混紡材料冠帶層對轎車輪胎性能的影響

2022-07-20 02:11:26張凱凱王龍慶張燦科李孟龍索嘉成

橡膠科技 2022年6期

蘭麗，賈斌，張凱凱，王龍慶，張燦科，李孟龍，索嘉成

（青島森麒麟輪胎股份有限公司，山東青島 266229）

輪胎中冠帶層的作用是限制帶束層在高速運轉狀態下的擴張幅度，可顯著提升輪胎的性能[1-3]。子午線輪胎中冠帶層大部分使用錦綸材料，但是錦綸冠帶層已經不能完全滿足超高性能輪胎的需求。隨著配套主機廠對車輛操縱性能要求的不斷提高，輪胎主觀評價中強度操縱性能在輪胎主觀測試項目中的權重逐漸增大，需引進新材料滿足高性能輪胎的開發需求[4-7]。混紡材料是指將芳綸和錦綸捻合而成的簾線，用芳綸纖維增強錦綸可提高其強度、耐熱性和尺寸穩定性等。

輪胎性能的影響因素較多，包括膠料配方、結構設計和使用條件等。本工作主要研究混紡材料作為冠帶層材料使用時，對輪胎主觀和客觀性能的影響，從而為輪胎結構設計起指導作用。

1 試驗設備和方法

1.1 接地印痕

按照GB/T 22038—2018進行輪胎接地印痕試驗，接地長度比值（Re）的計算公式如下。

式中，Lc表示中心接地長度，mm；LI表示內側胎肩部（80%接地寬處）的接地長度，mm；LO表示外側胎肩部（80%接地寬處）的接地長度，mm。

輪胎接地印痕如圖1所示。

1.2 六分力

按照GMW 15204—2014進行輪胎六分力測試。

汽車在行駛過程中，由于路面的側向傾斜、側向力或在曲線行駛時離心力的作用下，車輪中心沿Y軸方向作用有側向力，相應的在地面上產生地面側向反作用力，稱為側偏力。由于輪胎存在側向彈性，輪胎的行駛方向將偏離輪胎平面的方向，該現象稱為側偏現象。汽車的操縱穩定性在很大程度上取決于輪胎的側偏特性，而側偏剛度和F函數是表征側偏特性的主要指標。

1.2.1 側偏剛度

側向力曲線斜率在零側偏角時的數值稱為側偏剛度，在決定反映大部分駕駛工況的線性區段內的車輛行為時，是一個非常重要的參數[8]。輪胎側偏剛度的絕對值越大，其基準轉向性能越好。

1.2.2 F函數

F函數是對側向力的歸一化處理，反映了某一垂直負荷下歸一化的側向力隨側偏角的變化關系。負荷越大，同一側偏角下所能承受的最大側向加速度越小。F函數與實車測試轉彎能力、應答特性有關。

1.3 滾動阻力

按照ISO 28580—2018對輪胎滾動阻力進行測試。滾動阻力試驗機由德國ZF公司制造，將滾動阻力換算為滾動阻力系數進行比較，滾動阻力系數計算公式如下。

式中，Cr為滾動阻力系數，N·kN-1；Fr為滾動阻力，N；Lm為試驗負荷，kN。

2 混紡材料冠帶層對輪胎性能的影響

2.1 接地印痕

輪胎接地印痕形狀和壓力分布等直接影響車輛的牽引/制動、輪胎與地面的接地噪聲及輪胎的操縱性能、耐磨性能和滾動阻力等重要指標。在不同冠帶層材料條件下制作同一規格215/55R18試驗輪胎并進行接地印痕測試，結果如圖2和表1所示。

從圖2和表1可以看出：在其他結構和工藝參數不變的情況下，僅改變輪胎的冠帶層材料，由普通錦綸調整為混紡材料，混紡材料冠帶層輪胎的接地印痕面積大于錦綸冠帶層輪胎，單位接地面積壓力更小，輪胎磨損更均勻，耐磨性能更好；混紡材料冠帶層輪胎的接地印痕形狀更趨于短形。在主觀操縱穩定性測試時，短形接地印痕輪胎較橢圓形接地印痕輪胎操縱性能和牽引性能更好。