0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線在全鋼載重子午線輪胎胎體中的應用

張世鑫，劉紅鎖，任夫云

（1.三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200；2.江蘇興達鋼簾線股份有限公司，江蘇 興化 225721）

隨著當前各國環保意識的不斷提高以及相關法規的制定，對運輸業的節能減排提出了更加嚴苛的要求，尤其是諸多輪胎準入標簽法規的陸續出臺，使低滾動阻力、高安全性和可翻新的綠色環保輪胎成為全球輪胎行業的發展趨勢[1-2]。由于近年來全球經濟增長緩慢以及我國對超載限制的加強，使輪胎企業出現不同程度的運營困難，不同品牌競爭日趨激烈。可以說目前中國輪胎工業正處于一個變革的時期，這就促使國內輪胎企業必須積極開發和生產高性能輪胎，加速新材料和新技術的研究與應用，以提高自有品牌在市場上的占有率。

鋼絲簾線作為輪胎骨架材料，對輪胎的質量、承載能力、安全性、耐磨性及可翻新性等起到了重要作用。胎體作為載重子午線輪胎的關鍵部件，其材料性能對輪胎綜合性能的影響至關重要。目前胎體鋼絲簾線的發展趨向于更高強度、更好的耐疲勞性能、環保新鍍層以及更優的鋼絲結構設計，有利于減小輪胎質量，降低滾動阻力，延長輪胎行駛里程[3-5]。為適應這一發展趨勢，我公司與江蘇興達鋼簾線股份有限公司合作研究更高強度、更小直徑以及無外纏絲的新型結構鋼絲簾線在全鋼載重子午線輪胎胎體中的應用，以期在實現輪胎輕量化的同時，能夠提高輪胎的耐久性能、降低滾動阻力等。

本工作主要研究0.22＋6＋11×0.20HT新型鋼絲簾線替代3＋9＋15×0.175＋0.15NT傳統鋼絲簾線在全鋼載重子午線輪胎胎體中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

0.22＋6＋11×0.20HT和3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線，江蘇興達鋼簾線股份有限公司產品。

1.2 主要設備和儀器

S型四輥鋼絲/纖維兩用壓延機，意大利柯米尼奧·埃克利公司產品；大角度鋼絲簾布裁斷機，德國Fischer公司產品；一次法成型機，荷蘭VMI公司產品。

1.3 性能測試

各項性能均按照相應的國家或企業標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 鋼絲簾線性能

2.1.1 基本性能和結構特性

0.22＋6＋11×0.20HT和3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線的基本性能見表1。

表1 兩種鋼絲簾線的基本性能

從表1可以看出：3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線是由27＋1根普通強度單絲捻制而成，各層之間的捻距和捻向均不同；0.22＋6＋11×0.20 HT鋼絲簾線是由18根高強度單絲組成，各層之間的捻距不同，但捻向相同，其最小破斷力與3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線相同，但簾線直徑和線密度減小，鋼絲簾線的堅韌性（最小破斷力/線密度）提高約18%，使其單位長度鋼絲簾線可承受的破斷力更大，在保證簾布強度相同的前提下，可減小鋼絲簾線用量和輪胎質量，提高胎體的耐疲勞性能，延長輪胎使用壽命。

3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線為有外纏絲層狀結構，0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線為無外纏絲層狀結構，內層為偶數根單絲，外層為奇數根單絲，要求其沿圓周均勻排列，這對鋼絲簾線生產的工藝控制要求更高。兩種鋼絲簾線的截面結構如圖1所示。3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線由于外纏絲的存在，在胎體發生彎曲變形時，對外層鋼絲有較大的切割磨損，降低了鋼絲簾線的耐彎曲疲勞性能。0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線由于不存在外層鋼絲和外纏絲間的磨損，因而具有更好的耐用性，同時簡化了鋼絲簾線的生產工藝，提高了生產效率。

圖1 兩種鋼絲簾線的截面結構

2.1.2 彎曲剛度和耐疲勞性能

0.22＋6＋11×0.20HT和3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線的彎曲剛度分別為52.6和68.1 TSU。與3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線相比，0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線的彎曲剛度降低了22.8%，說明其更加柔軟，更適用于胎體簾布，且有利于輪胎成型時胎體反包。

表2列出了在施加15 kg的相同負載下0.22＋6＋11×0.20HT和3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線在不同輥徑下的三輥彎曲疲勞次數測試結果。

表2 兩種鋼絲簾線在不同輥徑下的三輥彎曲疲勞次數

從表2可以看出，在不同輥徑下，0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線的疲勞次數均比3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線有所增加，最大增幅可達85.8%，說明0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線的耐疲勞性能更優，作為胎體可為輪胎翻新奠定基礎。

2.1.3 滲膠性能

通過金相法檢測0.22＋6＋11×0.20HT和3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線的滲膠性能，兩種鋼絲簾線的滲膠截面如圖2所示，附膠情況如圖3和4所示。

圖2 兩種鋼絲簾線的滲膠截面

圖3 0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線的附膠情況

從圖2可以看出，0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線比3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線具有更好的滲膠性能。這是因為兩種鋼絲簾線雖然均為層狀結構，但3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線的層間單絲根數為內奇外奇組合，外層鋼絲排列緊密，且有外纏絲束緊，單絲間空隙小，不易滲膠；而0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線的層間單絲根數為內偶外奇組合，外層鋼絲間隙較大，有利于膠料滲透。

圖4 3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線的附膠情況

從圖3和4可以看出：兩種鋼絲簾線的表面附膠性能相當，均能達到95%以上，芯股基本無附膠；但0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線的外層和內層單絲附膠率均比3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線稍高，這是因為內層鋼絲簾線附膠情況受外層鋼絲簾線結構和根數的影響，結構越簡單、單絲之間的間隙越大，鋼絲簾線的附膠及滲膠性能越好。

0.22＋6＋11×0.20HT鋼線簾線具有更優的滲膠性能，保證了膠料與鋼絲簾線的有效粘合，能夠提高胎體的耐疲勞性能，防止潮濕氣體滲透引起鋼絲腐蝕，延長胎體使用壽命，提升輪胎的安全性能。

2.1.4 鋼絲簾布參數

0.22＋6＋11×0.20HT和3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾布參數如表3和圖5所示。

從表3和圖5可以看出，與3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線相比，0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線的單絲強度高、線密度和直徑小，在保證等強度替代的前提下，壓延密度相同，壓延厚度減小0.2 mm，鋼絲簾線質量、膠料質量和簾布質量分別減小了15%，12%和14%，從而可減小單胎質量，降低生產成本。鋼絲簾線間距增大，有利于壓延時鋼絲簾線間的滲膠。

表3 兩種鋼絲簾布參數

圖5 兩種鋼絲簾布的綜合性能指數

2.2 工藝性能

2.2.1 壓延工藝

0.22＋6＋11×0.20HT和3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾布的壓延工藝有如下區別。

（1）由于0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線的直徑減小，需設計加工專用整徑壓力輥，使溝槽尺寸與簾線直徑匹配。

（2）3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線的外纏絲使其更緊密，不易出現松散起鼓問題，壓延過程中跳線風險較低，同時外纏絲有利于壓延時簾線表面掛膠；0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線表面附膠能力降低，為保證鋼絲簾線間隙保持率和膠料滲透，壓延錠子張力和壓延速度需要相應減小。

（3）兩種鋼絲簾布的壓延過程穩定，簾布表面平整性好，剝離及空氣含量等檢測結果均滿足相應的企業標準要求。

2.2.2 裁斷工藝

0.22＋6＋11×0.20HT和3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾布裁斷后表面平整，無翹頭和起拱問題。但在裁斷時由于0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾布偏軟，易在接頭機堆料，修邊后邊部厚度不穩定，接頭時出現稀線或并線問題，通過對傳送帶遞布速度和接頭機風壓進行調整，可以解決以上問題，并保證修邊后簾布邊緣不漏鋼絲。

2.2.3 成型和硫化工藝

由于0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾布厚度較小，挺性變弱，導致成型時易拉伸，接頭稍有困難，通過規范操作和調整拉鏈機間距風壓，可以避免發生以上問題。

2.3 成品性能

采用0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線替代3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼 絲 簾 線 用 于12R22.5 18PR全鋼載重子午線輪胎胎體中，并對成品輪胎進行室內性能測試，結果如表4所示。

表4 成品輪胎的室內性能測試結果

從表4可以看出，胎體采用0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線，成品輪胎的強度性能變化不大，耐久性能提高14.3%，胎圈耐久性能提高10.7%，胎體耐久性能提高5.7%，高速性能滿足標準要求，滾動阻力系數降低約2.8%。

將0.22＋6＋11×0.20HT和3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線用于胎體進行耐久性試驗后鋼絲簾線表面和單絲磨損情況分別如圖6和7所示，鋼絲簾線樣品從試驗殘胎屈撓最嚴重處解剖而得。

從 圖6和7可 以 看 出：3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線的層間單絲表面和外纏絲與外層鋼絲接觸面均有明顯磨損痕跡；而0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線的單絲表面磨損程度較小，外層鋼絲表面完整性好。

圖6 兩種鋼絲簾線的表面磨損

圖7 兩種鋼絲簾線的單絲磨損截面

分析認為，輪胎在行駛過程中胎體彎曲變形會伴隨著簾線單絲間的相互摩擦運動，即胎體鋼絲旋轉彎曲疲勞與微振磨損交織在一起。在輪胎長期使用過程中，反復摩擦使鋼絲表面狀態惡化，磨損處易產生材料腐蝕和疲勞裂紋，導致鋼絲簾線使用壽命降低。而鋼絲簾線磨損程度主要取決于接觸應力，且與滲膠情況、捻制方式及簾線結構等有關。因此，0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線無外纏絲、同捻向、高滲膠的結構特點使其具有比3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線更佳的耐磨和耐疲勞性能。

2.4 成本分析

采用0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線替代3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線生產的12R22.5 18PR全鋼載重子午線輪胎單胎質量減小1.02 kg（鋼絲簾線和膠料用量分別減小0.664和0.356 kg），按照年產60萬套該規格輪胎計算，每年可節約鋼絲簾線398 t，節約膠料214 t；每年可節約原材料和半成品及成品運輸量約612 t。由于0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線直徑減小，簾線錠長增大，可減少壓延尾線消耗，在同等勞動強度下，可減少錠子房用工12%。

3 結論

采用0.22＋6＋11×0.20HT新型鋼絲簾線替代3＋9＋15×0.175＋0.15NT傳統鋼絲簾線用于全鋼載重子午線輪胎胎體，鋼絲簾線的單絲強度提高，結構簡化，滲膠性能提高，鋼絲簾線與膠料之間的粘合性能、鋼絲簾線的耐磨性能和耐疲勞性能均提高；生產工藝優化后穩定性良好，可以提高輪胎的耐久性能，實現輪胎輕量化，降低滾動阻力；減小輪胎生產成本和材料消耗，符合當前綠色輪胎的發展趨勢，具有較好的應用前景。我公司將與簾線生產企業更加緊密合作，不斷開發和生產出更舒適、安全、環保的輪胎產品，共同推進我國子午線輪胎的發展。