胎圈增強(qiáng)膠片在輕型載重子午線輪胎中的應(yīng)用

高超群，王時(shí)豪，秦艷分，戴愷晨，宋 立

（中策橡膠集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310018）

輕型載重子午線輪胎承載能力要求雖然不如全鋼載重子午線輪胎苛刻，但該類輪胎多用于面包車、皮卡、小貨車等車型，用途廣泛，使用環(huán)境復(fù)雜[1-4]。由于這些車型通常人貨兩用，當(dāng)空車或者載人時(shí)，為了提升舒適性經(jīng)常調(diào)低輪胎充氣壓力；當(dāng)載貨時(shí)，為了提升承載能力則會(huì)調(diào)高充氣壓力。頻繁調(diào)整充氣壓力，難免有使用不當(dāng)?shù)那闆r，尤其是在超載情況下，高負(fù)荷、低氣壓的現(xiàn)象使得輪胎胎圈部位受力較大，胎圈部位損壞的發(fā)生率非常高[5-7]。

同時(shí)，在車輛行駛過程中輪胎反復(fù)形變、應(yīng)力過渡不均勻時(shí)很容易發(fā)生早期損壞。胎圈部位是應(yīng)力集中處，需要與柔軟的胎側(cè)平穩(wěn)地過渡剛性，且胎圈部位與輪輞接觸，車輛行駛過程中胎圈與輪輞反復(fù)擠壓、滑移，導(dǎo)致胎圈內(nèi)部材料出現(xiàn)剪切力和剪切生熱的現(xiàn)象[8-9]。因此，在輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)設(shè)置提高胎圈部位強(qiáng)度的增強(qiáng)層[10]。

由于膠片用作增強(qiáng)層材料比較常見，本工作在輕型載重子午線輪胎設(shè)計(jì)不同形式的胎圈增強(qiáng)膠片，并進(jìn)行性能測試和對比分析，以期了解增強(qiáng)膠片在輕型載重子午線輪胎中的應(yīng)用特點(diǎn)。

1 胎圈增強(qiáng)膠片的位置及其主要優(yōu)缺點(diǎn)

胎圈增強(qiáng)膠片通常有2種形式。形式一是在胎體簾布裁斷后將增強(qiáng)膠片預(yù)貼合到胎體簾布上[見圖1（a）]。增強(qiáng)膠片貼合到胎體簾布上的傳統(tǒng)工藝為:增強(qiáng)膠片壓延后用塑料紙卷曲成大桶，再按設(shè)計(jì)寬度要求分條成小卷，在簾布裁斷后再依照燈光線將增強(qiáng)膠片預(yù)貼合到簾布上，后將簾布卷曲存放，在成型時(shí)使用。形式二是在胎側(cè)擠出時(shí)增強(qiáng)膠片復(fù)合到胎側(cè)型膠上[見圖1（b）]。此工藝直接在胎側(cè)擠出時(shí)一步到位，做成三復(fù)合胎側(cè)型膠。

圖1 胎圈增強(qiáng)膠片位置示意

增強(qiáng)膠片復(fù)合到胎側(cè)型膠上具有更多優(yōu)勢，其主要優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）提高生產(chǎn)效率。可減少增強(qiáng)膠片壓延、卷取、分條、貼合等生產(chǎn)步驟，簡化半成品管控，生產(chǎn)更為流暢，生產(chǎn)效率提高。

（2）降低生產(chǎn)成本。可免除增強(qiáng)膠片的壓延設(shè)備、分條設(shè)備、卷取工裝、卷取塑料紙，節(jié)省更多生產(chǎn)場地，減輕材料管理負(fù)擔(dān)，減少多個(gè)生產(chǎn)工序的能源浪費(fèi)，因此在設(shè)備、材料、人力、能源等多方面均能降低生產(chǎn)成本。

（3）提升產(chǎn)品品質(zhì)。增強(qiáng)膠片預(yù)貼合到胎體簾布的過程中會(huì)出現(xiàn)氣泡、塑料紙殘余等問題；在成型過程中，胎體簾布上預(yù)貼合和沒貼合增強(qiáng)膠片的部位由于拉伸情況不同，貼合時(shí)胎體簾布可能會(huì)有波浪褶皺的情況發(fā)生，影響生產(chǎn)效率和輪胎品質(zhì)；且預(yù)貼合燈光線波動(dòng)偏差的影響不利于輪胎的均勻性。增強(qiáng)膠片復(fù)合到胎側(cè)型膠上不存在以上情況，因此產(chǎn)品品質(zhì)更高。

（4）進(jìn)一步提升胎圈耐久性能。增強(qiáng)膠片預(yù)貼合到簾布上時(shí)，膠片在端點(diǎn)會(huì)有一定的厚度，而胎側(cè)復(fù)合的增強(qiáng)膠片由于月牙形的設(shè)計(jì)，兩個(gè)端點(diǎn)的厚度接近于零，相比貼合會(huì)更加平滑，端點(diǎn)空隙減小，可避免氣體殘留，同時(shí)增強(qiáng)膠片厚度調(diào)整更為靈活，可以進(jìn)一步提高胎圈的耐久性能。

胎側(cè)復(fù)合增強(qiáng)膠片的缺點(diǎn)是對設(shè)備要求有所提高，需要三復(fù)合擠出設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)，而且對增強(qiáng)膠片膠料的性能要求有提高。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

選取195/70R15C 8PR 104/102R輕型載重子午線輪胎為試驗(yàn)輪胎，設(shè)計(jì)4個(gè)試驗(yàn)方案（見表1，其中，增強(qiáng)膠片為試驗(yàn)唯一變量），進(jìn)行輪胎耐久性能和胎圈耐久性能測試。

表1 試驗(yàn)方案

2.2 主要設(shè)備

TJR-2-PC（Y）型耐久高速試驗(yàn)機(jī)，天津久榮車輪技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

2.3 測試方法

輪胎耐久性能參照FMVSS 139方法進(jìn)行測試，環(huán)境溫度為38 ℃，保持最后一階段的測試速度和充氣壓力不變，逐漸增加負(fù)荷，每10 h增加10%負(fù)荷，負(fù)荷增加到150%時(shí)不再增加，直至輪胎損壞。

胎圈耐久性能測試環(huán)境溫度為38 ℃，以100%的標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力，200%的單胎負(fù)荷，30 km·h-1的速度進(jìn)行測試，直至輪胎損壞。

3 結(jié)果與討論

3.1 增強(qiáng)膠片膠料主要性能

增強(qiáng)膠片選用兩種膠料（膠料A和B），其主要性能如下。邵爾A型硬度（度）:膠料A 85，膠料B 70。60 ℃時(shí)的損耗因子（tanδ）:膠料A 0.120，膠料B 0.127。兩種膠料硫化儀數(shù)據(jù)（160 ℃）如表2所示。

表2 兩種膠料硫化儀數(shù)據(jù) dN·m

與膠料B相比，膠料A的硬度和模量都較高，兩種膠料生熱相近。

3.2 輪胎耐久性能

成品輪胎耐久性和胎圈耐久性測試結(jié)果分別如表3和4所示。

從表3和4可以得出如下結(jié)論。

表3 成品輪胎耐久性試驗(yàn)結(jié)果

表4 胎圈耐久性試驗(yàn)結(jié)果

（1）輪胎耐久性能從好到差的順序依次為方案3、方案1、方案4和方案2；胎圈耐久性能從好到差的順序依次為方案3、方案4、方案2和方案1，其中方案4和2的胎圈耐久性能相當(dāng)。

（2）輪胎高速耐久性測試破壞位置均在胎冠和胎肩部位，低速、高負(fù)荷的胎圈耐久性測試破壞位置均在胎圈上端位置。

（3）使用增強(qiáng)膠片的方案2—4輪胎的胎圈耐久性能明顯優(yōu)于未使用增強(qiáng)膠片的方案1輪胎。

（4）對比方案2和3可以看出，胎側(cè)型膠上復(fù)合增強(qiáng)膠片的輪胎耐久和胎圈耐久性能均優(yōu)于胎體簾布貼合增強(qiáng)膠片的輪胎；對比方案3和4可以看出，高硬度、高模量的增強(qiáng)膠片輪胎耐久和胎圈耐久性能均優(yōu)于低硬度、低模量的增強(qiáng)膠片輪胎。

4 結(jié)語

在輕型載重子午線輪胎上增加胎圈增強(qiáng)膠片可以有效提升胎圈耐久性能，增強(qiáng)膠片與胎側(cè)型膠復(fù)合擠出比貼合到胎體簾布上在生產(chǎn)工藝方面具有很多優(yōu)勢，同時(shí)有利于進(jìn)一步提升輪胎耐久性能和胎圈耐久性能；與低硬度、低模量的增強(qiáng)材料相比，高硬度、高模量的增強(qiáng)材料對輪胎耐久性能和胎圈耐久性能的提升效果更好。