全地形高通過性越野輪胎（M/T）高速性能不良原因分析及解決措施

唐俊萍，陳紹孟，柳云點(diǎn)，陳國勝，劉吉鎮(zhèn)

(山東萬達(dá)寶通輪胎有限公司，山東 東營 257506)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的消費(fèi)水平隨之提高，自駕游成為許多人的首選，然而在一些偏遠(yuǎn)的地方，路況比較惡劣，全地形高通過性越野輪胎(M/T）成了必不可少的選擇。全地形高通過性越野輪胎（M/T）指的是適合在野外駕車時(shí)使用的輪胎，通常采用塊狀花紋設(shè)計(jì)，具有良好的抗刺扎、抗崩花掉塊、抗切割性能以及強(qiáng)驅(qū)動力和通過性。但是由于花紋飽和度較小，花紋塊較小，高速試驗(yàn)的時(shí)候，容易出現(xiàn)早期損壞，特別是當(dāng)規(guī)定高速試驗(yàn)要求達(dá)到180 km/h以上的時(shí)候。

為了提高全地形高通過性越野輪胎（MT）的高速性能，本文選用LT285/75R16 126/123Q產(chǎn)品為例，利用多種方案研究帶束層寬度、角度、冠帶條纏繞方式、胎面基部膠厚度變化，以及胎面膠料的選用和花紋設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行全面分析，并采取相應(yīng)措施，以期為提高輪胎高速性能提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)輪胎

LT285/75R16 126/123 Q輪胎，胎面花紋為全地形高通過性越野花紋。其試驗(yàn)條件如表1所示。

表1 試驗(yàn)條件

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

天津久榮轎車輪胎耐久/高速性能試驗(yàn)機(jī)。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)條件見表1，試驗(yàn)程序見表2。

表2 試驗(yàn)程序

法規(guī)判定＞160 km/h，內(nèi)控判定＞170 km/h。這次改善目標(biāo)為＞170 km/h，達(dá)到180 km/h及以上。

2 病象描述

輪胎高速試驗(yàn)結(jié)束后，在輪胎胎面部分，胎肩部花紋塊出現(xiàn)鼓包或者掉落，上下模掉塊數(shù)量無太大差異。輪胎周向方向上發(fā)生問題的節(jié)距基本集中在大塊節(jié)距上，而且肩部有凹槽的塊發(fā)生的幾率遠(yuǎn)大于沒有凹槽的塊（見圖1）。

圖1 肩部凹槽花紋塊

將鼓包后的花紋塊切下來，里面膠料出現(xiàn)分層，表面粉末狀。經(jīng)分析是由于試驗(yàn)過程中，花紋塊蠕動導(dǎo)致內(nèi)部迅速升溫，當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，橡膠產(chǎn)生分解，由于胎冠部位由不同膠料組成，所以產(chǎn)生分層現(xiàn)象（見圖2）。

圖2 花紋塊損壞界面

3 原因分析及解決措施

3.1 帶束層寬度與角度

在輪胎高速性能試驗(yàn)中，大部分的輪胎損壞的形式為帶束層端點(diǎn)處出現(xiàn)胎面脫層。因?yàn)閹鴮佣它c(diǎn)處的帶束層在運(yùn)動過程中位移最大，相應(yīng)產(chǎn)生的熱量也高，而加寬帶束層寬度有利于帶束層端點(diǎn)的散熱，如圖3所示，可以看出窄的帶束層畫圈位置的胎面膠料厚不易散熱，而寬的帶束層位置胎面膠料薄易散熱。一般Q級輪胎設(shè)計(jì)帶束層寬度與行駛面寬度相同。

圖3 肩部帶束層示意圖

另外帶束層角度也是影響高速性能的重要原因，因?yàn)閹鴮咏嵌扔绊戄喬サ慕拥匦螤睢＝拥匦螤畹牟煌瑢喬サ母咚傩阅苡幸欢ǖ挠绊憽Ｍㄟ^多次試驗(yàn)，帶束層角度越大，輪胎的接地形狀越圓，肩部的受力越小，帶束層端點(diǎn)的位移形變就越小，高速性能就越好。反之，帶束層角度越小，輪胎接地形狀趨于方形，輪胎肩部受力較大，此時(shí)帶束層的位移形變就越大，高速性能就不好，如圖4所示。

圖4 不同角度帶束層印痕圖

解決措施為增加帶束層寬度及角度，輪胎試驗(yàn)結(jié)果如表3、表4所示。

表3 加寬帶束層寬度

表4 加大帶束層角度

從表3、表4中數(shù)據(jù)可以看出增加帶束層寬度及角度的方法對全地形高過性越野輪胎的高速性能的提高有一定的效果。

3.2 冠帶條纏繞方式

冠帶條的纏繞方式對輪胎的高速性能的影響主要體現(xiàn)在對帶束層的束縛力上，層數(shù)越多的冠帶條對帶束層的束縛力越大，則輪胎的高速性能越好，反之輪胎高速性能就越差。

解決措施為增加冠帶條層數(shù)，輪胎試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 增加冠帶條層數(shù)

從表中數(shù)據(jù)可以看出增加冠帶條的層數(shù)對提高輪胎的高速性能有一定的積極作用。

3.3 胎面厚度

鑒于越野花紋輪胎的性能，胎面基部膠厚度不能太薄，否則在行駛過程中容易被割傷，會損傷冠帶層或者帶束層；但是胎面基部膠厚度也不能太厚，否則在高速行駛過程中，肩部生熱，熱量不容易散出，造成肩部早期損壞，高速性能不好，如圖5所示。

圖5 胎面基部膠示意圖

解決措施為減薄胎面基部膠厚度，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 減薄胎面基部膠厚度

從表6中數(shù)據(jù)可以看出減薄胎面基部膠厚度，對提高輪胎的高速性能有一定的效果。

3.4 胎面膠料的選取

輪胎胎面膠料的選取，直接影響到輪胎的性能。全地形高通過性越野輪胎的胎面膠料的性能一般選用低生熱，高抗撕裂性能的膠料來滿足惡劣路況的使用。胎面膠料中影響輪胎生熱性能的主要是聚合物和填充體系，聚合物對膠料的滯后損失產(chǎn)生較大的影響，而滯后損失決定了輪胎的生熱和滾動阻力。滯后損失是指膠料動態(tài)變形時(shí)的能量損失，用tanб損耗因子來表示。 填充體系指的是炭黑的用量及種類。我們可以通過改性炭黑或降低炭黑的用量來降低滯后損失，因此需要選用較小tanб值的。影響輪胎的抗撕裂性能主要是生膠體系、硫化體系及填充體系。其中生膠體系中，天然橡膠的抗撕裂性能最好。硫化體系主要是影響交聯(lián)密度，撕裂強(qiáng)度和交聯(lián)密度的關(guān)系有一個(gè)極大值，一般隨交聯(lián)密度的增加，撕裂強(qiáng)度增大，并出現(xiàn)一個(gè)極大值；然后隨交聯(lián)密度的增加，撕裂強(qiáng)度急劇下降，和拉伸強(qiáng)度類似，但最佳撕裂強(qiáng)度的交聯(lián)密度比拉伸強(qiáng)度達(dá)到最佳值的交聯(lián)密度要低。

解決措施：胎面膠采用全天然膠，低用量的炭黑。調(diào)整后的膠料，經(jīng)過檢測其撕裂強(qiáng)度及壓縮生熱都有顯著的提升，如表7所示。

表7 調(diào)整胎面膠膠料性能對比

通過兩種胎面膠料的試驗(yàn)，輪胎高速性能檢測結(jié)果如表8所示。

表8 調(diào)整胎面膠后輪胎高速性能對比

從表8可以看出，選用全天然膠、炭黑含量稍低的胎面膠料，輪胎在試驗(yàn)過程中，肩部生熱低，高速性能較優(yōu)越。

3.5 花紋設(shè)計(jì)

全地形高通過性越野輪胎（MT），因?yàn)橐紤]輪胎的驅(qū)動力和通過性，所以花紋海陸比設(shè)計(jì)范圍一般在50%~60%之間。如果花紋海陸比過小的話，雖然驅(qū)動力和通過性加強(qiáng)了，但是由于肩部花紋塊過小，花紋溝過大，輪胎在行駛過程中，輪胎肩部變形較大，造成生熱高，高速性能就會下降。

另外花紋溝角度也是非常重要的參數(shù)。為了保證全地形高通過性越野輪胎（MT）的驅(qū)動性能及排泥性能，橫向花紋主溝角度一般在8°~21°之間。如果主花紋角度設(shè)計(jì)過小的話，將影響花紋塊的剛性，導(dǎo)致高速性能下降；反之將影響排泥效果，降低驅(qū)動力和通過性。解決措施如下：

（1）可以通過適當(dāng)?shù)募哟蠡y塊，來提高海陸比，提高花紋塊剛性，從而提高高速性能。如圖6，我們將每個(gè)節(jié)距的花紋塊寬度增加2mm，海陸比從54%增加到58.2%。

圖6 花紋塊示意圖

（2）增加胎肩部花紋溝角度，增加花紋塊的剛性。肩部花紋溝角度，從15°調(diào)整到21°，如圖7所示。

圖7 花紋溝角度示意圖

（3）肩部增加散熱孔。如圖8所示，在胎肩部花紋塊每個(gè)花紋塊上增加了1個(gè)散熱孔。

圖8 花紋塊散熱孔示意圖

經(jīng)過對花紋塊的三方面綜合調(diào)整后，輪胎高速性能通過測試達(dá)到190 km/h，較改善前提高了2個(gè)階段（改善前為170 km/h），如表9所示。

表9 調(diào)整花紋塊和增加散熱孔輪胎高速性能測試結(jié)果

調(diào)整后高速性能良好，為了驗(yàn)證不影響其他性能，將調(diào)整后的輪胎送出去做主觀測試，測試結(jié)果反饋良好。

4 結(jié)語

通過分析影響全地形高通過性越野輪胎高速性能產(chǎn)生的原因，采取加寬帶束層寬度，加大帶束層角度、增加冠帶條層數(shù)，采用全天然膠含量，炭黑含量少的胎面膠料以及加大花紋塊、加大花紋塊角度增加散熱孔等措施，對提高全地形高通過性越野輪胎高速性能具有較好的效果，提高了輪胎的品質(zhì)，降低了經(jīng)濟(jì)成本。