285/35ZR22 106XL/W低扁平比轎車子午線輪胎低氣壓耐久性能的改善

蘭 麗，賈 斌，張福元，張燦科

（青島森麒麟輪胎股份有限公司，山東 青島 266229）

隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)輪胎性能的要求越來越高，高性能輪胎在慢慢普及。高性能輪胎的主要特點(diǎn)是其扁平比和噪聲低、速度級(jí)別和安全性能高、操控性能和排水性能好[1-5]。高性能低扁平比輪胎有很多優(yōu)勢(shì)，但是扁平比越低，對(duì)輪胎的耐久性能要求越高，市場(chǎng)上低扁平比輪胎脫層現(xiàn)象多發(fā)，其直接原因就是輪胎的耐久和低氣壓等性能不足。

本工作以285/35ZR22 106XL/W低扁平比轎車子午線輪胎為例，從輪胎結(jié)構(gòu)入手，研究三角膠高度和硬度、胎體簾布層數(shù)、胎體簾布反包高度及冠帶條纏繞方式對(duì)輪胎耐久性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)輪胎

285/35ZR22 106XL/W低扁平比轎車子午線輪胎，速度級(jí)別為W，最大速度為270 km·h-1，負(fù)荷能力為950 kg。

1.2 性能測(cè)試

按照GB/T 4502—2016《轎車輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》進(jìn)行輪胎性能測(cè)試。

輪胎耐久性試驗(yàn)初始充氣壓力為220 kPa，試驗(yàn)分3個(gè)階段，各階段試驗(yàn)速度均為120 km·h-1，各階段試驗(yàn)時(shí)間（負(fù)荷率）分別為：第1階段 4 h（85%）；第2階段 6 h（90%）；第3階段 24 h（100%）。

按步驟完成輪胎耐久性試驗(yàn)后，按以下程序檢查試驗(yàn)輪胎：讓輪胎自然冷卻20 min后，測(cè)量輪胎充氣壓力，不應(yīng)低于初始充氣壓力的95%；待輪胎完全冷卻后拆卸輪胎并檢查其外觀，應(yīng)沒有明顯可見的脫層、崩花、接頭裂開、龜裂或簾布層裂縫、簾線剝離、簾線斷裂等現(xiàn)象。

之后對(duì)耐久性試驗(yàn)合格的輪胎進(jìn)行低氣壓試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：充氣壓力 160 kPa，試驗(yàn)負(fù)荷950 kg，試驗(yàn)速度 120 km·h-1。完成輪胎低氣壓試驗(yàn)后，按檢查程序?qū)υ囼?yàn)輪胎進(jìn)行檢查。

高速試驗(yàn)負(fù)荷率為68%，初始充氣壓力為360 kPa，試驗(yàn)分6個(gè)階段，每個(gè)階段的試驗(yàn)時(shí)間均為10 min，各階段試驗(yàn)速度分別為：第1階段 0～230 km·h-1；第2階段 230 km·h-1；第3階段 240 km·h-1；第4階段 250 km·h-1；第5階段 260 km·h-1；第6階段 270 km·h-1。按步驟完成輪胎高速試驗(yàn)后，按檢查程序?qū)υ囼?yàn)輪胎進(jìn)行檢查。

2 結(jié)果與討論

2.1 三角膠高度

作為胎圈重要的支撐部件，三角膠決定輪胎下胎側(cè)剛性，起著從胎圈到胎側(cè)剛性過渡的作用，影響輪胎的乘坐舒適性及轉(zhuǎn)向性能[6]。三角膠高度為三角膠設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，其大小影響整個(gè)胎側(cè)部位的屈撓和應(yīng)力集中點(diǎn)的變化，如減小三角膠高度可減小胎圈附近的壓縮和拉伸變形，三角膠端點(diǎn)和胎體簾布反包端點(diǎn)重合會(huì)造成應(yīng)力集中，所以三角膠高度對(duì)輪胎耐久和低氣壓性能至關(guān)重要。

本工作使用單一變量控制法，在結(jié)構(gòu)方案（胎體、三角膠硬度、冠帶條、帶束層等）和工藝方案一致的情況下，僅改變?nèi)悄z高度（15，20，25 mm）并生產(chǎn)285/35ZR22規(guī)格輪胎，進(jìn)行輪胎耐久性和低氣壓試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。

表1 不同三角膠高度輪胎的耐久性和低氣壓試驗(yàn)結(jié)果

從表1可以看出：隨著三角膠高度的增大，輪胎低氣壓試驗(yàn)行駛時(shí)間縮短，輪胎損壞方式均為胎側(cè)裂口；三角膠高度為15 mm時(shí)輪胎低氣壓耐久性能最好；3種方案輪胎的耐久和低氣壓性能均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

由于三角膠高度變化影響胎面接地印痕和接地壓力分布，對(duì)輪胎高速性能也有直接影響，對(duì)上述3種方案輪胎進(jìn)行高速性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，3種三角膠高度方案輪胎的高速性能均高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 不同三角膠高度輪胎的高速性能試驗(yàn)結(jié)果

2.2 三角膠硬度

三角膠硬度影響三角膠的支撐作用，硬度不同，輪胎下沉量不同，導(dǎo)致輪胎屈撓不一致，所以三角膠硬度對(duì)輪胎耐久和低氣壓性能有重要的影響。

本工作使用單一變量控制法，在結(jié)構(gòu)方案（胎體、三角膠高度、冠帶條、帶束層等）和工藝方案一致的情況下，僅改變?nèi)悄z膠料的邵爾A型硬度（85，92和96度）并生產(chǎn)285/35ZR22規(guī)格輪胎，進(jìn)行耐久性和低氣壓試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。并對(duì)3種方案輪胎進(jìn)行高速性能試驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。

表3 不同三角膠硬度輪胎的耐久性和低氣壓試驗(yàn)結(jié)果

表4 不同三角膠硬度輪胎的高速性能試驗(yàn)結(jié)果

從表3和4可以看出：隨著三角膠硬度的增大，輪胎低氣壓試驗(yàn)累計(jì)行駛時(shí)間縮短；三角膠邵爾A型硬度為85度時(shí)輪胎低氣壓性能最好；三角膠硬度在一定范圍內(nèi)越小，此規(guī)格輪胎低氣壓耐久性能越好，并且3種方案輪胎的高速性能都超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 胎體簾布層數(shù)

子午線輪胎胎體一般根據(jù)負(fù)荷指數(shù)設(shè)計(jì)為單層和雙層。為了支撐車輛，胎體簾線需要具有抗沖擊性能，在車輛運(yùn)動(dòng)時(shí)，胎體簾線還需要具有耐屈撓性能。輪胎耐久性能受胎體簾線耐疲勞性能的影響。聚酯簾線的耐疲勞性能是纖維材料的固有特性，由其分子結(jié)構(gòu)決定，分子鏈剛性越強(qiáng)，其耐疲勞性能越差[7]。

本工作在滿足輪胎安全性和使用性能的前提下，保證結(jié)構(gòu)方案（三角膠、冠帶條、帶束層等）和工藝方案一致的情況下，采用不同層數(shù)的胎體聚酯簾布（單層2200dtex/3和雙層1100dtex/2），研究胎體簾布層數(shù)對(duì)輪胎耐久和低氣壓性能的影響。2種方案輪胎的耐久性和低氣壓試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 不同胎體簾布層數(shù)輪胎的耐久性和低氣壓試驗(yàn)結(jié)果

從表5可以看出，2種方案輪胎的耐久和低氣壓性能均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，胎體采用雙層1100dtex/2聚酯簾布的輪胎性能更好。

2.4 胎體簾布反包高度

輪胎胎側(cè)屈撓區(qū)指輪胎靜態(tài)加載時(shí)胎側(cè)產(chǎn)生屈撓的區(qū)域，輪胎在動(dòng)態(tài)滾動(dòng)時(shí)，此區(qū)域的屈撓形變最大。如果胎體簾布反包端點(diǎn)位于胎側(cè)屈撓區(qū)，輪胎長(zhǎng)時(shí)間行駛時(shí)胎體簾布反包端點(diǎn)會(huì)屈撓開裂，最后導(dǎo)致胎側(cè)開裂或脫層。因此需要研究胎體簾布反包高度，從而改善胎側(cè)裂口等問題。

本工作使用單一變量控制法，在結(jié)構(gòu)方案（三角膠、冠帶條、帶束層等）和工藝方案一致的情況下，避開胎側(cè)屈撓區(qū)，采用2種單層胎體簾布反包高度設(shè)計(jì)[分別反包至三角膠上方10 mm和帶束層底部（超高反包）]，研究胎體簾布反包高度對(duì)輪胎耐久和低氣壓性能的影響。

不同胎體簾布反包高度輪胎的耐久性和低氣壓試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

從表6可以看出，2種方案輪胎的耐久和低氣壓性能均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，與胎體簾布反包至三角膠上方10 mm的輪胎相比，胎體簾布反包至帶束層底部的輪胎的耐久和低氣壓性能更好。

表6 不同胎體簾布反包高度輪胎的耐久性和低氣壓試驗(yàn)結(jié)果

2.5 冠帶條纏繞方式

冠帶條為骨架材料之一，主要影響輪胎周向形變，在輪胎高速行駛時(shí)作用更大。冠帶條纏繞方式多樣、材料種類豐富，也是輪胎輕量化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部件，輪胎設(shè)計(jì)師可以通過調(diào)整冠帶條設(shè)計(jì)對(duì)輪胎性能進(jìn)行優(yōu)化。

本工作使用單一變量控制法，在結(jié)構(gòu)方案（三角膠、帶束層、胎體等）和工藝方案一致的情況下，采用不同冠帶條纏繞方式（分別為1.5和2層纏繞，見圖1），研究冠帶條纏繞方式對(duì)輪胎耐久和低氣壓性能的影響。

不同冠帶條纏繞方式輪胎的耐久性和低氣壓試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

從表7可以看出，2種方案輪胎的耐久和低氣壓性能均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，冠帶條纏繞方式為2層纏繞的輪胎性能更好。

表7 不同冠帶條纏繞方式輪胎的耐久性和低氣壓試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）在控制輪胎其他結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)不變、三角膠高度在一定范圍內(nèi)改變的情況下，三角膠高度越小，輪胎低氣壓耐久性能越好，此規(guī)格輪胎低氣壓耐久性能從好到差的三角膠高度依次為15，20，25 mm。

（2）在控制輪胎其他結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)不變、三角膠硬度在一定范圍內(nèi)改變的情況下，三角膠硬度越小，輪胎低氣壓耐久性能越好，此規(guī)格輪胎低氣壓耐久性能從好到差的三角膠硬度依次為85，92，96度。

（3）在控制輪胎其他結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)不變的情況下，胎體采用雙層1100dtex/2聚酯簾布輪胎的低氣壓耐久性能優(yōu)于胎體采用單層2200dtex/3聚酯簾布的輪胎。

（4）胎體簾布反包至帶束層底部的輪胎低氣壓耐久性能優(yōu)于胎體簾布反包至三角膠上方10 mm的輪胎。

（5）采用2層冠帶條纏繞的輪胎低氣壓耐久性能優(yōu)于采用1.5層冠帶條纏繞的輪胎。