全鋼載重子午線輪胎的滾動阻力與胎面膠性能相關性研究

張文廣，趙 敏

（1.朝陽浪馬輪胎有限責任公司，遼寧 朝陽 122009；2.北京橡膠工業研究設計院有限公司，北京 100143）

全鋼載重子午線輪胎行駛路面復雜，其胎面膠配方設計時需要與輪胎用途相結合。研究輪胎使用性能與胎面膠性能的相關性，根據路面苛刻度及使用情況選擇低滾動阻力、耐磨或抗切割胎面膠配方[1]，對輪胎性能改進和新配方開發目標值設定具有很好的指導意義。

本工作主要研究全鋼載重子午線輪胎滾動阻力與胎面膠性能的相關性。

1 性能評價

1.1 胎面膠性能

采用常規混煉工藝制備3種天然橡膠（NR）配方（編號為1290B，1270和1600A）胎面膠，按照相應國家標準進行物理性能測試（粘彈性委托江蘇麒祥高新材料有限公司進行測試），并將各項物理性能指數化，結果見表1。

表1 胎面膠物理性能測試結果

1.2 輪胎滾動阻力

分別使用1290B，1270和1600A配方胎面膠試制12R22.5 18PR LM288全鋼載重子午線輪胎（輪胎設計和生產工藝相同），委托國內某檢測機構對輪胎的滾動阻力進行測試，結果見表2。

表2 輪胎滾動阻力測試結果

2 輪胎低滾動阻力指數與胎面膠性能的相關性

2.1 低滾動阻力指數與胎面膠硬度指數和拉伸性能指數的相關性

根據表1和2的測試數據進行制圖并計算得到輪胎低滾動阻力指數與胎面膠邵爾A型硬度指數、300%定伸應力指數、拉伸強度指數、拉斷伸長率指數和回彈值指數的線性回歸方程及相關因數（R2）。

低滾動阻力指數與邵爾A型硬度指數的線性回歸方程為

低滾動阻力指數與回彈值指數的線性回歸方程為

通過上述線性回歸方程得出輪胎低滾動阻力指數與胎面膠硬度指數和拉伸性能指數的相關性，結果如表3所示。

表3 輪胎低滾動阻力指數與胎面膠硬度指數和拉伸性能指數的相關性

從表3可以看出，輪胎低滾動阻力指數與胎面膠硬度指數、拉伸強度指數和拉斷伸長率指數沒有相關性，與回彈值指數疑似相關，與300%定伸應力指數有強相關性。

2.2 低滾動阻力指數與胎面膠粘彈性指數的相關性

根據表1和2的測試數據進行制圖并計算得到輪胎滾動阻力指數與粘彈性指數的線性回歸方程。

低滾動阻力指數與低tanδ（20 ℃）指數線性回歸方程為

低滾動阻力指數與G′（60 ℃）指數線性回歸方程為

通過上述線性回歸方程得出輪胎低滾動阻力指數與胎面膠粘彈性指數的相關性，結果見表4。

表4 輪胎低滾動阻力指數與胎面膠粘彈性的相關性

從表4可以看出：輪胎低滾動阻力指數與胎面膠的低tanδ（20和100 ℃）指數疑似相關，與低tanδ（60 ℃）指數的相關性很好；與G′指數和低G″指數沒有相關性，與低G″/G*2（20和100 ℃）指數沒有相關性，與低G″/G*2（60 ℃）指數疑似相關。雖然前述研究表明，輪胎低滾動阻力指數與300%定伸應力指數的相關性最好，但由于此次評價的配方均為NR系配方，可以推測膠料的300%定伸應力與tanδ的變化趨勢間接一致，因此300%定伸應力只作參考，不作為輪胎滾動阻力的代用性能；輪胎低滾動阻力指數與低tanδ（60 ℃）指數的R2為0.98，tanδ（60 ℃）可以作為輪胎滾動阻力的代用性能，這也與傳統經驗理論相一致[2]。

2.3 與輪胎滾動阻力相關的tan δ（60 °C）修正因數的確定

由于胎面以外的部件亦會對輪胎滾動阻力產生影響，因此胎面tanδ不會對輪胎滾動阻力產生100%的影響，也受到胎面體積占輪胎整體體積的比例以及各部件變形量差值的影響，tanδ修正因數即胎面對輪胎滾動阻力的影響比例[3]。為使各配方輪胎低滾動阻力指數的差與代用性能低tanδ（60 ℃）指數的差一致，必須確定tanδ（60 ℃）修正因數。

為確定胎面膠性能對輪胎滾動阻力的影響比例，低tanδ（60 ℃）指數必須與輪胎低滾動阻力指數的絕對值一致，因此需設定修正因數。表5示出了不同tanδ修正因數下低tanδ（60 ℃）指數。

根據表5制圖并計算得出輪胎低滾動阻力指數與使用修正因數修正后低tanδ（60 ℃）指數的線性關系。

表5 不同tan δ修正因數下的低tan δ指數

修正因數為1/3時，兩者線性回歸方程為

由于回歸直線的斜率越近似于1、截距越近乎為0，輪胎低滾動阻力指數與低tanδ指數的絕對值越一致，因此斜率為1、截距為0時的修正因數即為所求的修正因數。從上述分析可知，胎面膠低tanδ（60 ℃）指數修正因數為1/5時，回歸直線的斜率最接近1、截距最接近0，此時與輪胎低滾動阻力指數的絕對值基本保持一致，即表明胎面膠tanδ（60℃）對輪胎滾動阻力的影響比例約為20%。

根據以上數據可以得出輪胎低滾動阻力指數與胎面膠低tanδ（60 ℃）指數相關性的線性方程，根據回歸直線的斜率計算影響比例[4]。

輪胎低滾動阻力指數與胎面膠低tanδ（60 ℃）指數相關性的線性方程為

y＝－164.5x＋107.55，R2＝0.863 8

根據公式可以預測出tanδ（60 ℃）減小0.1，則輪胎的滾動阻力可以下降16.4%。

3 結論

全鋼載重子午線輪胎低滾動阻力指數與胎面膠硬度指數、拉伸強度指數和拉斷伸長率指數沒有相關性，與回彈值指數疑似相關，與300%定伸應力指數有強相關性；與胎面膠的低tanδ（20和100℃）指數疑似相關，與tanδ（60 ℃）指數的相關性很好；與G′指數和低G″指數沒有相關性，與低G″/G*2（20和100 ℃）指數沒有相關性，與低G″/G*2（60℃）指數疑似相關。胎面膠的tanδ（60 ℃）可作為輪胎滾動阻力的代用性能，低tanδ（60 ℃）指數修正因數為1/5，即胎面膠60 ℃時的tanδ減小0.1，輪胎滾動阻力下降16.4%。