芳纶帘线在高性能半钢子午线轮胎中的应用研究

刘晓芳，李 超，魏 胜，陈雪梅，张正伟，林文俊，刘春峰

（山东玲珑轮胎股份有限公司，山东 招远 265400）

为应对和突破贸易壁垒的限制，积极推进中国企业参与国际竞争，占领国际市场，我公司努力的目标是通过技术研发，打造突破不同技术壁垒和满足规范要求的产品，以优良的品质和服务占领更大的国际市场。为此，公司进行了芳纶帘线高性能子午线轮胎的研究与开发，并采用电子辐照预硫化等技术，打破了国际轮胎巨头在高性能轿车子午线轮胎技术领域的垄断，提升了企业的核心竞争力。现将相关研究情况简介如下。

1 芳纶帘线特征

1.1 高强度

图1示出了芳纶帘线Kevlar®与其他帘线强度的对比，其中Nomex®为杜邦公司生产的间位芳纶帘线。

图1 芳纶帘线与其他帘线强度对比

从图1可以看出，芳纶帘线Kevlar®的模量远高于其他骨架材料，Kevlar®49的初始模量高于Kevlar®29。

1.2 耐热稳定性和耐老化性能

图2示出了芳纶帘线Kevlar®29的热质量损失分析（TGA）曲线。从图2可以看出，芳纶帘线Kevlar®29的耐热稳定性优异。

图2 芳纶帘线Kevlar®29的TGA曲线

图3示出了芳纶帘线Kevlar®29与聚酯和锦纶帘线耐老化性能的对比。从图3可以看出，芳纶帘线Kevlar®29的耐老化性能优异，远优于聚酯和锦纶帘线。

图3 芳纶帘线与聚酯和锦纶帘线耐老化性能对比

1.3 抗蠕变性能

表1示出了芳纶帘线Kevlar®29与其他帘线的抗蠕变性能对比。从表1可以看出，芳纶帘线Kevlar®29的抗蠕变性能优异，远优于聚酯、锦纶和人造丝帘线。

表1 芳纶帘线Kevlar®29与其他帘线的抗蠕变性能对比 %

2 芳纶帘线和电子辐照预硫化技术的应用

芳纶帘线用于轮胎冠带层时具有以下特点：（1）高模量，低收缩；（2）降低胎肩脱层的风险；（3）提高调速性能；（4）消除平点；（5）改善操控性能；（6）提高轮胎强度。

2.1 芳纶帘线应用

图4示出了芳纶帘线在轮胎中应用的研究流程。

图4 芳纶帘线在轮胎中应用的研究流程

粘合技术：研究影响芳纶帘线与橡胶复合材料粘合性的各种因素，优化芳纶帘线的表面处理以及胶料的配方与粘合工艺[1-5]。

工艺研究：研究芳纶帘布压延工艺、成型工艺和硫化工艺，并对压延设备及裁断设备等进行改造，以适应芳纶帘线轮胎制造。

轮胎结构优化：采用有限元分析技术进行芳纶帘线轮胎结构优化和性能仿真分析，确定芳纶帘线轮胎的结构。

轮胎成品性能试验：研究芳纶帘线对轮胎的生热、耐久性能、滚动阻力系数等的影响，优化芳纶帘线排布结构与胶料配方，制备绿色低碳的高性能芳纶帘线子午线轮胎。

2.2 电子辐照预硫化技术的应用

图5示出了电子辐照预硫化技术在轮胎中的应用研究。

图5 电子辐照预硫化技术在轮胎中的应用研究

帘布胶配方研究：研究电子辐照剂量、电子敏化剂用量等对帘布胶粘性和成品性能的影响，确定不同规格帘布的电子辐照剂量、电子敏化剂的用量；通过电子辐照帘布的性能试验、粘性测试及相应轮胎性能试验等，优化帘布胶配方。

工艺研究：通过计算机控制电子辐照设备系统与压延机主机控制系统，实现压延速度和辐照剂量的联动，使电子辐照剂量满足工艺技术要求。

轮胎试验：通过轮胎高速性能、耐久性能、滚动阻力、强度等试验，研究电子辐照预硫化对轮胎安全性能和使用性能的影响。

2.3 芳纶帘线轮胎

通过自主研发，攻克了以下技术难题，建成年产100万套绿色环保高性能子午线轮胎生产线。（1）突破芳纶织物与橡胶的粘合技术，解决芳纶帘线与橡胶界面粘合的难题。（2）芳纶帘布裁断设备改造，优化裁断工艺，形成芳纶帘布的裁断技术。（3）形成适用于芳纶帘线子午线轮胎的结构设计技术，并实现规模化生产。（4）研制出嵌入式电子束辐照预硫化设备，并将其用于轮胎胎体帘布及其他半部件的预硫化，可以保证帘线排布的精确度，为生产高质量和高性能轮胎提供保障。

2.3.1 轮胎断面

采用1670dtex/1芳纶帘线Kevlar®＋1400dtex/1锦纶66帘线开发的321/82R22.5载重子午线轮胎断面如图6所示。

图6 芳纶帘线轮胎断面

2.3.2 成品性能

成品轮胎性能测试结果表明，芳纶帘线321/82R22.5载重子午线轮胎的滚动阻力系数为7.63 N·kN-1，噪声为71 dB，抗湿滑性能等级为1.53，满足相关性能要求。

与常规321/80R22.5载重子午线轮胎相比，芳纶帘线321/80R22.5载重子午线轮胎质量减小12.4%，滚动阻力系数降低17%（普通钢丝帘线和芳纶帘线321/80R22.5载重子午线轮胎的滚动阻力系数为分别为5.29和4.38 N·kN-1），油耗降低至少2%。对应于欧盟轮胎标签法等级中，轮胎的滚动阻力系数达到B级，抗湿滑性能达到B级，噪声达到2级。

3 结语

通过自主研发，攻克芳纶帘线高性能子午线轮胎配方设计、结构设计、工艺设计、装备开发、基本性能研究等方面的技术难关，形成具有核心技术的芳纶帘线高性能子午线轮胎全套生产技术，建成年产100万套绿色环保高性能子午线轮胎生产线。与常规子午线轮胎相比，高性能芳纶子午线轮胎质量减小，滚动阻力降低，抗湿滑性能和噪声分别达到欧盟轮胎标签法的B级和2级。