低滚动阻力轮胎骨架材料的应用与影响因素研究

2022-09-01张春颖李福香张进生

轮胎工业 2022年8期

张春颖，李福香，张进生，王鹏，储民

（1.青岛双星轮胎工业有限公司，山东青岛 266400；2.北京橡胶工业研究设计院有限公司，北京 100143）

轮胎行业必须顺应汽车工业的发展需要，重视低碳技术创新，推进低碳产品研发，走依靠科技驱动、高效节能环保、可持续发展之路[1-2]。轮胎的能源消耗约占汽车总能耗的20%，因此轮胎的节能降耗至关重要。美国、欧盟等发达国家和地区已相继出台了轮胎标签法规，对轮胎的滚动阻力、抗湿滑性能和噪声提出了限值要求，期望轮胎企业通过技术创新来进一步提高轮胎的性能[3-5]。

本工作采用低滚动阻力轮胎配方，通过对带束层、胎体等骨架材料进行替换，研究带束层和胎体骨架材料的结构以及不同试验条件对轮胎滚动阻力的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），SMR20，马来西亚产品；稀土顺丁橡胶（BR），牌号CB24，阿朗新科高性能弹性体（常州）有限公司产品；炭黑N234，美国卡博特公司产品；白炭黑165MP，福建正盛无机材料有限公司产品；偶联剂Si69，江西宏柏新材料股份有限公司产品；钢丝帘线，江苏兴达钢帘线股份有限公司产品。

1.2 试验配方

低滚动阻力轮胎配方如表1所示。

表1 低滚动阻力轮胎配方份

1.3 结构设计方案

12R22.5低滚动阻力轮胎的结构设计方案如表2所示。

表2 低滚动阻力轮胎的结构设计方案

1.4 主要设备和仪器

1.7 L密炼机，日本神户制钢公司产品；150型开炼机，深圳市宝龙机械设备有限公司产品；蒸汽式平板硫化机，上海橡胶机械一厂产品；MV2000型门尼粘度计和MDR2000型硫化仪，美国阿尔法科技有限公司产品；H14型硬度计，英国WALLACE公司产品；9565型电子拉力机，美国Instron公司产品；回弹测试仪，意大利GIBITRE公司产品；阿克隆磨耗试验机，中国台湾高铁科技股份有限公司产品；动态压缩生热仪，德国GABO公司产品；动态力学分析（DMA）仪，瑞士梅特勒公司产品；D-94034型滚动阻力试验机，德国ZF公司产品。

1.5 测试分析

（1）DMA分析。测试条件为：频率 5 Hz，升温速率 3 ℃·min-1，温度范围－20～80 ℃，应力最大振幅 6 N，位移最大振幅 3 μm，预施加应力 0 N。

（2）滚动阻力按照ISO 28580：2018测试。先将轮胎安装在9.00标准轮辋上，充气压力为930 kPa，轮胎轮辋组合体在（23±3） ℃下至少停放6 h，然后将其安装在试验机床[转鼓直径为（1 700±17） mm，表面光滑，宽度大于试验轮胎的充气断面宽]上。检查充气压力，调整至930 kPa。施加标准负荷的85%，先正转，速度为80 km·h-1，测试滚动阻力和滚动阻力系数；然后反转，速度为80 km·h-1，测试滚动阻力和滚动阻力系数，最后取平均值。

（3）其余性能均按相应的国家或企业标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 硫化特性

轮胎各部位胶料的硫化特性如表3所示。

从表3可以看出，胎面胶、基部胶和胎侧胶的硫化特性均满足轮胎正常使用及生产加工要求。

表3 轮胎各部位胶料的硫化特性

2.2 物理性能

轮胎各部位胶料的物理性能如表4所示。

从表4可以看出，胎面胶、基部胶和胎侧胶的物理性能均可满足轮胎正常使用及生产加工的要求，因此可以进行产品试制。

表4 轮胎各部位胶料的物理性能

2.3 钢丝帘线结构对轮胎滚动阻力的影响

采用上述低滚动阻力轮胎配方和结构设计方案，试制12R22.5 DLA119半钢子午线轮胎，测试其滚动阻力，结果如表5所示。

表5 12R22.5 DLA119轮胎的滚动阻力测试结果

从表5可以看出，4种结构设计方案轮胎的滚动阻力系数均满足欧盟轮胎标签法的要求，其中方案B轮胎的胎体采用3×0.24＋9×0.225ST钢丝帘线，带束层采用4＋3×0.35ST钢丝帘线，同时2#带束层宽度与行驶面宽度的比值在90%以上，其滚动阻力系数最小，可满足大部分主机厂对国六汽车使用低滚动阻力轮胎的要求。滚动阻力系数小、节油性能好是绿色轮胎未来的发展方向。