自修復材料在全鋼載重子午線輪胎中的應用

劉 勇，茍增亮，李 明，李光亭，宋傳玉，岳云利

（山東萬達寶通輪胎有限公司，山東 東營 257000）

據不完全統計，高速公路上42%的意外交通事故是由爆胎造成的。在車輛高速行駛過程中發生爆胎時，駕駛員無法及時做出反應是爆胎演變成交通事故的根本原因[1]。尤其是載重汽車，由于質量和慣性較大，出現爆胎后駕駛員很難做出有效反應。因此，防止輪胎在高速行駛過程中爆破，提高行車安全性成為輪胎設計人員關注的重點[2-4]。客戶迫切需要具有碰觸到小型尖銳物時不爆破和碰觸到大型尖銳物時可延緩爆破的輪胎。

我公司針對載重汽車的這一需求進行研究發現，在輪胎胎里噴涂自修復材料能較好地解決這一問題。自修復材料是模擬生物體對自身微裂紋進行自修復的特征，當外界因素導致材料損傷后，材料可以進行自主修復和愈合，從而使其應用性能不受或僅受極小影響[5-7]。

自修復高分子材料一般分為外援型和本征型兩種[8]。通過性能對比及使用環境分析，本課題選取本征型分子間相互作用力型自修復高分子材料。該材料在室溫條件下即可迅速完成自修復，短時間內力學性能可恢復至初始狀態，且修復行為可逆性高，多次修復后依然有較高的修復效率。

為了驗證我公司研制的自修復材料（SSR膠料）在載重子午線輪胎中的應用效果，選取公司市場暢銷產品進行實地驗證。

1 實驗

1.1 試驗輪胎

100條經檢驗合格的BOTO 12R22.5 BT218 16PR輪胎。

1.2 操作方法

首先清理輪胎胎里殘余硫化隔離材料，然后在熱噴涂設備上向胎里噴涂溫度為200～240 ℃的SSR膠料，依靠熱噴涂設備導軌旋轉產生的離心力在輪胎冠部胎里均勻噴涂SSR膠料3～8 mm。噴涂過程中對輪胎外部進行降溫處理，當輪胎內部噴涂的SSR膠料表面溫度降低至60～80 ℃時從熱噴涂設備取下輪胎進行自然冷卻（見圖1）。

圖1 噴涂SSR膠料的輪胎胎里

1.3 性能測試

（1）動平衡性能。噴涂SSR膠料的輪胎在室溫下冷卻24 h后按我公司內控標準進行動平衡性能測試，并與未噴涂SSR膠料的輪胎進行對比。

（2）充氣壓力保持率。分別在駛過無螺紋鋼釘板、螺紋鋼釘和三角形刀板的情況下，進行噴涂SSR膠料輪胎的充氣壓力保持率測試。

2 結果與討論

2.1 動平衡性能

輪胎動平衡性能測試結果表明，100條噴涂SSR膠料的輪胎中有83條輪胎的動平衡性能優于未噴涂SSR膠料的輪胎，17條輪胎的動平衡性能與未噴涂SSR膠料的輪胎相當。

2.2 充氣壓力保持率

實地試驗以多款牽引車頭拖掛標載載荷30 t罐體車（均為東營滿載出發、以高速公路為主運輸路徑的成品油車輛）進行相關測試。試驗輪胎的具體情況見表1。

表1 試驗輪胎情況

試驗輪胎駛過無螺紋鋼釘板（見圖2）后充氣壓力保持率見表2。

圖2 無螺紋鋼釘板測試

表2 駛過無螺紋鋼釘板后試驗輪胎充氣壓力保持率

由表2可見，駛過無螺紋鋼釘板后試驗輪胎充氣壓力保持率在99.4%以上，密封性良好。

試驗輪胎駛過螺紋鋼釘測試（見圖3）后充氣壓力保持率見表3。

圖3 螺紋鋼釘測試

表3 駛過螺紋鋼釘后試驗輪胎充氣壓力保持率

由表3可見，駛過螺紋鋼釘后試驗輪胎充氣壓力保持率也在99.4%以上。

試驗輪胎（7#輪胎）低速駛過厚度為5 mm、高度為100 mm、底邊長為80 mm的等腰三角形刀板（見圖4）后充氣壓力從測試前的1 050 kPa降至800 kPa，鋼絲帶束層徑向切斷92 mm，SSR膠料從切口處溢出（見圖5）。試驗結果表明噴涂SSR膠料的輪胎經過大型尖銳物時仍可保持一定的充氣壓力，延緩爆破。

圖4 測試用刀板

圖5 刀板切割后的試驗輪胎

3 結論

胎里噴涂自修復材料SSR膠料的輪胎能夠滿足碰觸到小型尖銳物時不爆破、碰觸到大型尖銳物時延緩爆破的要求。

持續跟蹤試驗輪胎12個月，共檢測8次，6輛車平均行駛150 000 km，未出現缺氣情況。一年四季不同溫度下的使用驗證了SSR膠料選取的玻璃化溫度（－40 ℃）及軟化點溫度（150 ℃）是合適的。