3×0.24/9×0.225CCST鋼絲簾線在全鋼載重子午線輪胎胎體中的應(yīng)用

周君蘭，姜文峰，呂 偉，張彥軍，初坤龍

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

隨著輪胎工業(yè)的迅猛發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，市場(chǎng)對(duì)輪胎的耐久性能[1]、安全性能[2]和高速性能等提出了更高的要求。對(duì)作為輪胎骨架材料的鋼絲簾線的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用也提出了新的要求[3-4]。為了實(shí)現(xiàn)輪胎低滾動(dòng)阻力[5-6]、可翻新[7]、輕量化[8]等性能要求，我公司致力于高性能、高強(qiáng)度、小直徑的超高強(qiáng)度胎體鋼絲簾線的研發(fā)及應(yīng)用[9-10]。

基于我公司生產(chǎn)的基本情況，本工作研究3×0.24/9×0.225CCST超高強(qiáng)度鋼絲簾線替代3＋9＋15×0.175＋0.15鋼絲簾線用于10.00R20全鋼載重子午線輪胎胎體，并對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行對(duì)比。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

3×0.24/9×0.225CCST超高強(qiáng)度鋼絲簾線和3＋9＋15×0.175＋0.15鋼絲簾線，江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備和儀器

四輥鋼絲壓延機(jī)，意大利魯?shù)婪蚬井a(chǎn)品；90°直角裁斷機(jī)，德國(guó)費(fèi)舍爾公司產(chǎn)品；全鋼子午線輪胎一次法膠囊兩鼓成型機(jī)，北京航空工業(yè)研究設(shè)計(jì)院產(chǎn)品；氮?dú)怆p模硫化機(jī)，桂林橡膠設(shè)計(jì)院有限公司產(chǎn)品；電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；輪胎綜合試驗(yàn)機(jī)和輪胎高速耐久試驗(yàn)機(jī)，汕頭浩大輪胎測(cè)試裝備有限公司產(chǎn)品；三輥疲勞試驗(yàn)機(jī)和橡膠滲透儀，江蘇興達(dá)智能制造公司產(chǎn)品；剛度儀，美國(guó)Taber儀器公司產(chǎn)品；疲勞試驗(yàn)機(jī)，德國(guó)Positool Technologies公司產(chǎn)品；塑料擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)，美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國(guó)）有限公司產(chǎn)品。

1.3 性能測(cè)試

各項(xiàng)性能均按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 鋼絲簾線性能對(duì)比

2.1.1 結(jié)構(gòu)

兩種鋼絲簾線結(jié)構(gòu)和實(shí)際截面對(duì)比分別如圖1和2所示。

2.1.2 基本性能

兩種鋼絲簾線性能指標(biāo)對(duì)比如表1所示。

從圖1和2及表1可以看出，與3＋9＋15×0.175 ＋0.15鋼絲簾線相比，3×0.24/9×0.225CCST鋼絲簾線的直徑和線密度較小，鋼絲簾線層數(shù)較少，單絲間隙大，滲膠性能提高。

表1 兩種鋼絲簾線性能指標(biāo)對(duì)比

圖1 兩種鋼絲簾線結(jié)構(gòu)對(duì)比

圖2 兩種鋼絲簾線實(shí)際截面對(duì)比

2.1.3 其他性能

2.1.3.1 破斷力和抽出力

兩種鋼絲簾線破斷力和抽出力對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 兩種鋼絲簾線破斷力和抽出力對(duì)比

從表2可以看出，兩種鋼絲簾線破斷力和抽出力相當(dāng)，綜合鋼絲簾線直徑和線密度分析，3×0.24/9×0.225CCST鋼絲簾線在單位直徑破斷力和單位線密度破斷力上有明顯優(yōu)勢(shì)，可以在更薄簾布和更小簾線用量下達(dá)到相同的強(qiáng)度要求。

2.1.3.2 耐疲勞性能

疲勞損傷是材料在交變應(yīng)力、應(yīng)變下發(fā)生并擴(kuò)散，導(dǎo)致產(chǎn)生裂變紋的一種動(dòng)態(tài)現(xiàn)象。徑向伸縮、彎曲或者扭力都可能引起疲勞損傷，在恒定應(yīng)力之上施加的交變應(yīng)力也有可能導(dǎo)致疲勞損傷。這種情況下，應(yīng)力的交變部分更易導(dǎo)致疲勞損傷。在輪胎中，充氣壓力決定了平均應(yīng)力，而在滾動(dòng)當(dāng)中變化的胎側(cè)曲率半徑?jīng)Q定了交變應(yīng)力。

兩種鋼絲簾線三輥彎曲疲勞次數(shù)測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 兩種鋼絲簾線三輥彎曲疲勞次數(shù)對(duì)比

鋼絲簾線耐疲勞性能與其結(jié)構(gòu)、直徑及單絲直徑相關(guān)，相同鋼絲根數(shù)不同結(jié)構(gòu)鋼絲簾線耐疲勞性能有差異，緊密型鋼絲簾線耐疲勞性能好于層型鋼絲簾線，單絲直徑越小的鋼絲簾線耐疲勞性能越好。因此從表3可以看出，3×0.24/9×0.225CCST鋼絲簾線的三輥彎曲疲勞次數(shù)小于3＋9＋15×0.175＋0.15鋼絲簾線，在大輥徑（26 mm）條件下，兩者的三輥彎曲疲勞次數(shù)接近。

2.1.3.3 沖擊吸收功

在輪胎使用過(guò)程中帶束層和胎體經(jīng)常承受突然沖擊，鋼絲簾線的沖擊吸收功決定了輪胎對(duì)障礙物的包容能力。表4示出了兩種鋼絲簾線沖擊吸收功。

表4 兩種鋼絲簾線沖擊吸收功對(duì)比 J

從表4可以看出，兩種鋼絲簾線沖擊吸收功相差不大。

2.1.3.4 彎曲剛度

鋼絲簾線的彎曲剛度決定了其耐彎曲性能。表5示出了兩種鋼絲簾線彎曲剛度。

表5 兩種鋼絲簾線彎曲剛度對(duì)比 TSU

從表5可以看出，3×0.24/9×0.225CCST鋼絲簾線的彎曲剛度略大于3＋9＋15×0.175＋0.15鋼絲簾線。

2.1.3.5 彈性模量

鋼絲簾線的彈性模量在一定程度上反映其抵抗彈性變形的能力，其值越大，使材料發(fā)生一定彈性變形所需的應(yīng)力越大。3×0.24/9×0.225CCST和3＋9＋15×0.175＋0.15鋼絲簾線彈性模量分別為218 910和193 798 MPa。

可以看出，3×0.24/9×0.225CCST鋼絲簾線的彈性模量較3＋9＋15×0.175＋0.15鋼絲簾線有一定提升，即在受到相同應(yīng)力作用時(shí)，使用3×0.24/9×0.225CCST鋼絲簾線的輪胎發(fā)生彈性變形相對(duì)較小。

2.2 工藝性能

表6示出了3×0.24/9×0.225CCST和3＋9＋15×0.175＋0.15鋼絲簾布?jí)貉庸に噮?shù)。

表6 兩種鋼絲簾布?jí)貉庸に噮?shù)對(duì)比

由表6可見(jiàn)，3×0.24/9×0.225CCST鋼絲簾線基本以等壓延密度替代3＋9＋15×0.175＋0.15鋼絲簾線后，簾布強(qiáng)度下降3%，鋼絲簾線質(zhì)量、膠料質(zhì)量和簾布質(zhì)量分別減小了28%，4%和15%。

2.3 成品性能

采用3×0.24/9×0.225CCST鋼絲簾線替代3＋9＋15×0.175＋0.15鋼絲簾線用于10.00R20全鋼載重子午線輪胎胎體，成品輪胎的強(qiáng)度、高速性能和耐久性能測(cè)試結(jié)果如表7所示。

表7 成品輪胎性能對(duì)比

從表7可以看出，胎體采用3×0.24/9×0.225 CCST鋼絲簾線的輪胎強(qiáng)度、高速性能和耐久性能與胎體采用3＋9＋15×0.175＋0.15鋼絲簾線的成品輪胎相當(dāng)，滿足輪胎使用要求。

3 結(jié)論

（1）與3＋9＋15×0.175＋0.15鋼絲簾線相比，3×0.24/9×0.225CCST鋼絲簾線直徑和線密度小，滲膠性能好，疲勞壽命長(zhǎng)，彈性模量大，其他性能相當(dāng)。

（2）采用3×0.24/9×0.225CCST鋼絲簾線替代3＋9＋15×0.175＋0.15鋼絲簾線用于10.00R20全鋼載重子午線輪胎胎體，成品輪胎強(qiáng)度、高速性能和耐久性能均滿足輪胎使用要求，生產(chǎn)的1 000條輪胎投放市場(chǎng)正常使用，超過(guò)一年市場(chǎng)使用跟蹤，無(wú)異常反饋。

（3）以3×0.24/9×0.225CCST鋼絲簾線替代3＋9＋15×0.175＋0.15鋼絲簾線可減小鋼絲簾線、膠料、簾布質(zhì)量，從而減小輪胎質(zhì)量，降低能耗，符合綠色輪胎發(fā)展方向。