0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線在全鋼載重子午線輪胎胎體中的應(yīng)用

張世鑫，劉紅鎖，任夫云

（1.三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200；2.江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司，江蘇 興化 225721）

隨著當(dāng)前各國(guó)環(huán)保意識(shí)的不斷提高以及相關(guān)法規(guī)的制定，對(duì)運(yùn)輸業(yè)的節(jié)能減排提出了更加嚴(yán)苛的要求，尤其是諸多輪胎準(zhǔn)入標(biāo)簽法規(guī)的陸續(xù)出臺(tái)，使低滾動(dòng)阻力、高安全性和可翻新的綠色環(huán)保輪胎成為全球輪胎行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)[1-2]。由于近年來(lái)全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)緩慢以及我國(guó)對(duì)超載限制的加強(qiáng)，使輪胎企業(yè)出現(xiàn)不同程度的運(yùn)營(yíng)困難，不同品牌競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈?？梢哉f(shuō)目前中國(guó)輪胎工業(yè)正處于一個(gè)變革的時(shí)期，這就促使國(guó)內(nèi)輪胎企業(yè)必須積極開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)高性能輪胎，加速新材料和新技術(shù)的研究與應(yīng)用，以提高自有品牌在市場(chǎng)上的占有率。

鋼絲簾線作為輪胎骨架材料，對(duì)輪胎的質(zhì)量、承載能力、安全性、耐磨性及可翻新性等起到了重要作用。胎體作為載重子午線輪胎的關(guān)鍵部件，其材料性能對(duì)輪胎綜合性能的影響至關(guān)重要。目前胎體鋼絲簾線的發(fā)展趨向于更高強(qiáng)度、更好的耐疲勞性能、環(huán)保新鍍層以及更優(yōu)的鋼絲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有利于減小輪胎質(zhì)量，降低滾動(dòng)阻力，延長(zhǎng)輪胎行駛里程[3-5]。為適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，我公司與江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司合作研究更高強(qiáng)度、更小直徑以及無(wú)外纏絲的新型結(jié)構(gòu)鋼絲簾線在全鋼載重子午線輪胎胎體中的應(yīng)用，以期在實(shí)現(xiàn)輪胎輕量化的同時(shí)，能夠提高輪胎的耐久性能、降低滾動(dòng)阻力等。

本工作主要研究0.22＋6＋11×0.20HT新型鋼絲簾線替代3＋9＋15×0.175＋0.15NT傳統(tǒng)鋼絲簾線在全鋼載重子午線輪胎胎體中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

0.22＋6＋11×0.20HT和3＋9＋15×0.175＋0.15NT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

S型四輥鋼絲/纖維兩用壓延機(jī)，意大利柯米尼奧·?？死井a(chǎn)品；大角度鋼絲簾布裁斷機(jī)，德國(guó)Fischer公司產(chǎn)品；一次法成型機(jī)，荷蘭VMI公司產(chǎn)品。

1.3 性能測(cè)試

各項(xiàng)性能均按照相應(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 鋼絲簾線性能

2.1.1 基本性能和結(jié)構(gòu)特性

0.22＋6＋11×0.20HT和3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線的基本性能見(jiàn)表1。

表1 兩種鋼絲簾線的基本性能

從表1可以看出：3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線是由27＋1根普通強(qiáng)度單絲捻制而成，各層之間的捻距和捻向均不同；0.22＋6＋11×0.20 HT鋼絲簾線是由18根高強(qiáng)度單絲組成，各層之間的捻距不同，但捻向相同，其最小破斷力與3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線相同，但簾線直徑和線密度減小，鋼絲簾線的堅(jiān)韌性（最小破斷力/線密度）提高約18%，使其單位長(zhǎng)度鋼絲簾線可承受的破斷力更大，在保證簾布強(qiáng)度相同的前提下，可減小鋼絲簾線用量和輪胎質(zhì)量，提高胎體的耐疲勞性能，延長(zhǎng)輪胎使用壽命。

3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線為有外纏絲層狀結(jié)構(gòu)，0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線為無(wú)外纏絲層狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為偶數(shù)根單絲，外層為奇數(shù)根單絲，要求其沿圓周均勻排列，這對(duì)鋼絲簾線生產(chǎn)的工藝控制要求更高。兩種鋼絲簾線的截面結(jié)構(gòu)如圖1所示。3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線由于外纏絲的存在，在胎體發(fā)生彎曲變形時(shí)，對(duì)外層鋼絲有較大的切割磨損，降低了鋼絲簾線的耐彎曲疲勞性能。0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線由于不存在外層鋼絲和外纏絲間的磨損，因而具有更好的耐用性，同時(shí)簡(jiǎn)化了鋼絲簾線的生產(chǎn)工藝，提高了生產(chǎn)效率。

圖1 兩種鋼絲簾線的截面結(jié)構(gòu)

2.1.2 彎曲剛度和耐疲勞性能

0.22＋6＋11×0.20HT和3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線的彎曲剛度分別為52.6和68.1 TSU。與3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線相比，0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線的彎曲剛度降低了22.8%，說(shuō)明其更加柔軟，更適用于胎體簾布，且有利于輪胎成型時(shí)胎體反包。

表2列出了在施加15 kg的相同負(fù)載下0.22＋6＋11×0.20HT和3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線在不同輥徑下的三輥彎曲疲勞次數(shù)測(cè)試結(jié)果。

表2 兩種鋼絲簾線在不同輥徑下的三輥彎曲疲勞次數(shù)

從表2可以看出，在不同輥徑下，0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線的疲勞次數(shù)均比3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線有所增加，最大增幅可達(dá)85.8%，說(shuō)明0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線的耐疲勞性能更優(yōu)，作為胎體可為輪胎翻新奠定基礎(chǔ)。

2.1.3 滲膠性能

通過(guò)金相法檢測(cè)0.22＋6＋11×0.20HT和3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線的滲膠性能，兩種鋼絲簾線的滲膠截面如圖2所示，附膠情況如圖3和4所示。

圖2 兩種鋼絲簾線的滲膠截面

圖3 0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線的附膠情況

從圖2可以看出，0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線比3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線具有更好的滲膠性能。這是因?yàn)閮煞N鋼絲簾線雖然均為層狀結(jié)構(gòu)，但3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線的層間單絲根數(shù)為內(nèi)奇外奇組合，外層鋼絲排列緊密，且有外纏絲束緊，單絲間空隙小，不易滲膠；而0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線的層間單絲根數(shù)為內(nèi)偶外奇組合，外層鋼絲間隙較大，有利于膠料滲透。

圖4 3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線的附膠情況

從圖3和4可以看出：兩種鋼絲簾線的表面附膠性能相當(dāng)，均能達(dá)到95%以上，芯股基本無(wú)附膠；但0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線的外層和內(nèi)層單絲附膠率均比3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線稍高，這是因?yàn)閮?nèi)層鋼絲簾線附膠情況受外層鋼絲簾線結(jié)構(gòu)和根數(shù)的影響，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單、單絲之間的間隙越大，鋼絲簾線的附膠及滲膠性能越好。

0.22＋6＋11×0.20HT鋼線簾線具有更優(yōu)的滲膠性能，保證了膠料與鋼絲簾線的有效粘合，能夠提高胎體的耐疲勞性能，防止潮濕氣體滲透引起鋼絲腐蝕，延長(zhǎng)胎體使用壽命，提升輪胎的安全性能。

2.1.4 鋼絲簾布參數(shù)

0.22＋6＋11×0.20HT和3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾布參數(shù)如表3和圖5所示。

從表3和圖5可以看出，與3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線相比，0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線的單絲強(qiáng)度高、線密度和直徑小，在保證等強(qiáng)度替代的前提下，壓延密度相同，壓延厚度減小0.2 mm，鋼絲簾線質(zhì)量、膠料質(zhì)量和簾布質(zhì)量分別減小了15%，12%和14%，從而可減小單胎質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。鋼絲簾線間距增大，有利于壓延時(shí)鋼絲簾線間的滲膠。

表3 兩種鋼絲簾布參數(shù)

圖5 兩種鋼絲簾布的綜合性能指數(shù)

2.2 工藝性能

2.2.1 壓延工藝

0.22＋6＋11×0.20HT和3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾布的壓延工藝有如下區(qū)別。

（1）由于0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線的直徑減小，需設(shè)計(jì)加工專用整徑壓力輥，使溝槽尺寸與簾線直徑匹配。

（2）3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線的外纏絲使其更緊密，不易出現(xiàn)松散起鼓問(wèn)題，壓延過(guò)程中跳線風(fēng)險(xiǎn)較低，同時(shí)外纏絲有利于壓延時(shí)簾線表面掛膠；0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線表面附膠能力降低，為保證鋼絲簾線間隙保持率和膠料滲透，壓延錠子張力和壓延速度需要相應(yīng)減小。

（3）兩種鋼絲簾布的壓延過(guò)程穩(wěn)定，簾布表面平整性好，剝離及空氣含量等檢測(cè)結(jié)果均滿足相應(yīng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.2 裁斷工藝

0.22＋6＋11×0.20HT和3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾布裁斷后表面平整，無(wú)翹頭和起拱問(wèn)題。但在裁斷時(shí)由于0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾布偏軟，易在接頭機(jī)堆料，修邊后邊部厚度不穩(wěn)定，接頭時(shí)出現(xiàn)稀線或并線問(wèn)題，通過(guò)對(duì)傳送帶遞布速度和接頭機(jī)風(fēng)壓進(jìn)行調(diào)整，可以解決以上問(wèn)題，并保證修邊后簾布邊緣不漏鋼絲。

2.2.3 成型和硫化工藝

由于0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾布厚度較小，挺性變?nèi)?，?dǎo)致成型時(shí)易拉伸，接頭稍有困難，通過(guò)規(guī)范操作和調(diào)整拉鏈機(jī)間距風(fēng)壓，可以避免發(fā)生以上問(wèn)題。

2.3 成品性能

采用0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線替代3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼 絲 簾 線 用 于12R22.5 18PR全鋼載重子午線輪胎胎體中，并對(duì)成品輪胎進(jìn)行室內(nèi)性能測(cè)試，結(jié)果如表4所示。

表4 成品輪胎的室內(nèi)性能測(cè)試結(jié)果

從表4可以看出，胎體采用0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線，成品輪胎的強(qiáng)度性能變化不大，耐久性能提高14.3%，胎圈耐久性能提高10.7%，胎體耐久性能提高5.7%，高速性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，滾動(dòng)阻力系數(shù)降低約2.8%。

將0.22＋6＋11×0.20HT和3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線用于胎體進(jìn)行耐久性試驗(yàn)后鋼絲簾線表面和單絲磨損情況分別如圖6和7所示，鋼絲簾線樣品從試驗(yàn)殘?zhí)デ鼡献顕?yán)重處解剖而得。

從 圖6和7可 以 看 出：3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線的層間單絲表面和外纏絲與外層鋼絲接觸面均有明顯磨損痕跡；而0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線的單絲表面磨損程度較小，外層鋼絲表面完整性好。

圖6 兩種鋼絲簾線的表面磨損

圖7 兩種鋼絲簾線的單絲磨損截面

分析認(rèn)為，輪胎在行駛過(guò)程中胎體彎曲變形會(huì)伴隨著簾線單絲間的相互摩擦運(yùn)動(dòng)，即胎體鋼絲旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞與微振磨損交織在一起。在輪胎長(zhǎng)期使用過(guò)程中，反復(fù)摩擦使鋼絲表面狀態(tài)惡化，磨損處易產(chǎn)生材料腐蝕和疲勞裂紋，導(dǎo)致鋼絲簾線使用壽命降低。而鋼絲簾線磨損程度主要取決于接觸應(yīng)力，且與滲膠情況、捻制方式及簾線結(jié)構(gòu)等有關(guān)。因此，0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線無(wú)外纏絲、同捻向、高滲膠的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其具有比3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線更佳的耐磨和耐疲勞性能。

2.4 成本分析

采用0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線替代3＋9＋15×0.175＋0.15NT鋼絲簾線生產(chǎn)的12R22.5 18PR全鋼載重子午線輪胎單胎質(zhì)量減小1.02 kg（鋼絲簾線和膠料用量分別減小0.664和0.356 kg），按照年產(chǎn)60萬(wàn)套該規(guī)格輪胎計(jì)算，每年可節(jié)約鋼絲簾線398 t，節(jié)約膠料214 t；每年可節(jié)約原材料和半成品及成品運(yùn)輸量約612 t。由于0.22＋6＋11×0.20HT鋼絲簾線直徑減小，簾線錠長(zhǎng)增大，可減少壓延尾線消耗，在同等勞動(dòng)強(qiáng)度下，可減少錠子房用工12%。

3 結(jié)論

采用0.22＋6＋11×0.20HT新型鋼絲簾線替代3＋9＋15×0.175＋0.15NT傳統(tǒng)鋼絲簾線用于全鋼載重子午線輪胎胎體，鋼絲簾線的單絲強(qiáng)度提高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，滲膠性能提高，鋼絲簾線與膠料之間的粘合性能、鋼絲簾線的耐磨性能和耐疲勞性能均提高；生產(chǎn)工藝優(yōu)化后穩(wěn)定性良好，可以提高輪胎的耐久性能，實(shí)現(xiàn)輪胎輕量化，降低滾動(dòng)阻力；減小輪胎生產(chǎn)成本和材料消耗，符合當(dāng)前綠色輪胎的發(fā)展趨勢(shì)，具有較好的應(yīng)用前景。我公司將與簾線生產(chǎn)企業(yè)更加緊密合作，不斷開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)出更舒適、安全、環(huán)保的輪胎產(chǎn)品，共同推進(jìn)我國(guó)子午線輪胎的發(fā)展。