探究带束层钢帘线对半钢子午线轮胎性能的影响

2024-04-09刘伟张宁高凯谢航李海艳

橡塑技术与装备 2024年4期

刘伟，张宁，高凯，谢航，李海艳

(山东丰源轮胎有限公司，山东枣庄 277300)

随着轮胎准入市场的门槛的提高，消费者对产品的性能要求越来越高，提高产品的性能势在必行；与此同时美国等其他国家对华轮胎产品反倾销，使得国内轮胎企业的出口越来越困难，促使越来越多的企业加大研发投资力度进行新技术的研发。

半钢子午线轿车轮胎是由橡胶、配合剂、钢丝和帘线等材料组成的高分子复合制品[1～2]。轿车轮胎各部件具有独特的性能，胎面、带束层、冠带条组成的冠带层可以约束轮胎高速旋转时产生的膨胀，内衬层则可保证轮胎保持相应的气压，胎面、胎侧、胎圈、胎体、带束层、冠带条、内衬层等通过成型机设备设备和工艺紧密结合成整体，经过高温、高压硫化后，共同实现轮胎功能[3～4]。

带束层是轮胎的主要受力部件，能够缓和路面冲击传递给车辆的能量，对汽车行驶的高速性能、平稳性和舒适性有重要作用。半钢子午线轮胎中的带束层以一定角度交叉贴合在胎体上部、胎面冠带条下部，沿胎面中心线圆周方向箍紧胎体，可以保持轮胎充气后的形状。

本工作从半钢子午线轮胎常用的带束层钢丝帘线出发，通过成品轮胎“外缘尺寸、强度性能、脱圈阻力、高速性能、耐久性能、滚动阻力”等试验，探讨了带束层钢丝帘线对轮胎性能的影响。

1 试验

1.1 试验材料选用

选用市面上常用于半钢子午线轮胎带束层生产的3种钢丝帘线，其基本性能指标如表1所示。

表1 3种试验所用钢丝帘线的基本性能及指标

从表1可以看出，随着3种带束层钢丝帘线的破断力和单位面积质量的增大，相应的轮胎的安全倍数呈现正向增大趋势。

1.2 试验方案和试验方法

该实验方案的唯一变量是钢丝帘线，为单变量分析法，分别使用3种钢丝帘线开展试验方案，每种方案均生产205/55R18 95W规格的半钢子午线轮胎20条,优选后开展进一步的试验。

采用3个方案进行成品轮胎“外缘尺寸、强度性能、脱圈阻力、高速性能、耐久性能、滚动阻力、静态刚性、接地印痕”试验，试验条件均一致。为减少轮胎之间的差异，该实验方案的唯一变量是钢丝帘线，试验生产的半钢轮胎其他胶部件及钢丝部件均为同一压出线、同一成型机、同一硫化机和同一组操作人员生产完成。

1.3 主要设备和仪器

XM370型密炼机和XM305型开炼机，软控股份有限公司产品；胎胚成型使用VMI一次法成型机；轮胎拆装机(crossage Evo plus)，北京鑫明德机电设备科技有限公司；四工位轮胎耐久试验机，青岛高校测控技术有限公司；脱圈阻力试验机，汕头市浩大轮胎测试装备有限公司；轮胎综合刚度电阻试验机(TMT-1A)，汕头市浩大轮胎测试装备有限公司产品。

2 结果与分析

2.1 成品轮胎试验结果

2.1.1 外缘尺寸

按Q/B W001-2017《子午线轮胎外缘尺寸测量方法》，将成品轮胎安装在标准轮辋上，在标准充气压力下测量轮胎的外直径和断面宽。3种方案轮胎的外缘尺寸如表2所示。

表2 3种试验方案轮胎的外缘尺寸性能测试结果

从表2可以看出，3种方案轮胎的外直径及断面宽均符合标准要求。

2.1.2 强度性能

按照Q/B QP001-2018《轿车子午线轮胎强度实验方法》测试成品轮胎的强度性能，试验条件为：待测试轮胎充气压力220 kPa，常温下静置3 h以上，压头直径19±0.05 mm。3种方案轮胎的强度性能试验结果如表3所示。

表3 3种试验方案轮胎的强度性能测试结果

从表3可以看出，测试的数据，方案1、2、3第1～第4点破坏能，都达到标准值；方案1第5点破坏能666.6 J、方案2第五点破坏能608.5 J、方案3第5点破坏能678.4 J，均超过标准值，方案1、2、3试验轮胎强度性能测试，均达到企业标准要求。

2.1.3 脱圈阻力

按照Q/B PT001-2017《轿车子午线轮胎脱圈阻力试验方法》测试成品轮胎的脱圈阻力，试验条件为：充气压力220 kPa，压块水平距离318 mm。 3种方案轮胎的脱圈阻力试验结果如表4所示。

表4 3种方案轮胎的脱圈阻力试验结果

从表4可以看出，3种方案轮胎的脱圈阻力均符合标准要求，方案1、2、3试验轮胎脱圈阻力测试，分别为标准值的137.7%、138.5%、138.8%，均达到企业标准要求，略有差异，说明与安全倍数有一定的相近性。

2.1.4 高速性能

按照Q/B GP004-2018《轿车子午线轮胎高速性能实验方法》测试成品轮胎的高速性能，试验条件为：充气压力360 kPa，试验负荷标准负荷的68%，速度级别W，初始速度230 km.h。3种方案轮胎的高速试验结果如表5所示。

表5 3种方案轮胎的高速性能试验结果

从表5可以看出，3种方案轮胎均满足企业标准,测试时间分别为99 min101 min103 min。

2.1.5 耐久性能

按照Q/B NP 001-2018测试成品轮胎的耐久性能，试验条件为：耐久充气压力220 kPa，低气压充气压力160 kPa。国家标准要求跑至第3阶段，本次试验中跑至第7阶段结束（从测试阶段4开始为低气压试验部分）。试验步骤如表6所示。

表6 耐久及低气压试验

试验结束时，3种方案轮胎耐久阶段行驶34 h均未损坏，方案1、2、3试验轮胎累计行驶，分别为61 h、64 h、67 h，均达到企业标准要求。

2.2 滚动阻力

按照ISO 28580-2018《轮胎滚动阻力测试方法》测试成品轮胎的滚动阻力。试验条件为：充气压力250 kPa，试验负荷600 kg。3种方案轮胎的滚动阻力试验结果见表7。

表7 3种方案轮胎的滚动阻力试验结果

从表7可以看出，使用3种束层钢丝帘线的带同一规格轮胎质量逐渐增大，方案C的滚动阻力系数最大，方案A的滚动阻力系数最小，因此，轮胎质量与滚动阻力密切相关。由于3种方案轮胎的安全倍数均符合公司标准，在符合安全性能的前提下，使用更轻量化的带束层钢丝帘线（如方案A）既能降低成本，又有利于降低轮胎的滚动阻力。