聚酯與錦綸66簾布在轎車輪胎冠帶中的應用對比

黎 寧，姚志敏，陳耀華，王志遠，羅吉良

（萬力輪胎股份有限公司，廣東 廣州 510940）

輪胎冠帶的主要作用是在高速行駛狀態下箍緊帶束層，幫助帶束層克服強大的離心力，減小帶束層在徑向上的變形，降低帶束層在輪胎高速行駛狀態下出現脫層破壞的風險[1]。這就決定了冠帶用聚酯簾布需要具備以下基本性能:（1）簾線自身與膠料有良好的粘合性能，并具有很高的高溫保持率；（2）具有高模量、熱收縮性能，以有效減緩變形。

錦綸66簾布具有較高的干熱收縮率，行駛過程中會在帶束層離心變形的早期，即有離心傾向時就提供穩定的緊縮力，抑制變形發生[2]；而聚酯、人造絲和芳綸等簾布則對帶束層早期變形的抑制較弱，實際上是在輪胎開始變形后通過高模量減緩變形[3-4]。設計的安全性保證了輪胎帶束層不會因離心力直接撕扯飛脫胎面[5]；更多的是因變形造成帶束層升溫過快，性能下降，從而發生輪胎失效。相比之下，錦綸66簾布的干熱收縮性能在早期對變形的抑制比后期的減緩作用更為重要。

目前主流的輪胎企業都選擇錦綸66簾線做冠帶，因為其干熱收縮率明顯高于其他纖維簾線。芳綸簾線性能優異，但價格過高；人造絲簾線價格不菲，干熱收縮率低，模量與聚酯簾線相當；聚酯簾線的模量明顯高于錦綸66簾線，拉伸強度接近，且成本低于錦綸66簾線。本工作對聚酯與錦綸66簾布在轎車輪胎冠帶中的應用進行對比研究。

1 聚酯簾線的性能改善

為更好地滿足冠帶的應用需求，目前出現兩種聚酯簾線改善方案。第1種改善方案是:提高聚酯簾線與橡膠的粘合性能，特別是耐熱性能；同時提高簾線的定負荷伸長率，降低模量，提高簾線的斷裂伸長率。選擇這種改善方案，考慮的是硫化前的胎坯在硫化后會有少量脹大，簾線對帶束層具有一定的束縛作用。第2種改善方案是:提高聚酯簾線與橡膠的粘合性能，特別是耐熱性能；同時提高簾線的拉伸模量，特別是高溫下的拉伸模量。表1示出了改善方案對聚酯簾線性能的影響。兩種方案的共同點是將改善聚酯簾線和膠料的耐熱性能，包括耐高溫性能作為改善的重點。

表1 不同改善方案對聚酯簾線性能的影響

2 聚酯和錦綸66簾線在轎車輪胎中的應用

將平頂山神馬簾子布發展有限公司生產的1100dtex/2聚酯簾線（采用第1種改善方案）和聯新（開平）高性能纖維有限公司生產的930dtex/2錦綸66簾線應用于子午線輪胎進行了對比試驗，兩種簾布使用相同的簾布密度。

2.1 簾線性能

圖1—3分別示出了1100dtex/2聚酯簾線和930dtex/2錦綸66簾線的斷裂強力、斷裂伸長率和定負荷伸長率與測試溫度的關系曲線。

從圖1—3可以看出:在強伸性能方面，隨著溫度的升高，聚酯簾線的斷裂強力和斷裂伸長率均低于錦綸66簾線；定負荷伸長率則從明顯低于錦綸66簾線到逐漸與錦綸66簾線接近；高溫下，聚酯簾線的模量下降比錦綸66簾線顯著。

圖1 簾線的斷裂強力與測試溫度的關系曲線

圖2 簾線的斷裂伸長率與測試溫度的關系曲線

圖3 簾線的定負荷伸長率與測試溫度的關系曲線

比較在過硫情況及熱老化后1100dtex/2聚酯簾線與930dtex/2錦綸66簾線的H抽出力，結果如圖4所示。

圖4 不同條件下簾線的H抽出力

從圖4可以看出，聚酯簾線初始粘合性能好，但在過硫或受熱老化的情況下，聚酯簾線的粘合性能比錦綸66簾線更容易下降，下降后的粘合性能與錦綸66簾線相當。從試驗結果看，聚酯簾線在浸膠和粘合性能方面與錦綸66簾線相當或稍好。

在干熱收縮力方面:錦綸66簾布在177 ℃高溫下表現出較小的收縮力；收縮力的大小受預加張力的影響，在較大的預加張力下，收縮力表現不明顯，沒有測到數值，如圖5所示。在120 ℃×6 min的低溫條件下（預加張力0.1 N），沒有測出收縮力，曲線與177 ℃×5 min（預加張力2 N）條件下相同。

圖5 錦綸66簾布的收縮力（177 °C×5 min）

聚酯簾布的干熱收縮力較小，在177和120 ℃下的各種預加張力條件下均未能測到干熱收縮力數值，曲線與錦綸66簾布177 ℃×5 min（預加張力2 N）條件下相同。

初步判斷，纖維簾布的干熱收縮力需要在較高溫度下才能明顯表現出來，也就是說在輪胎高速運動過程中才能有顯著體現；硫化后的輪胎中如果存在較明顯的張力，將會向預加負荷一樣抵消簾布的干熱收縮力的作用。由此推測，所采用的聚酯簾布改善的第1種方案可降低模量、增大伸長率，有降低硫化后輪胎中的殘余內應力的作用。同樣，判斷錦綸66簾布因為模量更低，其在輪胎硫化后的殘余內應力會更低，需要用于抵消內應力的熱收縮力和簾線伸張就更少，對帶束層的緊箍作用更好。

2.2 成品輪胎性能

2.2.1 高速及高速耐久性能

H速度級別聚酯簾布冠帶輪胎的高速性能和高速耐久性能按企業內控試驗標準進行測試，結果如表2所示。

從表2可以看出，聚酯簾布冠帶輪胎的損壞形式均為冠部損壞，但均通過測試。通過測試的速度級別相比標準要求仍有一定富余空間。根據本次試驗結果，從安全性角度看，H速度級別輪胎應用此類性能優化過的聚酯簾布是可行的。

表2 H速度級別聚酯簾布冠帶輪胎高速及高速耐久性試驗結果

195/65R15 91V聚酯簾布冠帶輪胎的高速性能和高速耐久性能按企業內控試驗標準進行測試，結果如表3所示。

從表3可以看出，聚酯簾布冠帶輪胎損壞形式基本為冠部損壞，通過測試，但通過測試的速度級別處于標準要求附近，沒有富余空間，因此應用聚酯簾布冠帶需要慎重。

2.2.2 均勻性

以205/55R16 91V輪胎為試驗對象進行高速均勻性測試，結果如圖6和7所示，RFV為徑向力偏差，LFV為側向力偏差。

從圖6和7可以看出:聚酯簾布冠帶輪胎的RFV和LFV均大于錦綸66簾布冠帶輪胎；且隨著速度的增大，聚酯簾布冠帶輪胎的RFV較錦綸66簾布冠帶輪胎呈增大趨勢，LFV則表現出較大的波動。錦綸66簾布冠帶輪胎在110～120 km·h-1速度范圍內RFV和LFV略低，該范圍正好是當前車輛最普遍的行駛速度。

圖6 輪胎RFV與速度的關系曲線

圖7 輪胎LFV與速度的關系曲線

在不同的行駛速度下（與頻率相對應）的輪胎均勻性變化與簾布對輪胎的束縛程度有關。聚酯簾布冠帶輪胎在高速、高溫條件下相對的束縛能力弱于錦綸66簾布冠帶輪胎，導致均勻性變化大。

圖8和9示出了高速均勻性試驗機沖擊試驗結果，RF為徑向力。

從圖8和9可以看出:聚酯簾布冠帶輪胎徑向力出現早，剛性響應快，波峰和波谷衰減更快；錦綸66簾布冠帶輪胎表現則相對較為穩定。相對來說，在抗沖擊方面，錦綸66簾布輪胎較好，乘坐舒適性會更好一些。

圖8 RF檢測結果波峰

圖9 RF檢測結果波谷

2.2.3 輪胎五剛性

以205/55R16 91V輪胎為試驗對象進行五剛性測試，結果如表4所示。

從表4可以看出，與錦綸66簾布輪胎相比，聚酯簾布輪胎的徑向剛性、縱向剛性、橫向剛性和扭轉剛性均較大。

表4 輪胎五剛性測試結果

3 結論

與聚酯簾布相比，錦綸66簾布在轎車輪胎冠帶中的應用具有性能優勢，但錦綸66簾布較高的價格使輪胎企業考慮聚酯簾布的可行性。聚酯簾布制造企業可從提高簾布粘合性能、調節簾線模量和伸長率的角度出發，改良聚酯簾線的性能以適合輪胎冠帶的需要。對于采用降低模量、提高伸長率改善方案的聚酯簾布，其在H速度級別輪胎冠帶中應用是安全的，但同時會犧牲部分高速均勻性。繼續提高聚酯簾布模量的方案我們沒有開展具體的輪胎試制，但已有輪胎企業在進行生產使用。相信在上下游企業的共同努力下，聚酯簾布在低速度級別輪胎冠帶中會有一定的應用空間。