涂覆式刺扎自密封轮胎涂层对轮胎性能的影响

王克先，牟守勇，李伟胜，郑 蕊

（1.北京橡胶工业研究设计院有限公司，北京 100143；2.全国轮胎轮辋标准化技术委员会，北京 100143；3.浙江科泰安轮胎有限公司，浙江 金华 321200）

涂覆式刺扎自密封轮胎是指在胎冠内表面涂覆了自密封材料，在胎冠处被异物刺穿后，异物无论是拔出还是保留在胎冠内，仍具有良好密封性能的轮胎[1-2]。由于刺扎自密封轮胎在受到异物刺扎后能够保持气压，使得车辆可以继续行驶且乘坐舒适性比自体支撑型缺气保用轮胎更好，因此受到一部分消费者的青睐。近年来随着刺扎自密封轮胎涂层技术的进步以及涂覆工艺的发展，越来越多的国内外轮胎生产企业在市场推出该类产品。目前已有德国大陆轮胎公司、法国米其林公司和美国固特异轮胎橡胶公司等轮胎生产企业向汽车制造商提供配套自密封轮胎[3]。

本工作主要针对涂覆涂层的刺扎自密封轮胎和未涂覆涂层的轮胎进行室内高速和耐久性能、滚动阻力、室内噪声、均匀性和动平衡试验，并对刺扎自密封轮胎在常温和低温下的静态气密性进行测试，研究涂层对轮胎相关性能的影响。

1 实验

1.1 试验轮胎

试验选取同一厂家生产的同一批次205/55R16轮胎。

1.2 试验方法

1.2.1 高速性能和耐久性试验

试验项目及相关试验轮胎数量如表1所示。

表1 试验项目及相关试验轮胎数量

高速性能按照GB/T 4502—2016《轿车轮胎性能室内试验方法》进行测试[4]。

耐久性试验的第1阶段按照GB/T 4502—2016中的规定进行34 h试验，第2阶段试验保持负荷不变，调整充气压力至160 kPa，继续进行试验至80 h。

扎钉时沿轮胎周向确定6个等分位置，依次扎入直径分别为6，4，3，6，4和3 mm的6枚钢钉。

1.2.2 滚动阻力和室内噪声试验

选取12条试验轮胎，其中6条进行滚动阻力试验，编号为P1—P6，另外6条进行轮胎室内噪声试验，编号为P7—P12。将未涂覆涂层的试验轮胎先进行滚动阻力和室内噪声试验，试验结束后对轮胎涂覆涂层后再进行滚动阻力和室内噪声试验，对比涂层对轮胎滚动阻力和室内噪声性能的影响。

1.2.3 动平衡和均匀性试验

选取5条试验轮胎，编号为A—E。将未涂覆涂层的试验轮胎先进行动平衡和均匀性试验，试验结束后对轮胎进行涂覆涂层，再重新进行动平衡和均匀性试验，对比涂层对轮胎的动平衡和均匀性的影响。

1.2.4 静态气密性

刺扎自密封轮胎的静态气密性试验主要从常温和低温气密性2个方面开展，分别在常温和低温状态下进行扎钉后拔出和扎钉后不拔出的轮胎气密性试验。

2 结果与讨论

2.1 高速和耐久性试验

方案1的3条试验轮胎高速性能测试结果均达到标准要求。在耐久性试验中，3条试验轮胎在规定的试验条件下进行80 h试验后，累计行驶里程为9 600 km，轮胎无损坏。

方案2的3条试验轮胎高速性能测试结果均达到标准要求。在耐久性试验中，第1阶段按照国家标准规定，充气压力为180 kPa，试验34 h后停机冷却15～25 min，测量充气压力为260 kPa，轮胎无损坏。调整充气压力至160 kPa后继续试验，至80 h后停机，15～25 min后测量充气压力为190 kPa，外观无损坏，并可通过检验。耐久性试验后的方案2轮胎涂层如图1所示。

图1 耐久性试验后的方案2轮胎涂层

方案3轮胎高速性能试验将轮胎充气到250 kPa后，沿轮胎外周扎入6枚钢钉，停放15 min后测量轮胎充气压力为250 kPa，再依次拔出6枚钢钉，调整轮胎充气压力并按照GB/T 4502—2016中的相关要求进行试验。3条试验轮胎高速性能测试结果均达到标准要求且试验后轮胎涂层无明显变化（见图2）。耐久性试验的3条轮胎按照要求扎钉并拔出后，经过80 h的耐久性试验后，测量充气压力不低于初始充气压力的95%，轮胎外观无脱层、帘布层裂缝、帘线剥离和帘线断裂等缺陷，试验后涂层无明显变化（见图3）。

图2 高速性能试验后的方案3轮胎涂层

图3 耐久性试验后的方案3轮胎涂层

方案4轮胎高速性能试验将6枚钢钉依次扎入轮胎，按照国家标准要求进行试验。3条试验轮胎高速性能测试结果均达到标准要求，其中有2条试验轮胎的钢钉在测试过程中出现脱落。将轮胎和轮辋的组合体拆卸后观察，其中2条试验轮胎涂层基本无变化，但另外1条试验轮胎的涂层有部分隆起，其试验前后涂层对比如图4所示。

图4 方案4轮胎高速性能试验前后涂层对比

方案4轮胎耐久性试验第1阶段按照GB/T 4502—2016测试至34 h，停机冷却15～25 min后，测量充气压力为190 kPa，调整至160 kPa后继续试验至80 h，试验结束后按照国家标准中的判定要求对试验轮胎进行检测，测试结果均达到标准要求。待试验轮胎冷却至室温，拔掉钢钉后，其中直径为6 mm的钢钉在拔出后轮胎明显漏气，不能自封。试验后轮胎涂层无明显变化（见图5）。

图5 耐久性试验后的方案4轮胎涂层

由轮胎高速和耐久性试验结果可以看出，轮胎在试验前后涂层基本无变化（无走位、堆叠、流挂和起泡），只有1条轮胎内涂覆胶层有一条堆叠隆起，这可能是由于工艺加工分界线，导致高速性能试验后，胶层向分界线的低凹处挤压，热变形后隆起堆叠。此外，在胎内涂覆涂层扎钉不拔出（带钉）耐久性试验结束后，出现了直径较大的钢钉拔出后轮胎不能自封的现象。

2.2 滚动阻力和室内噪声试验

2.2.1 滚动阻力

轮胎涂覆涂层前后滚动阻力系数如表2所示。

表2 轮胎涂覆涂层前后滚动阻力系数

从表2可以看出：喷涂涂层后每条轮胎质量增大在1.55～1.80 kg之间，平均增大1.66 kg；喷涂涂层后滚动阻力系数增大在0.14～0.44 N·kN-1之间，平均增大0.28 N·kN-1。整体来看，喷涂涂层对轮胎的滚动阻力影响不大。

2.2.2 室内噪声试验

根据GB/T 32789—2016《轮胎噪声测试方法转鼓法》[5]，对每条轮胎涂覆涂层前后的室内噪声进行测试，并选取速度为80 km·h-1下噪声值进行比较，结果见表3。

从表3可以看出：试验轮胎在涂覆涂层后的室内噪声整体呈现上升趋势，涂覆前后试验轮胎室内噪声最小差值为2.2 dB（A），最大差值为6.0 dB（A），平均差值为4.05 dB（A）。总体来看，涂覆涂层后轮胎室内噪声有所增大。

表3 轮胎涂覆涂层前后室内噪声对比 dB（A）

2.3 动平衡和均匀性试验

2.3.1 动平衡

按照要求对涂覆涂层前后的试验轮胎进行动平衡试验[6]，涂覆涂层前后动平衡对比如表4所示。

从表4可以看出，轮胎B和C在涂覆涂层后静不平衡量有所增大，其余轮胎均有所减小。涂覆涂层对不同试验轮胎的静不平衡量影响不一。

表4 轮胎涂覆涂层前后静不平衡量对比 g·cm

2.3.2 均匀性

按照要求分别对涂覆涂层前后的试验轮胎进行均匀性试验[7]，对比结果如表5所示。

从表5可以看出，涂覆涂层对轮胎的均匀性影响不大。由于喷涂层有一定的厚度，客观上略微提高了轮胎的径向和侧向刚性，反而使得轮胎的均匀性效应有所减小。

表5 轮胎涂覆涂层前后均匀性对比 N

2.4 静态气密性

2.4.1 常温气密性

在温度为（25±5） ℃环境中，将6条试验轮胎保持充气压力为250 kPa状态下，刺扎入6枚直径为（6±0.2） mm的钢钉后立即拔出，停放24 h后轮胎的充气压力分别为246，248，247，245，245和247 kPa。

另取3条试验轮胎，在充气压力保持在250 kPa的状态下扎入6枚直径为（6±0.2） mm的钢钉后不拔出，停放24 h后轮胎的充气压力分别为246，248和247 kPa。

从试验数据可以看出，在常温状态下，涂覆涂层的刺扎自密封轮胎在扎钉后无论是拔出还是不拔出，在停放24 h后的充气压力与初始充气压力差别不大。

2.4.2 低温气密性

保持轮胎初始充气压力为250 kPa，取10条试验轮胎在温度为－30～－25 ℃的环境下连续冰冻12 h后取出，立即扎入6枚直径为（6±0.2） mm的钢钉并立即拔出，停放24 h后测得轮胎的充气压力分别为246，250，248，247，250，245，250，248，247和248 kPa。

保持轮胎初始充气压力为250 kPa，另取4条试验轮胎扎入6枚直径为（6±0.2） mm的钢钉，在温度为－30～－25 ℃的环境下连续冰冻12 h后取出，并在2 min内拔出所有钢钉，再停放24 h后测得轮胎的充气压力分别为0，210，0和0 kPa。

由试验结果可以看出：涂覆式刺扎自密封轮胎在低温状态下停放12 h后扎钉并立即拔出，轮胎充气压力与初始充气压力相差不大；如果轮胎扎钉后不拔出，在低温状态下停放12 h后再立即拔出钢钉，会出现轮胎不能自封而漏气的现象，这主要是由于涂层为弹性体，长时间在扎钉低温状态下形成记忆，拔钉后不能及时恢复原来状态。

3 结论

本工作对涂覆式刺扎自密封轮胎在涂覆涂层前后的室内高速性能和耐久性能、滚动阻力、室内噪声、均匀性、动平衡和静态气密性等进行了研究，得到如下结论。

（1）涂覆式刺扎自密封轮胎室内高速性能和耐久性试验结果可达到标准要求，试验前后涂层基本无变化（无走位、堆叠、流挂和起泡）。

（2）涂覆式刺扎自密封轮胎涂层对轮胎的滚动阻力影响不大，对轮胎室内噪声有一定的影响，涂覆涂层后轮胎的室内噪声有所增大。

（3）涂覆涂层对试验轮胎动平衡性能有一定影响，对不同试验轮胎的静不平衡量影响不一；涂覆涂层对试验轮胎的均匀性影响不大。

（4）在常温状态下，涂覆式刺扎自密封轮胎能够较好地保持轮胎气密性；在低温状态下，扎钉后及时拔出也能保持较好的轮胎自密封性能，但低温状态下钉子长时间停留在轮胎内，拔出后可能会出现不能自密封的现象。

涂覆式刺扎自密封轮胎在受到异物刺扎后能够保持轮胎充气压力，在一定程度上保证了车辆的行驶安全，也为消费者提供了一种新的安全轮胎选择。但任何一种轮胎都不是绝对安全的，涂覆式刺扎自密封轮胎在异物长时间保留在轮胎内的情况下，也会出现拔出异物后漏气的现象。此外，此类轮胎在拔出异物达到自密封的同时，由于胎面受到一定损伤，损伤部位在长时间受外部环境影响下也存在一定的安全隐患。因此建议装配涂覆式刺扎自密封轮胎的车辆安装胎压监测系统，并定期检查轮胎的外观和胎压，如发现轮胎被异物刺扎，应及时清理异物并咨询专业人员进行轮胎永久性维修或更换。