0°带束层钢丝帘布对全钢载重子午线轮胎耐久性能的影响研究

2021-07-20吴晓东王红彦张海燕叶佳蕾王志权王昱壮

轮胎工业 2021年9期

吴晓东，王红彦，张海燕，叶佳蕾，王志权，王昱壮，黄晋

（中策橡胶集团有限公司，浙江杭州 310018）

随着汽车工业和物流行业的飞速发展、行驶路面的改善以及汽车发动机功率和品质的提升，对轮胎性能的要求也越来越高[1]。全钢子午线轮胎具有负荷能力强、耐磨性能和高速性能好等优势，在载重轮胎市场上已经占领了主要地位[2]。目前，全钢子午线轮胎带束层的结构主要分为两种。一种是4层结构，共有4层带束层，1#带束层为过渡层，最靠近胎体帘布层，主要起减小胎体帘布层与带束层之间剪切力、避免胎体帘布与带束层之间脱层的作用；2#和3#带束层为工作层，主要承受轮胎应力，抑制胎体向外膨胀，保证带束层的刚性、轮胎的操控性能和耐磨性能等[3]；4#带束层为保护层，主要作用是防止带束层与胎面脱层，提升轮胎的使用寿命。另一种是0°结构，由3层带束层和0°带束层组成，0°带束层在轮胎肩部，可以提高胎肩的刚性，抑制胎肩变形，降低生热，使轮胎受力更均匀。

本工作以315/80R22.5全钢载重子午线轮胎为例，研究0°带束层钢丝帘布的密度、宽度和强度对轮胎耐久性能的影响[4-10]。

1 实验

1.1 主要原材料

3×4×0.22HE和3×7×0.20HE钢丝帘线，江苏兴达钢帘线股份有限公司产品。

1.2 主要仪器

轮胎耐久性试验机，天津久荣车轮技术有限公司产品。

1.3 性能测试

根据DOT FMVSS 119：2012《轮胎测试标准》进行耐久性试验，环境温度为18～36 ℃，湿度为45%。

试验步骤如下。

（1）试验前检查轮胎的外观质量，应符合GB 9744—2015《载重汽车轮胎》的规定。

（2）轮胎充气前准确称量并记录轮胎的质量。

（3）轮胎安装在标准测量轮辋上。

（4）轮胎充气（单胎最大充气压力）后，在（38±3） ℃条件下停放至少3 h。然后将轮胎充气压力重新调整到规定值，再停放15 min。

（5）试验转鼓在5 min内以匀加速启动到初始试验速度。

（6）根据DOT FMVSS 119：2012进行耐久性试验，试验条件如表1所示。

表1 轮胎耐久性试验条件

2 结果与讨论

2.1 钢丝帘布密度和宽度

强度相同、密度和宽度不同的0°带束层钢丝帘布试验方案如表2所示。

表2 钢丝帘布密度和宽度试验方案

试验轮胎规格为315/80R22.5，层级为18，标准负荷为3 750 kg，标准充气压力为830 kPa，速度级别为M，分别采用2种胎面花纹（花纹1和2）进行对比试验。轮胎生产的施工条件总体保持一致，0°带束层＋3#带束层的总宽度保持一样，轮胎耐久性试验结果如表3所示。

表3 轮胎耐久性试验时间 h

从表3可以发现，尽管花纹形式不一样，但是方案A轮胎的耐久性试验时间基本比方案B轮胎长10 h以上。方案A和B钢丝帘线规格相同，但方案A钢丝帘布密度较小，为了保证0°带束层钢丝帘布强度一致，即钢丝帘线根数一样，方案A钢丝帘布宽度较大。这说明0°带束层钢丝帘布在保证强度一致的情况下，密度减小能够提高轮胎的耐久性能。由此可见，0°带束层钢丝帘布强度不变，密度变小、宽度增大，能够有效抑制轮胎肩部变形，减缓轮胎疲劳的发生，从而提高耐久性能。此外，当0°带束层宽度增大、密度减小时，还能相应减小3#带束层的宽度，降低轮胎成本。

2.2 钢丝帘布强度

宽度相同、强度不同的0°带束层钢丝帘布试验方案如表4所示。胎面采用花纹2。第1组/第2组方案A，C和D轮胎耐久性测试时间分别为115.10/113.05，120.37/123.12，105.13/103.28 h，破坏形式均为胎冠花纹沟底裂。

表4 钢丝帘布强度试验方案

由表4可以看出，钢丝帘布强度由大到小的排列顺序为方案A、方案C、方案D。

根据轮胎耐久性试验结果可知，方案A和C轮胎的耐久性试验时间比方案D轮胎长，且方案A和C钢丝帘布的强度比方案D钢丝帘布高，说明提高0°带束层钢丝帘布强度能够提高轮胎的耐久性能。但是在0°带束层钢丝帘线规格相同时，方案A钢丝帘布的密度比方案C钢丝帘布大，宽度一样时，方案A钢丝帘布的强度比方案C钢丝帘布大，而方案A轮胎的耐久性试验时间反而没有方案C轮胎长，说明在0°带束层钢丝帘线规格相同时，并不是帘布强度越大，轮胎的耐久性能越好。

由此可见，适当地提高0°带束层钢丝帘布的强度可以提升轮胎的耐久性能，但是如果0°带束层钢丝帘布强度过高，也会影响轮胎的耐久性能，即影响轮胎的耐疲劳性能。综合而言，在保证轮胎性能的同时，可以选择密度稍小的0°带束层钢丝帘布，降低轮胎成本。