芳綸簾線在高性能半鋼子午線輪胎中的應(yīng)用研究

劉曉芳，李 超，魏 勝，陳雪梅，張正偉，林文俊，劉春峰

（山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

為應(yīng)對(duì)和突破貿(mào)易壁壘的限制，積極推進(jìn)中國(guó)企業(yè)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)，我公司努力的目標(biāo)是通過技術(shù)研發(fā)，打造突破不同技術(shù)壁壘和滿足規(guī)范要求的產(chǎn)品，以優(yōu)良的品質(zhì)和服務(wù)占領(lǐng)更大的國(guó)際市場(chǎng)。為此，公司進(jìn)行了芳綸簾線高性能子午線輪胎的研究與開發(fā)，并采用電子輻照預(yù)硫化等技術(shù)，打破了國(guó)際輪胎巨頭在高性能轎車子午線輪胎技術(shù)領(lǐng)域的壟斷，提升了企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。現(xiàn)將相關(guān)研究情況簡(jiǎn)介如下。

1 芳綸簾線特征

1.1 高強(qiáng)度

圖1示出了芳綸簾線Kevlar?與其他簾線強(qiáng)度的對(duì)比，其中Nomex?為杜邦公司生產(chǎn)的間位芳綸簾線。

圖1 芳綸簾線與其他簾線強(qiáng)度對(duì)比

從圖1可以看出，芳綸簾線Kevlar?的模量遠(yuǎn)高于其他骨架材料，Kevlar?49的初始模量高于Kevlar?29。

1.2 耐熱穩(wěn)定性和耐老化性能

圖2示出了芳綸簾線Kevlar?29的熱質(zhì)量損失分析（TGA）曲線。從圖2可以看出，芳綸簾線Kevlar?29的耐熱穩(wěn)定性優(yōu)異。

圖2 芳綸簾線Kevlar?29的TGA曲線

圖3示出了芳綸簾線Kevlar?29與聚酯和錦綸簾線耐老化性能的對(duì)比。從圖3可以看出，芳綸簾線Kevlar?29的耐老化性能優(yōu)異，遠(yuǎn)優(yōu)于聚酯和錦綸簾線。

圖3 芳綸簾線與聚酯和錦綸簾線耐老化性能對(duì)比

1.3 抗蠕變性能

表1示出了芳綸簾線Kevlar?29與其他簾線的抗蠕變性能對(duì)比。從表1可以看出，芳綸簾線Kevlar?29的抗蠕變性能優(yōu)異，遠(yuǎn)優(yōu)于聚酯、錦綸和人造絲簾線。

表1 芳綸簾線Kevlar?29與其他簾線的抗蠕變性能對(duì)比 %

2 芳綸簾線和電子輻照預(yù)硫化技術(shù)的應(yīng)用

芳綸簾線用于輪胎冠帶層時(shí)具有以下特點(diǎn)：（1）高模量，低收縮；（2）降低胎肩脫層的風(fēng)險(xiǎn)；（3）提高調(diào)速性能；（4）消除平點(diǎn)；（5）改善操控性能；（6）提高輪胎強(qiáng)度。

2.1 芳綸簾線應(yīng)用

圖4示出了芳綸簾線在輪胎中應(yīng)用的研究流程。

圖4 芳綸簾線在輪胎中應(yīng)用的研究流程

粘合技術(shù)：研究影響芳綸簾線與橡膠復(fù)合材料粘合性的各種因素，優(yōu)化芳綸簾線的表面處理以及膠料的配方與粘合工藝[1-5]。

工藝研究：研究芳綸簾布?jí)貉庸に嚒⒊尚凸に嚭土蚧に嚕?duì)壓延設(shè)備及裁斷設(shè)備等進(jìn)行改造，以適應(yīng)芳綸簾線輪胎制造。

輪胎結(jié)構(gòu)優(yōu)化：采用有限元分析技術(shù)進(jìn)行芳綸簾線輪胎結(jié)構(gòu)優(yōu)化和性能仿真分析，確定芳綸簾線輪胎的結(jié)構(gòu)。

輪胎成品性能試驗(yàn)：研究芳綸簾線對(duì)輪胎的生熱、耐久性能、滾動(dòng)阻力系數(shù)等的影響，優(yōu)化芳綸簾線排布結(jié)構(gòu)與膠料配方，制備綠色低碳的高性能芳綸簾線子午線輪胎。

2.2 電子輻照預(yù)硫化技術(shù)的應(yīng)用

圖5示出了電子輻照預(yù)硫化技術(shù)在輪胎中的應(yīng)用研究。

圖5 電子輻照預(yù)硫化技術(shù)在輪胎中的應(yīng)用研究

簾布膠配方研究：研究電子輻照劑量、電子敏化劑用量等對(duì)簾布膠粘性和成品性能的影響，確定不同規(guī)格簾布的電子輻照劑量、電子敏化劑的用量；通過電子輻照簾布的性能試驗(yàn)、粘性測(cè)試及相應(yīng)輪胎性能試驗(yàn)等，優(yōu)化簾布膠配方。

工藝研究：通過計(jì)算機(jī)控制電子輻照設(shè)備系統(tǒng)與壓延機(jī)主機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)壓延速度和輻照劑量的聯(lián)動(dòng)，使電子輻照劑量滿足工藝技術(shù)要求。

輪胎試驗(yàn)：通過輪胎高速性能、耐久性能、滾動(dòng)阻力、強(qiáng)度等試驗(yàn)，研究電子輻照預(yù)硫化對(duì)輪胎安全性能和使用性能的影響。

2.3 芳綸簾線輪胎

通過自主研發(fā)，攻克了以下技術(shù)難題，建成年產(chǎn)100萬(wàn)套綠色環(huán)保高性能子午線輪胎生產(chǎn)線。（1）突破芳綸織物與橡膠的粘合技術(shù)，解決芳綸簾線與橡膠界面粘合的難題。（2）芳綸簾布裁斷設(shè)備改造，優(yōu)化裁斷工藝，形成芳綸簾布的裁斷技術(shù)。（3）形成適用于芳綸簾線子午線輪胎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。（4）研制出嵌入式電子束輻照預(yù)硫化設(shè)備，并將其用于輪胎胎體簾布及其他半部件的預(yù)硫化，可以保證簾線排布的精確度，為生產(chǎn)高質(zhì)量和高性能輪胎提供保障。

2.3.1 輪胎斷面

采用1670dtex/1芳綸簾線Kevlar?＋1400dtex/1錦綸66簾線開發(fā)的321/82R22.5載重子午線輪胎斷面如圖6所示。

圖6 芳綸簾線輪胎斷面

2.3.2 成品性能

成品輪胎性能測(cè)試結(jié)果表明，芳綸簾線321/82R22.5載重子午線輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)為7.63 N·kN-1，噪聲為71 dB，抗?jié)窕阅艿燃?jí)為1.53，滿足相關(guān)性能要求。

與常規(guī)321/80R22.5載重子午線輪胎相比，芳綸簾線321/80R22.5載重子午線輪胎質(zhì)量減小12.4%，滾動(dòng)阻力系數(shù)降低17%（普通鋼絲簾線和芳綸簾線321/80R22.5載重子午線輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)為分別為5.29和4.38 N·kN-1），油耗降低至少2%。對(duì)應(yīng)于歐盟輪胎標(biāo)簽法等級(jí)中，輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)達(dá)到B級(jí)，抗?jié)窕阅苓_(dá)到B級(jí)，噪聲達(dá)到2級(jí)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過自主研發(fā)，攻克芳綸簾線高性能子午線輪胎配方設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、裝備開發(fā)、基本性能研究等方面的技術(shù)難關(guān)，形成具有核心技術(shù)的芳綸簾線高性能子午線輪胎全套生產(chǎn)技術(shù)，建成年產(chǎn)100萬(wàn)套綠色環(huán)保高性能子午線輪胎生產(chǎn)線。與常規(guī)子午線輪胎相比，高性能芳綸子午線輪胎質(zhì)量減小，滾動(dòng)阻力降低，抗?jié)窕阅芎驮肼暦謩e達(dá)到歐盟輪胎標(biāo)簽法的B級(jí)和2級(jí)。