低滾動(dòng)阻力輪胎骨架材料的應(yīng)用與影響因素研究

張春穎，李福香，張進(jìn)生，王 鵬，儲(chǔ) 民

（1.青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400；2.北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100143）

輪胎行業(yè)必須順應(yīng)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展需要，重視低碳技術(shù)創(chuàng)新，推進(jìn)低碳產(chǎn)品研發(fā)，走依靠科技驅(qū)動(dòng)、高效節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展之路[1-2]。輪胎的能源消耗約占汽車(chē)總能耗的20%，因此輪胎的節(jié)能降耗至關(guān)重要。美國(guó)、歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)已相繼出臺(tái)了輪胎標(biāo)簽法規(guī)，對(duì)輪胎的滾動(dòng)阻力、抗?jié)窕阅芎驮肼曁岢隽讼拗狄?，期望輪胎企業(yè)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新來(lái)進(jìn)一步提高輪胎的性能[3-5]。

本工作采用低滾動(dòng)阻力輪胎配方，通過(guò)對(duì)帶束層、胎體等骨架材料進(jìn)行替換，研究帶束層和胎體骨架材料的結(jié)構(gòu)以及不同試驗(yàn)條件對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SMR20，馬來(lái)西亞產(chǎn)品；稀土順丁橡膠（BR），牌號(hào)CB24，阿朗新科高性能彈性體（常州）有限公司產(chǎn)品；炭黑N234，美國(guó)卡博特公司產(chǎn)品；白炭黑165MP，福建正盛無(wú)機(jī)材料有限公司產(chǎn)品；偶聯(lián)劑Si69，江西宏柏新材料股份有限公司產(chǎn)品；鋼絲簾線(xiàn)，江蘇興達(dá)鋼簾線(xiàn)股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

低滾動(dòng)阻力輪胎配方如表1所示。

表1 低滾動(dòng)阻力輪胎配方 份

1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

12R22.5低滾動(dòng)阻力輪胎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如表2所示。

表2 低滾動(dòng)阻力輪胎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

1.4 主要設(shè)備和儀器

1.7 L密煉機(jī)，日本神戶(hù)制鋼公司產(chǎn)品；150型開(kāi)煉機(jī)，深圳市寶龍機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；蒸汽式平板硫化機(jī)，上海橡膠機(jī)械一廠產(chǎn)品；MV2000型門(mén)尼粘度計(jì)和MDR2000型硫化儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；H14型硬度計(jì)，英國(guó)WALLACE公司產(chǎn)品；9565型電子拉力機(jī)，美國(guó)Instron公司產(chǎn)品；回彈測(cè)試儀，意大利GIBITRE公司產(chǎn)品；阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品；動(dòng)態(tài)壓縮生熱儀，德國(guó)GABO公司產(chǎn)品；動(dòng)態(tài)力學(xué)分析（DMA）儀，瑞士梅特勒公司產(chǎn)品；D-94034型滾動(dòng)阻力試驗(yàn)機(jī)，德國(guó)ZF公司產(chǎn)品。

1.5 測(cè)試分析

（1）DMA分析。測(cè)試條件為：頻率 5 Hz，升溫速率 3 ℃·min-1，溫度范圍 －20～80 ℃，應(yīng)力最大振幅 6 N，位移最大振幅 3 μm，預(yù)施加應(yīng)力 0 N。

（2）滾動(dòng)阻力按照ISO 28580：2018測(cè)試。先將輪胎安裝在9.00標(biāo)準(zhǔn)輪輞上，充氣壓力為930 kPa，輪胎輪輞組合體在（23±3） ℃下至少停放6 h，然后將其安裝在試驗(yàn)機(jī)床[轉(zhuǎn)鼓直徑為（1 700±17） mm，表面光滑，寬度大于試驗(yàn)輪胎的充氣斷面寬]上。檢查充氣壓力，調(diào)整至930 kPa。施加標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷的85%，先正轉(zhuǎn)，速度為80 km·h-1，測(cè)試滾動(dòng)阻力和滾動(dòng)阻力系數(shù)；然后反轉(zhuǎn)，速度為80 km·h-1，測(cè)試滾動(dòng)阻力和滾動(dòng)阻力系數(shù)，最后取平均值。

（3）其余性能均按相應(yīng)的國(guó)家或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

輪胎各部位膠料的硫化特性如表3所示。

從表3可以看出，胎面膠、基部膠和胎側(cè)膠的硫化特性均滿(mǎn)足輪胎正常使用及生產(chǎn)加工要求。

表3 輪胎各部位膠料的硫化特性

2.2 物理性能

輪胎各部位膠料的物理性能如表4所示。

從表4可以看出，胎面膠、基部膠和胎側(cè)膠的物理性能均可滿(mǎn)足輪胎正常使用及生產(chǎn)加工的要求，因此可以進(jìn)行產(chǎn)品試制。

表4 輪胎各部位膠料的物理性能

2.3 鋼絲簾線(xiàn)結(jié)構(gòu)對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力的影響

采用上述低滾動(dòng)阻力輪胎配方和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，試制12R22.5 DLA119半鋼子午線(xiàn)輪胎，測(cè)試其滾動(dòng)阻力，結(jié)果如表5所示。

表5 12R22.5 DLA119輪胎的滾動(dòng)阻力測(cè)試結(jié)果

從表5可以看出，4種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)均滿(mǎn)足歐盟輪胎標(biāo)簽法的要求，其中方案B輪胎的胎體采用3×0.24＋9×0.225ST鋼絲簾線(xiàn)，帶束層采用4＋3×0.35ST鋼絲簾線(xiàn)，同時(shí)2#帶束層寬度與行駛面寬度的比值在90%以上，其滾動(dòng)阻力系數(shù)最小，可滿(mǎn)足大部分主機(jī)廠對(duì)國(guó)六汽車(chē)使用低滾動(dòng)阻力輪胎的要求。滾動(dòng)阻力系數(shù)小、節(jié)油性能好是綠色輪胎未來(lái)的發(fā)展方向。

2.4 試驗(yàn)速度對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力的影響

選取方案B輪胎，在標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷下，不同試驗(yàn)速度對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力的影響如表6所示。

表6 試驗(yàn)速度對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力的影響

從表6可以看出，隨著試驗(yàn)速度的增大，輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)逐漸減小。

2.5 試驗(yàn)負(fù)荷對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力的影響

選取方案B輪胎，當(dāng)試驗(yàn)速度為80 km·h-1時(shí)，不同試驗(yàn)負(fù)荷對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力的影響如表7所示。

表7 試驗(yàn)負(fù)荷對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力的影響

從表7可以看出，隨著試驗(yàn)負(fù)荷的增大，輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)逐漸減小。

2.6 成品輪胎路試

采用優(yōu)選方案生產(chǎn)12R22.5 DLA119半鋼子午線(xiàn)輪胎，在膠州市投放100條試驗(yàn)輪胎，路線(xiàn)為膠州-云南，膠州-貴州，以高速公路為主，試驗(yàn)期間沒(méi)有出現(xiàn)1條輪胎損壞。據(jù)試驗(yàn)地區(qū)輪胎經(jīng)銷(xiāo)商反映，用戶(hù)評(píng)價(jià)試驗(yàn)輪胎的節(jié)油性能比普通子午線(xiàn)輪胎明顯提高，對(duì)使用效果很滿(mǎn)意。

3 結(jié)論

（1）采用低滾動(dòng)阻力輪胎配方的胎面膠、基部膠和胎側(cè)膠的硫化特性和物理性能均滿(mǎn)足輪胎正常使用及生產(chǎn)加工要求。

（2）胎體采用3×0.24＋9×0.225ST鋼絲簾線(xiàn)，帶束層采用4＋3×0.35ST鋼絲簾線(xiàn)，同時(shí)2#帶束層寬度與行駛面寬度的比值在90%以上，輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)最小。

（3）胎體鋼絲簾線(xiàn)由3×0.24＋9×0.225ST調(diào)整為相同厚度及密度的0.17＋5×0.215＋10×0.235ST，帶束層鋼絲簾線(xiàn)由4＋3×0.35ST調(diào)整為3＋8×0.33ST，雖然剛度有所增大，但滾動(dòng)阻力并未下降。

（4）選取方案B輪胎，隨著試驗(yàn)速度或試驗(yàn)負(fù)荷的增大，輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)均逐漸減小。