RFID電子標簽在全鋼子午線輪胎中的應用

牛 飛，馬鵬之，晉 琦，胡 源，邱新新，王素芳，牟成乾，高 明

（1.華勤橡膠工業集團，山東 濟寧 272100；2.山東華勤橡膠科技有限公司，山東 濟寧 272100；3.通力輪胎有限公司，山東 濟寧 272100；4.濟寧齊魯檢測技術有限公司，山東 濟寧 272000）

射頻識別（Radio Frequency Identification，簡稱RFID）是自動識別技術的一種，利用無線射頻方式對電子標簽進行讀寫，實現非接觸雙向數據通信，從而達到識別目標和數據交換的目的，這一技術被認為是21世紀具有發展潛力的信息技術之一。

RFID電子標簽的應用前景廣闊，具備掃描速度快、體積小、容量大、壽命長、數據可讀寫等優點，作為物聯網行業的興盛技術，被廣泛運用在輪胎物流倉儲管理、身份信息追溯以及全生命周期管理等方面[1-4]。

2016年7月1日，由工業和信息化部準許的輪胎用RFID電子標簽等4項行業標準正式實施，標準對RFID電子標簽的功能、植入方法和編碼方法等進行了規范，確保植入電子標簽后的輪胎安全。該標準的使用將加速RFID技術在輪胎行業內的推廣，促進國內智能輪胎快速發展。

RFID電子標簽在輪胎產業化中被廣泛應用，RFID電子標簽可寫入輪胎生產數據、銷售數據、使用數據、翻新數據等，將其植入輪胎內部，隨時可以通過終端采集讀取相應數據，再結合相應的管理軟件，即可實現對輪胎全生命周期數據的記錄及追溯。但是RFID電子標簽在輪胎產業化中的使用仍然存在多項技術難點，尤其是對于結構較為復雜的全鋼子午線輪胎，電子標簽的可靠性及其對全鋼子午線輪胎性能的影響有待驗證。

針對上述問題，本工作對于RFID電子標簽在全鋼子午線輪胎植入位置和植入方法的合理性、識別功能的可靠性進行了驗證，并通過輪胎內部質量檢查、室內機床測試和道路測試，對RFID電子標簽對全鋼子午線輪胎質量及性能的影響進行了研究。

1 RFID電子標簽的應用

1.1 RFID電子標簽類型

目前輪胎用RFID電子標簽主要有兩種形式：（1）植入式，需要使用復合膠料封裝，封裝后在成型過程中植入；（2）內貼式，可直接粘貼于內襯層表面。兩種RFID電子標簽參數[5]對比見表1。

表1 兩種RFID電子標簽參數對比

1.2 RFID電子標簽使用方法

1.2.1 植入式RFID電子標簽

1.2.1.1 電子標簽準備

對于植入式RFID電子標簽的封裝，本研究使用自行開發的標簽復合膠料壓延膠片，膠料的性能參數為剝離力（與填充膠和胎側膠） ≥50 N，撕裂強度 104 kN·m-1，拉伸強度 ≥29.3 MPa，拉斷伸長率 ≥655%，介電常數 3.6 F·m-1。

對膠片進行裁斷，并進行兩面復合。由于復合后的基板與天線之間存在高度差，會有氣體存在，因此在復合時要進行刺扎排氣，以保證RFID電子標簽質量。復合后的封裝電子標簽上、下表面均襯有包裝材料，用以保護封裝電子標簽不受污染。

1.2.1.2 電子標簽植入

對于全鋼子午線輪胎，RFID電子標簽的最佳植入位置為胎體反包端點[6]。輪胎該位置變形小、無鋼絲，既可以減少信號被屏蔽，又可以減輕對RFID電子標簽的撕裂扭變。同時該位置與輪輞邊緣相差20 mm以上，在一定程度上能夠防止信號被干擾。

在工業階段，根據輪胎材料分布圖確認RFID電子標簽可植入在三角膠外端點位置，跟蹤結果表明，RFID電子標簽經過壓合、反包后不產生變形，掃描不會失效，對成型周期也不會產生影響，且貼合后RFID電子標簽無移位，仍處于胎體反包端點位置（見圖1）。由此可以得出，RFID電子標簽植入在三角膠外側不會影響工藝過程及電子標簽質量。

1.2.2 內貼式RFID電子標簽

1.2.2.1 電子標簽準備

內貼式RFID電子標簽采用高耐磨材料塑封，表面涂有耐高溫粘合劑，貼于內襯層表面，經過高溫硫化后可與內襯層牢固貼合。

1.2.2.2 電子標簽貼合

電子標簽貼合于內襯層表面，貼合位置為趾口內側胎圈包布反包上端點上方10 mm左右（見圖2）。其優點是貼合容易，成型修胎人員2 s即可完成，且經過高溫硫化，電子標簽不會發生損壞、失效、移位。但貼合時要注意避開內襯層接頭、趾口接頭位置。

2 RFID電子標簽的可靠性驗證

2.1 靜態識別驗證

對RFID電子標簽進行測試驗證，測試環境、設備及軟件按照HG/T 4955—2016《輪胎用射頻識別（RFID）電子標簽性能試驗方法》要求。RFID電子標簽采用非金屬工裝固定，需使問詢器與電子標簽保持在同一水平面（如圖3所示）。

對主流輪胎使用的RFID電子標簽進行對比分析，結果如表2所示。

表2 主流輪胎使用的RFID電子標簽對比

通過對比，分析如下。

（1）電子標簽形式。植入式RFID電子標簽為輪胎廠使用的主流形式，原因基于RFID電子標簽的穩定性及防偽可靠性[7]。植入式RFID電子標簽植入到輪胎內部，更能防止信息篡改和惡意損壞，提高輪胎的防偽性能。

（2）識別距離。基本都在1 m左右，滿足工廠及客戶使用需求。

（3）編碼規則。以“字母A—F＋數字”居多，既可以提高輪胎防偽性能，又可以通過特定的編碼規則，對每位數字賦意，便于寫入和獲取更全面的輪胎信息[8]。

（4）植入位置。植入式RFID電子標簽的植入位置都選擇在胎體反包端點、三角膠外側，主要是考慮到植入過程易操作和減少輪胎變形等因素。

2.2 充氣停放識別驗證

對植入RFID電子標簽的成品輪胎，按規定輪輞進行裝配，充氣后在25 ℃環境下停放，每48 h進行一次讀寫驗證，經過2個月持續識別驗證RFID電子標簽不會失效，識別距離未發生變化。

2.3 室內機床測試識別驗證

植入RFID電子標簽的成品輪胎進行胎面耐久性能、胎圈耐久性能、高速性能機床測試后，對RFID電子標簽進行掃描識別，檢測數據見表3。

表3 RFID電子標簽及其成品輪胎測試前后識別距離 m

對于無內胎輪胎，植入式RFID電子標簽和內貼式RFID電子標簽都可以被正常識別；對于有內胎輪胎，植入式RFID電子標簽可以被正常識別，但內貼式RFID電子標簽出現失效現象。

兩種電子標簽識別距離情況分析如下。

（1）對于植入式RFID電子標簽，用于常規輪胎時，復合膠料后電子標簽識別距離為1.2 m，植

入輪胎硫化后的識別距離為1.2 m，耐久性能測試結束后的識別距離為1.2 m；對于295/60R22.5規格低扁平比輪胎，RFID電子標簽植入輪胎硫化后出現了識別距離衰減的情況。通過切割輪胎斷面分析，低扁平比輪胎由于斷面高較小，胎體反包端點與輪輞較近，輪胎在室內機床測試中發生了胎圈部位的變形，因而造成電子標簽識別距離出現衰減現象。

（2）對于內貼式RFID電子標簽，其裸標簽識別距離為1 m，植入輪胎硫化后的識別距離為1 m，室內機床測試結束后，用于無內胎輪胎上的內貼式RFID電子標簽識別距離仍為1 m，不會發生信號衰減現象，但用于有內胎輪胎上的內貼式RFID電子標簽會出現移位、表層脫離現象，根據電子標簽移位方向，可推斷內胎和墊帶的蠕動帶動了內貼式RFID電子標簽的移位，使電子標簽表層脫離，造成內貼式RFID電子標簽失效。

綜上所述，植入式RFID電子標簽可應用于有內胎和無內胎輪胎，內貼式RFID電子標簽在有內胎輪胎上的使用還需繼續驗證。

2.4 道路測試識別驗證

基于室內機床測試的驗證結果，分別選取有內胎輪胎和無內胎輪胎，對植入式RFID電子標簽進行道路測試識別驗證，并按工況進行分類，按照每1萬km跟蹤識別1次的頻率，驗證RFID電子標簽輪胎的道路使用可靠性，試驗參數如表4所示。

表4 道路測試識別驗證參數

采用12R22.5規格長途高速標載輪胎驗證植入式RFID電子標簽在長時間高速高溫負載下的耐溫性能，采用13R22.5規格重載輪胎驗證植入式RFID電子標簽在長時間受力變形負載下的耐沖擊變形性能，采用12.00R20規格重載輪胎驗證植入式RFID電子標簽在有內胎和墊帶內部蠕動變形狀況下的穩定性，采用445/45R19.5規格超低扁平比輪胎驗證植入式RFID電子標簽在輪胎斷面高度小、胎體反包高度較小的狀況下的耐剪切性能，采用255/70R22.5規格城市公交用輪胎驗證植入式RFID電子標簽在輪胎頻繁剎車啟動的狀況下的穩定性。

在跟蹤道路測試RFID電子標簽輪胎時，因輪胎在車輛上會出現雙胎屏蔽等因素，以車輛外側輪胎測試數據為標準數據，具備拆卸輪胎條件時，可從車輛上卸下輪胎進行掃描識別。對所有道路測試輪胎進行讀寫識別，植入式RFID電子標簽可以正常讀寫識別，識別距離始終在0.6～1.0 m，但植入式RFID電子標簽會隨輪胎行駛里程的增加出現信號衰減、識別距離減小的現象。

3 RFID電子標簽對輪胎性能的影響

3.1 輪胎外觀檢測

對植入RFID電子標簽的成品輪胎進行外觀檢測。植入式RFID電子標簽位置未出現因膠量不足造成的凹陷現象、因表面膠料中或層間有氣泡而鼓起的現象，以及胎里脫層現象。由此可以得出RFID電子標簽不會影響輪胎外觀質量。

3.2 輪胎X光檢測

輪胎制造要經過成型、高溫高壓硫化等過程，因此對植入RFID電子標簽的成品輪胎進行X光檢測，以探知電子標簽是否有損壞。

檢測結果表明：植入式RFID電子標簽未發生彎折、斷裂現象；RFID電子標簽附近鋼絲簾線未出現稀疏、彎曲、打褶、拉伸、波動、折斷等現象（如圖4所示）。由此可以得出，植入式RFID電子標簽不會影響輪胎鋼絲簾布的質量。

3.3 輪胎全息氣泡檢測

對植入RFID電子標簽的成品輪胎進行全息氣泡檢測，發現RFID電子標簽植入位置沒有氣泡（見圖5和6）。由此可以得出，植入式RFID電子標簽不會影響輪胎部件之間的粘合，不會產生氣泡。

3.4 輪胎均勻性、動平衡檢測

對植入RFID電子標簽的成品輪胎進行均勻性、動平衡檢測，輪胎各項檢測數據均在標準范圍之內。檢測打點位置與RFID電子標簽植入位置沒有相關性。檢測數據見表5。由此可以得出，植入式RFID電子標簽不會影響輪胎的均勻性和動平衡性能。

表5 輪胎均勻性和動平衡檢測數據

3.5 室內機床性能檢測

對植入RFID電子標簽的成品輪胎進行胎面耐久性能、胎圈耐久性能、高速性能室內機床測試，對比結果顯示：含電子標簽的輪胎試驗數據與正常輪胎相同，且測試后的充氣壓力不低于初始充氣壓力；輪胎外觀沒有脫層、簾布層裂縫、簾線剝離、簾線斷裂、胎體異常變形等缺陷。對RFID電子標簽植入位置進行斷面切割，分析得出輪胎內部損壞位置與RFID電子標簽植入位置沒有相關性（見圖7），同時發現RFID電子標簽未發生移位。由此可以得出，植入式RFID電子標簽不會影響輪胎室內機床性能。

3.6 道路測試

進行多種工況的道路測試后，對植入RFID電子標簽的輪胎進行檢查，未發現輪胎有起鼓、凹陷等缺陷。對植入RFID電子標簽的位置進行斷面切割，電子標簽位置未出現脫層和分離現象，含電子標簽輪胎與正常輪胎的實際行駛里程和損壞形式沒有差異。由此可以得出，植入式RFID電子標簽不會影響輪胎實際道路使用性能。

4 結論

對于RFID電子標簽的可靠性驗證得出以下結論：（1）RFID電子標簽在輪胎安裝輪輞充氣后可正常識別；（2）植入式RFID電子標簽在輪胎室內機床測試后，可正常識別；（3）內貼式RFID電子標簽用于有內胎輪胎，經過室內機床測試后電子標簽發生移位、失效，可靠性需繼續驗證；（4）植入式RFID電子標簽在輪胎道路測試后可正常識別。

對于植入式RFID電子標簽對輪胎性能的影響研究得出以下結論：（1）RFID電子標簽復合膠料不會影響電子標簽自身性能及輪胎質量；（2）RFID電子標簽的植入位置選擇在胎體反包端點、三角膠外側是合理的，不會帶來輪胎質量風險及性能損耗；（3）RFID電子標簽不會影響輪胎外觀質量；（4）RFID電子標簽不會影響輪胎鋼絲簾布質量；（5）RFID電子標簽不會影響輪胎均勻性和動平衡性能；（6）RFID電子標簽不會影響輪胎室內機床性能；（7）RFID電子標簽不會影響輪胎實際道路使用性能。

作為輪胎的電子身份證，RFID電子標簽可以為輪胎整個產業鏈信息追溯提供準確的數據，擁有廣闊的市場應用前景。