子午线轮胎用差异化冠带层帘线的开发与应用

许其军，王晓龙，刘全来，陆福梅，颜学龙，江晓峰，华润稼，严 诚，郁子平，刘春峰，刘晓芳，陈 想，王丹灵

[1.江苏太极实业新材料有限公司，江苏 扬州 225006；2.双钱集团（安徽）回力轮胎有限公司，安徽 芜湖 241000；3.山东玲珑轮胎股份有限公司，山东 招远 265400；4.中策橡胶集团股份有限公司，浙江 杭州 310018]

1946年，米其林轮胎公司相继在法国、美国申请了第1项子午线轮胎专利[1-2]。子午线轮胎的发明是轮胎工业的一场技术革命，大大地推动了轮胎工业的发展。

1970年，倍耐力公司提出了一种新结构的子午线轮胎[3]，在钢丝带束层外层设置锦纶骨架材料的加强层（或称冠带层）[4]。

锦纶66帘线冠带层的使用提高了子午线轮胎的性能，特别是高速性能。目前冠带层的主要形式有两种，一种是锦纶材料分布在胎肩部位，仅覆盖住带束层两侧边缘；另一种是锦纶材料将钢丝带束层完全覆盖。锦纶帘线冠带层主要用于限制轮胎高速转动时产生离心力，减小轮胎的膨胀变形，提高轮胎的高速性能和耐久性能。

对冠带层用纤维材料的性能要求如下：硫化温度下具有较低的热收缩率；在使用温度下具有较高的模量和热收缩力；在使用应力下热收缩力保持率高，即蠕变小[4-5]。因此，一直以来冠带层骨架材料以锦纶66帘线为主。由于锦纶66帘线的模量和玻璃化温度较低，尺寸稳定性较差，锦纶66帘线冠带层容易造成轮胎平点等缺陷。随着新的纤维材料的出现，人们开始不断尝试其他纤维材料在轮胎冠带层中的应用。

目前主要应用研究的子午线轮胎冠带层用骨架材料有：锦纶66帘线、生物基聚酰胺56（PA56）帘线、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）帘线、PET/锦纶66混合帘线、芳纶/锦纶66或PET混合帘线等[6]。

我公司开发的生物基PA56帘线、PET帘线、混合帘线等子午线轮胎用冠带层纤维材料在多家轮胎企业进行了应用试验研究，评价结果良好。现将各类子午线轮胎用差异化冠带层帘线的开发与应用情况介绍如下。

1 生物基PA56冠带层帘线

1.1 研究背景

锦纶66帘线作为冠带层骨架材料，是轮胎工业的重要骨架材料。但其生产所需关键原料己二腈制造技术的国产化和产能的进一步提高仍待突破。

在“碳中和、碳达峰”的大背景之下，轮胎行业的原材料结构加速调整，可持续发展、生物基来源、回收再利用将成为轮胎行业未来发展趋势。轮胎用骨架材料也必然需要向这一方向努力。生物基PA56的原材料戊二胺由生物质发酵方法获得。生物基PA56的生物基质量分数可达到0.45，有效地减少了化石原料（例如石油）的使用，从而减少了碳排放，见表1。

表1 不同纤维材料碳足迹评价结果 kg（CO2 eq.）

1.2 生物基PA56帘线及轮胎试验情况

我公司通过2年的技术攻关，研发并生产出生物基PA56高强力工业丝及子午线轮胎冠带层用浸胶帘布。生物基PA56冠带层帘线与锦纶66冠带层帘线性能对比见表2。

由表2可见，生物基PA56冠带层帘线与锦纶66冠带层帘线性能相当[7]。

表2 930dtex/2生物基PA56冠带层帘线与锦纶66冠带层帘线性能对比

我公司生产的930dtex/2生物基PA56浸胶帘布进行了多家轮胎企业的轮胎性能评价。使用生物基PA56帘线冠带层的轮胎与使用锦纶66帘布冠带层的轮胎性能对比见表3—6[8-9]。

表3 双钱集团（安徽）回力轮胎有限公司帘线性能分析

多家轮胎企业的轮胎试验数据显示，生物基PA56帘线冠带层轮胎各项性能均达到国家标准要求，与锦纶66帘线冠带层轮胎性能相当。

1.3 生物基PA56帘线冠带层量产轮胎数据

双钱集团（安徽）回力轮胎有限公司在对生物基PA56帘线冠带层轮胎进行试制试验后，进行了多规格轮胎的量产。部分量产轮胎性能见表7。

表7 双钱集团（安徽）回力轮胎有限公司部分量产轮胎性能

2 PET/锦纶66和PET/PA56混合冠带层帘线

混合帘线是指将两种不同纤维材料按照一定方式混捻在一起，得到一种具有全新特性的帘线。其在某个形变区域体现其中一种材料的特性，而在另一个形变区域则体现两种材料特性。总的来说，混合帘线将多种材料的优势特性汇集于一身，克服了单一材料的性能缺陷。

2.1 PET/锦纶66混合冠带层帘线

PET帘线的优点是尺寸稳定性好、起始模量高、价格较低。另一方面，锦纶66帘线具有更高的强力、断裂伸长率、胶料粘合性能，但是尺寸稳定性较差。聚酯帘线和锦纶帘线在轮胎中作为骨架材料的应用已受到工程技术人员较高认可度。通过设计PET/锦纶66混合纤维，制造一种新型混合帘线成为骨架材料生产企业研究的重点。我公司生产的PET/锦纶66冠带层混合帘线性能见表8。

表8 1100dtex PET/930dtex锦纶66混合帘线与锦纶66帘线性能对比

PET/锦纶66冠带层混合帘线在双钱集团（安徽）回力轮胎有限公司进行了轮胎试制和轮胎性能分析，数据分析见表9。

表9 双钱集团（安徽）回力轮胎有限公司1100dtex PET/930dtex锦纶66混合帘线冠带层试制轮胎性能评价

表4 双钱集团（安徽）回力轮胎有限公司试制成品轮胎性能

表5 山东玲珑轮胎股份有限公司试制成品轮胎性能

表6 中策橡胶集团股份有限公司试制成品轮胎性能

2.2 PET/生物基PA56混合冠带层帘线

不同类型的轮胎对骨架材料的性能要求也不同，通过混捻工艺将PET与生物基PA56制成混合帘线，可以实现PET帘线与生物基PA56帘线之间性能的互补，为轮胎制造提供差异化性能的骨架材料，可为轮胎企业提升品质、降低成本提供更多的选择。PET/生物基PA56混合帘线与锦纶66帘线的性能对比见表10。

表10 1100dtex PET/930dtex生物基PA56混合帘线与锦纶66帘线性能对比

使用PET/生物基PA56混合帘线冠带层制造的轮胎性能见表11。

表11 双钱集团（安徽）回力轮胎有限公司1100dtex PET/930dtex生物基PA56混合帘线冠带层试制轮胎性能评价

3 PET冠带层帘线

PET帘线作为轮胎冠带层用骨架材料，既需要优良的物理性能，同时要求与胶料有较好的粘合性能。PET冠带层用帘线的制造技术复杂，需要从纤维特性、粘合配方、加工工艺等多方面综合考虑，生产技术具有一定的难度。一直以来，各轮胎和骨架材料生产企业都在致力于研究聚酯纤维冠带层材料。目前，日本普利司通等国外企业已取得了一些突破进展。

我公司紧跟行业趋势，研发并制造了PET冠带层浸胶帘布，并在双钱集团（安徽）回力轮胎有限公司进行了轮胎试验及性能评价，结果如表12和13所示。

由表12和13可见，使用PET帘线冠带层的W速度级别轮胎性能已经达到现有锦纶66帘线冠带层轮胎的水平。

表12 1100dtex/2 PET冠带层帘线理化性能

表13 1100dtex/2 PET帘线冠带层轮胎性能评价

4 高性能混合帘线

芳纶帘线强力和模量高，耐热性能良好，在高温下模量变化小，是较理想的高端轮胎骨架材料。但是芳纶帘线伸长率小、耐疲劳性能差、价格高等缺点也限制了其在轮胎中的应用。

围绕芳纶与锦纶66或PET混合帘线的研究也是各大公司关注的焦点。

5 结语

锦纶66帘线作为子午线轮胎冠带层用骨架材料，其技术成熟，上下游产业配套完善。随着新材料和新工艺的发展，出现了生物基PA56帘线、PET帘线、PET/锦纶66混合帘线、PET/生物基PA56混合帘线等差异化的冠带层骨架材料。这些新型冠带层骨架材料需要帘线生产企业与轮胎生产企业共同合作开发及进行性能试验和评价，才能推动其进入产业化应用。

伴随市场需求的多样化、原材料的技术进步及政策法规的引导，子午线轮胎用冠带层帘线将出现锦纶66帘线与多种差异化帘线并存发展的新局面。