4＋3×0.33ST超高强度钢丝帘线在全钢载重子午线轮胎带束层中的应用

邵先行，郑 宾，杨 丽，郑茂森，孙 凯，王 明

（1.八亿橡胶有限责任公司，山东 枣庄 277800；2.江苏兴达钢帘线股份有限公司，江苏 兴化 225721）

轮胎作为车辆的重要部件之一，担负着长途运输的重任，安全性和耐久性能显得尤为重要，但随着时代的发展，市场对轮胎的环保性和节油性等又提出新的要求[1-4]。为了更好地满足车主对绿色轮胎、经济适用的需求，同时响应国家对新能源、新材料使用的号召，我公司始终坚持以广大用户为中心，不断进行技术革新，致力于环保节能轮胎技术和产品的开发，重视环境保护和经济效益的有机结合。

基于此，我公司与江苏兴达钢帘线股份有限公司开展合作，研究4＋3×0.33ST超高强度钢丝帘线在全钢载重子午线轮胎带束层中的应用，以减小轮胎质量，降低滚动阻力，提高车辆的燃油效率，延长轮胎使用寿命。

1 带束层用钢丝帘线的性能要求

国内全钢载重子午线轮胎带束层根据其性能与作用分为工作层和保护层，其所用钢丝帘线的性能要求如下[5-10]。

（1）带束层工作层钢丝帘线应具有适合的强度和刚度，良好的胶料渗透性能及较低的结构伸长，与橡胶之间有较高的粘合力和粘合力保持率。

（2）保护层钢丝帘线应具有较高的抗冲击性能和较大的破断伸长率以及良好的胶料渗透性能。

本工作研究4＋3×0.33ST钢丝帘线替代2＋7×0.30ST钢丝帘线在12R22.5全钢载重子午线轮胎2#和3#带束层工作层中的应用。

2 实验

2.1 主要原材料

4＋3×0.33ST钢丝帘线，江苏兴达钢帘线股份有限公司产品；2＋7×0.30ST钢丝帘线，国内某钢丝帘线厂家产品。

2.2 主要试验设备

钢丝帘布四辊压延机，意大利鲁道夫公司产品；小角度钢丝帘布裁断机，桂林中昊力创机电设备有限公司产品；全钢载重子午线轮胎三鼓成型机，软控股份有限公司产品；轮胎综合性能试验机，中国台湾优美集团产品；四工位高速耐久试验机，青岛高校测控技术有限公司产品。

2.3 性能测试

钢丝帘线性能（直径、线密度、破断力及刚度等）按GB/T 11183—2003测试；成品轮胎外缘尺寸按照GB/T 521—2012和GB 9744—2015进行测量及判定；强度性能按照GB/T 4501—2016进行测试及判定；耐久性能按照GB/T 4501—2016要求进行前期测试，47 h后停机检查，然后按照企业标准BYLT-BY-003-11—2020继续进行试验。

3 结果与讨论

3.1 钢丝帘线性能

4＋3×0.33ST和2＋7×0.30ST钢丝帘线结构如图1所示，性能指标如表1所示，性能检测结果如表2所示。

表1 两种钢丝帘线性能指标

表2 两种钢丝帘线性能检测结果

图1 两种钢丝帘线结构示意

从图1可以看出，4＋3×0.33ST钢丝帘线为不规则开放式结构，易于橡胶渗入，阻碍空气进入，可增强钢丝帘线耐腐蚀性能，且由于覆胶效果较好，可降低单丝之间的蠕动，减少钢丝损耗，优化钢丝帘线耐疲劳性能。

从表1和2可以看出，与2＋7×0.30ST钢丝帘线相比，4＋3×0.33ST钢丝帘线单丝直径大，刚度高，对轮胎冠部刚性有较大提升，可增强轮胎的抗爆破冲击能力及防偏磨性能，延长轮胎使用寿命，减少车辆行驶过程中从轮胎上脱落的橡胶残渣对环境的影响。

3.2 工艺性能

4＋3×0.33ST和2＋7×0.30ST钢丝帘线的帘布压延数据见表3。

表3 两种钢丝帘布压延数据对比

与2 ＋7×0.30ST 钢 丝 帘 线 相 比，4 ＋3×0.33ST钢丝帘线直径和破断力偏小，故使用帘布密度为60根·dm-1的4＋3×0.33ST钢丝帘布代替帘布密度为55根·dm-1的2＋7×0.30ST钢丝帘布。由表3可见，与2＋7×0.30ST钢丝帘布相比，4＋3×0.33ST钢丝帘布厚度减小至1.9 mm，帘布质量增大1.8%，胶料质量减小6.5%，带束层安全倍数增大。

4＋3×0.33ST钢丝帘布压延生产过程稳定，无并线、稀线、露线、跳线等缺陷；裁断过程正常，无翘边、大头小尾等缺陷，自动拼接效果较好；胎坯成型及硫化过程、成品外观质量及X光检测均无异常。

3.3 成品轮胎性能

将4＋3×0.33ST和2＋7×0.30ST钢丝帘线用于12R22.5轮胎2#和3#带束层生产，并进行成品性能检测。

3.3.1 外缘尺寸

采用4＋3×0.33ST钢丝帘线生产的轮胎充气外直径为1 088 mm，充气断面宽为300 mm，均符合国家标准要求。

3.3.2 强度性能

采用4＋3×0.33ST钢丝帘线生产的轮胎，强度检测第5点破坏能为6 110 J，且未穿透轮胎，破坏能与标准值的比值为278%；采用2＋7×0.30ST钢丝帘线生产的轮胎强度检测第5点破坏能为5 860 J，且未穿透轮胎，破坏能与标准值的比值为266%。可见采用4＋3×0.33ST钢丝帘线生产的轮胎强度比使用2＋7×0.30ST钢丝帘线生产的轮胎提高4.3%，安全性及承载性能更高。

3.3.3 接地性能

两种钢丝帘线轮胎接地性能有限元分析结果和接地印痕分别见图2和3。

图2 两种钢丝帘线轮胎接地性能有限元分析结果

图3 两种钢丝帘线轮胎接地印痕

从图2和3可以看出，无论是接地性能有限元分析还是接地印痕检测结果，4＋3×0.33ST钢丝帘线轮胎均优于2＋7×0.30ST钢丝帘线轮胎，这主要是由于4＋3×0.33ST钢丝帘线单丝直径大，刚度高，轮胎冠部刚性相应增强，接地面积更大，磨耗更均匀。

3.3.4 耐久性能

轮胎的耐久性试验条件和试验结果分别如表4和5所示。

表4 轮胎耐久性试验条件

从表5可以看出：与采用2＋7×0.30ST钢丝帘线的轮胎相比，采用4＋3×0.33ST钢丝帘线的轮胎累计行驶时间更长，表明其运输距离更远，使用寿命更长；损坏形式为胎肩部位裂开，表明4＋3×0.33ST钢丝帘线对轮胎冠部的箍紧力更大，可有效防止轮胎在高速长距离运输中出现冠脱、冠爆问题，提高轮胎的完磨率。

表5 轮胎耐久性试验结果

3.4 成本分析

采 用4 ＋3×0.33ST 钢 丝 帘 线 替 代2 ＋7×0.30ST钢丝帘线用于轮胎2#和3#带束层中，单胎帘线质量增大1.8%，胶料质量减小6.5%，总体质量减小约0.2 kg，单胎成本降低0.52%。

4 结语

以4＋3×0.33ST钢丝帘线替代2＋7×0.30ST钢丝帘线用于12R22.5全钢载重子午线轮胎2#和3#带束层中，帘布压延厚度减小，单胎质量减小约0.2 kg，单胎成本降低0.52%。由于4＋3×0.33ST钢丝帘线单丝直径大，刚度高，可增强轮胎冠部整体刚性，减少不规则磨损，成品轮胎外缘尺寸和强度性能符合国家标准要求，耐久性能提高，轮胎使用寿命延长。