，从15°调整到21°，如图7所示。

图7 花纹沟角度示意图

（3）肩部增加散热孔。如图8所示，在胎肩部花纹块每个花纹块上增加了1个散热孔。

图8 花纹块散热孔示意图

经过对花纹块的三方面综合调整后，轮胎高速性能通过测试达到190 km/h，较改善前提高了2个阶段（改善前为170 km/h），如表9所示。

表9 调整花纹块和增加散热孔轮胎高速性能测试结果

调整后高速性能良好，为了验证不影响其他性能，将调整后的轮胎送出去做主观测试，测试结果反馈良好。

4 结语

通过分析影响全地形高通过性越野轮胎高速性能产生的原因，采取加宽带束层宽度，加大带束层角度、增加冠带条层数，采用全天然胶含量，炭黑含量少的胎面胶料以及加大花纹块、加大花纹块角度增加散热孔等措施，对提高全地形高通过性越野轮胎高速性能具有较好的效果，提高了轮胎的品质，降低了经济成本。