Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線在轎車子午線輪胎帶束層中的應(yīng)用

焦冬冬，王 君，耿 釗，苗 梅，張景智

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

為著力解決資源環(huán)境約束突出問題，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，國家制定并實施“雙碳”政策，即我國力爭在2030年前實現(xiàn)“碳達峰”，2060年前實現(xiàn)“碳中和”。據(jù)中國汽車技術(shù)研究中心有限公司測算，汽車碳排放量占我國交通領(lǐng)域碳排放量的80%以上，占全社會碳排放量的7.5%左右。為貫徹執(zhí)行“雙碳”政策，輪胎的滾動阻力成為行業(yè)內(nèi)的研究焦點，無論是燃油汽車，還是新能源汽車，都需要擁有更低滾動阻力的輪胎，以提高燃油效率，增加續(xù)航里程，降低碳排放量[1-2]。

帶束層位于輪胎冠帶層的下方、胎體層的上方，是轎車子午線輪胎的主要受力部件，其結(jié)構(gòu)參數(shù)決定了帶束層的剛性，而帶束層的剛性會直接影響輪胎滾動阻力[3-5]。新型鋼絲簾線替代傳統(tǒng)鋼絲簾線正朝著鋼絲簾線直徑小、覆膠量低的方向發(fā)展，由此為輪胎帶來更少的材料消耗及更低的滾動阻力[6-8]。

本工作研究Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線替代2×0.30ST鋼絲簾線在轎車子午線輪胎帶束層中的應(yīng)用。

1 實驗

1.1 主要原材料

Mono Wire 0.35UT和2×0.30ST鋼絲簾線，曉星鋼簾線（青島）有限公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備

TENSOMETER2000型拉力機，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；XLB-O 600×600×3型平板硫化機，上海第一橡膠機械廠產(chǎn)品；鋼絲-纖維兩用壓延機，意大利科美立奧·艾克利公司產(chǎn)品；小角度裁斷機，德國Fisher公司產(chǎn)品；MAX成型機，荷蘭VMI公司產(chǎn)品；轉(zhuǎn)鼓試驗機，天津久榮車輪技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

1.3 性能測試

滾動阻力系數(shù)按照ISO 28580—2018進行測試；高速性能按照GB/T 4502—2016進行測試，測試時間達到國家標(biāo)準(zhǔn)要求后，每10 min試驗速度增大10 km·h-1，直到輪胎損壞為止；耐久性能按照GB/T 4502—2016進行測試，測試時間達到國家標(biāo)準(zhǔn)要求后，每10 h試驗負(fù)荷增大10%，負(fù)荷率增大到150%后速度和負(fù)荷保持不變，直到輪胎損壞為止。

成品輪胎的其他性能均按照GB/T 4502—2016進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 鋼絲簾線性能

Mono Wire 0.35UT和2×0.30ST鋼絲簾線的結(jié)構(gòu)如圖1所示，基本性能對比如表1所示。

圖1 兩種鋼絲簾線的結(jié)構(gòu)示意

表1 兩種鋼絲簾線的基本性能對比

從表1可以看出：與2×0.30ST鋼絲簾線相比，Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線的直徑減小，導(dǎo)致鋼絲簾線破斷力降低，為保持單位寬度范圍內(nèi)的強度，需在設(shè)計制造工藝時從壓延密度方面進行彌補，以確保成品輪胎性能。

單根鋼絲簾線和加捻鋼絲簾線與橡膠的結(jié)合面存在差異：單根鋼絲簾線與橡膠的結(jié)合面為規(guī)則的圓柱形，而加捻鋼絲簾線與橡膠形成的結(jié)合面為立體螺旋狀，兩者相比后者具有更優(yōu)的結(jié)合方式。為驗證鋼絲簾線與橡膠的粘合性能，對粘合試樣在不同條件下的粘合力進行測試，結(jié)果如表2所示。

表2 兩種鋼絲簾線的粘合力對比 N

從表2可以看出，兩種鋼絲簾線與橡膠的粘合力在不同老化條件下均有所降低。與2×0.30ST鋼絲簾線相比，Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線老化后的粘合力下降更為明顯，尤其是在濕熱老化條件下，其粘合力下降了36%，而2×0.30ST鋼絲簾線的粘合力下降了13%。這是由于兩種鋼絲簾線與橡膠的結(jié)合面不同，Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線與橡膠的結(jié)合面為規(guī)則的圓柱形，有利于老化的擴展，而2×0.30ST鋼絲簾線與橡膠的結(jié)合面為不規(guī)則螺旋狀，老化擴展較慢。結(jié)合面的差異也導(dǎo)致鋼絲簾線在不同老化條件下的粘合力極差有所不同，Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于2×0.30ST鋼絲簾線。

2.2 生產(chǎn)工藝

因Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線的破斷力比2×0.30ST鋼絲簾線小24%，為保證帶束層的整體強度，需要對其壓延經(jīng)線密度進行調(diào)整；同時，Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線的直徑比2×0.30ST鋼絲簾線小0.25 mm，可減小簾布壓延厚度。兩種鋼絲簾布的壓延工藝參數(shù)對比見表3。

表3 兩種鋼絲簾布壓延工藝參數(shù)對比

從表3可以看出，通過增大經(jīng)線密度方式實現(xiàn)兩種簾布等強力，Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線具有直徑更小的優(yōu)勢，壓延簾布厚度比2×0.30ST鋼絲簾布減小35%，可降低帶束層簾布表面覆膠率，單位面積帶束層簾布質(zhì)量減小21%，質(zhì)量減小有助于降低輪胎滾動阻力。

在鋼絲帶束層小角度裁斷過程中，因Mono Wire 0.35UT鋼絲簾布挺性較差，現(xiàn)有鋼絲自動裁切工藝無法完成自動接頭，需要手動接頭，裁切工藝需要進行優(yōu)化調(diào)整。

2.3 半成品剝離性能

為進一步驗證Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線的粘合性能，對壓延后的帶束層簾布在不同條件下的剝離性能進行測試，結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出，2×0.30ST鋼絲簾線老化后的剝離強度明顯下降，尤其是熱空氣老化后剝離強度下降了80%，而Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線僅下降24%。分析認(rèn)為，試樣從老化前到老化后，由于橡膠過硫老化，分子鏈過度交聯(lián)，橡膠的拉斷伸長率急劇降低，導(dǎo)致2×0.30ST鋼絲簾線剝離時，單位寬度受力截面積前后發(fā)生驟減，而Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線由于材質(zhì)軟，受力截面積前后變化較小，因而剝離力損失比例相對較小。雖然Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線熱空氣老化后的覆膠率相對較小，但其剝離力相比2×0.30ST鋼絲簾線增大。

表4 兩種鋼絲簾線半成品剝離性能對比

兩種鋼絲簾線在不同老化條件下的半成品剝離界面如圖2—4所示。

圖2 兩種鋼絲簾線老化前半成品剝離界面對比

根據(jù)以上剝離界面及檢測結(jié)果分析可以看出，熱空氣老化對帶束層鋼絲簾線的剝離力、剝離強度和覆膠率的影響最大。

2.4 成品輪胎性能

分別采用Mono Wire 0.35UT和2×0.30ST鋼絲簾線試制205/55R16轎車子午線輪胎，參照國家標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)檢測方法進行成品輪胎性能試驗，試驗結(jié)果如表5所示。

從表5可以看出，采用Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線替代2×0.30ST鋼絲簾線生產(chǎn)的輪胎質(zhì)量減小300 g，滾動阻力系數(shù)減小7.3%，壓穿強度、脫圈阻力、高速性能和耐久性能均相近。

表5 成品輪胎性能

圖3 兩種鋼絲簾線熱空氣老化后半成品剝離界面對比

圖4 兩種鋼絲簾線濕熱老化后半成品剝離界面對比

2.5 成品剝離性能

為進一步驗證兩種鋼絲簾線的剝離性能，對其成品輪胎進行剝離試驗，結(jié)果如表6所示。

從表6可以看出，老化后兩種鋼絲簾線輪胎的剝離強度均比老化前減小，其中Mono Wire0.35UT鋼絲簾線輪胎經(jīng)濕熱老化后的剝離強度下降幅度明顯小于2×0.30ST鋼絲簾線輪胎，且后者的覆膠率為0。

表6 兩種鋼絲簾線成品輪胎剝離性能對比

兩種鋼絲簾線在不同老化條件下的成品剝離界面如圖5—7所示。

圖5 兩種鋼絲簾線老化前成品剝離界面對比

從成品及半成品剝離性能測試結(jié)果可以看出：無論是Mono Wire 0.35UT還是2×0.30ST鋼絲簾線，兩者的半成品及成品在老化前的剝離強度最大，熱空氣或濕熱老化后的剝離強度均降低，其中Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線的剝離強度降低幅度小于2×0.30ST鋼絲簾線，前者剝離強度保持較好，且成品濕熱老化后的剝離強度較大。

圖6 兩種鋼絲簾線熱空氣老化后成品剝離界面對比

圖7 兩種鋼絲簾線濕熱老化后成品剝離界面對比

3 結(jié)論

與傳統(tǒng)2×0.30ST鋼絲簾線相比，Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線的直徑減小，破斷力降低，與橡膠粘合性能穩(wěn)定性更優(yōu)；以Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線替代2×0.30ST鋼絲簾線用于205/55R16轎車子午線輪胎帶束層中，成品輪胎的質(zhì)量減小，滾動阻力降低，壓穿強度、脫圈阻力、高速性能和耐久性能相當(dāng)，成品鋼絲簾線濕熱老化后的剝離力提高。