2×0.30ST鋼絲簾線在半鋼子午線輪胎帶束層中的應(yīng)用

薛彬彬，陳建軍，劉凱華

（山東華盛橡膠有限公司，山東 廣饒 257300）

近年來，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和汽車工業(yè)的發(fā)展，輪胎工業(yè)得到快速發(fā)展，目前我國(guó)輪胎子午化率已達(dá)到94%。隨著綠色、環(huán)保、低碳出行理念的普及，綠色輪胎得到大部分消費(fèi)者的認(rèn)可[1-2]。近年中美貿(mào)易摩擦不斷升級(jí)，國(guó)外貿(mào)易保護(hù)政策也涉及到輪胎行業(yè)。為了適應(yīng)輪胎市場(chǎng)變化、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，輪胎企業(yè)必須致力于提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低輪胎滾動(dòng)阻力、實(shí)現(xiàn)輪胎輕量化等是輪胎企業(yè)應(yīng)該重點(diǎn)考慮的問題。

輕量化這一概念最先起源于賽車運(yùn)動(dòng)，就是在保證輪胎強(qiáng)度和安全性的前提下，盡可能地減小輪胎自身的質(zhì)量，從而提高輸出功率、降低噪聲、提高操縱性能和可靠性，進(jìn)而達(dá)到提高行駛速率、降低燃油消耗、減小廢氣排放量的目的。目前最常用、最便捷和最普遍的輪胎輕量化設(shè)計(jì)方法是在保證輪胎安全性和使用性能的前提下，采用小直徑超高強(qiáng)度鋼絲簾線替代傳統(tǒng)規(guī)格的鋼絲簾線。帶束層是半鋼子午線輪胎的主要受力部件，起緩和沖擊和箍緊胎體的作用，故應(yīng)采用高強(qiáng)力、高模量和小角度排列的簾線作為增強(qiáng)材料，同時(shí)輔以結(jié)構(gòu)緊湊、高滲膠性能的2×0.30ST鋼絲簾線作為骨架材料[3]。

本工作采用2×0.30ST鋼絲簾線替代3×0.30HT鋼絲簾線用于175/65R14 82H半鋼子午線輪胎帶束層中，研究輪胎性能和生產(chǎn)成本的變化。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

2×0.30ST鋼絲簾線和3×0.30HT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

四輥鋼絲簾布?jí)貉由a(chǎn)線，日本IHI公司產(chǎn)品；小角度鋼絲簾布裁斷機(jī)，天津賽象科技股份有限公司產(chǎn)品；二次法成型機(jī)，薩馳集團(tuán)控股有限公司產(chǎn)品；輪胎液壓硫化機(jī)，巨輪智能裝備股份有限公司產(chǎn)品；輪胎高速耐久試驗(yàn)機(jī)和輪胎強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)，青島高測(cè)科技股份有限公司產(chǎn)品。

1.3 性能測(cè)試

鋼絲簾線直徑、線密度、破斷力和粘合力按照GB/T 11181—2016《子午線輪胎用鋼簾線》進(jìn)行測(cè)定；鋼絲簾線其他性能按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試；成品輪胎高速性能、耐久性能和強(qiáng)度性能按照GB/T 4502—2016《轎車輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 基本性能

2.1.1 鋼絲簾線性能和結(jié)構(gòu)

2×0.30ST鋼絲簾線和3×0.30HT鋼絲簾線的性能指標(biāo)對(duì)比見表1，結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖1所示。

表1 兩種鋼絲簾線的性能指標(biāo)對(duì)比

圖1 兩種鋼絲簾線結(jié)構(gòu)對(duì)比

從表1可以看出：兩種鋼絲簾線均為同捻向結(jié)構(gòu)、無(wú)外纏絲，鍍層質(zhì)量設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一致；與3×0.30HT鋼絲簾線相比，2×0.30ST鋼絲簾線直徑和線密度明顯減小，有利于輪胎輕量化，破斷力和粘合力降低，這與鋼絲簾線結(jié)構(gòu)有關(guān)，在實(shí)際使用中可根據(jù)不同規(guī)格輪胎帶束層的性能要求調(diào)整鋼絲簾布?jí)貉用芏群蛪貉雍穸?，以確保成品輪胎最佳性能。

2.1.2 滲膠性能

2×0.30ST鋼絲簾線和3×0.30HT鋼絲簾線覆膠后橫截面對(duì)比如圖2所示。

從圖2可以看出：3×0.30HT鋼絲簾線的3根鋼絲中間不能完全滲膠，存留的空氣形成空氣通道；2×0.30ST鋼絲簾線的滲膠性能優(yōu)于3×0.30HT鋼絲簾線，空氣含量減小，即滲膠空氣壓力損失減小。

圖2 兩種鋼絲簾線覆膠后橫截面對(duì)比

2.2 工藝性能

2.2.1 壓延工藝

2×0.30ST鋼絲簾布和3×0.30HT鋼絲簾布的壓延工藝參數(shù)對(duì)比如表2所示。

表2 兩種鋼絲簾布?jí)貉庸に噮?shù)對(duì)比

由于2×0.30ST鋼絲簾線破斷力小于3×0.30HT鋼絲簾線，故在2×0.30ST鋼絲簾布?jí)貉庸に囍性龃髩貉用芏?，以保證鋼絲簾布強(qiáng)度。

從表2可以看出，與3×0.30HT鋼絲簾布相比，2×0.30ST鋼絲簾布厚度減小0.2 mm，簾布質(zhì)量減小14.5%，有利于減小單胎質(zhì)量。

在保持錠子房溫度和濕度、壓延張力等條件一致的情況下，2×0.30ST鋼絲簾布?jí)貉庸に囆阅芰己?，簾布表面光滑平整，尺寸穩(wěn)定，粘合性能以及氣體含量均滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝要求。

2.2.2 裁斷工藝

2×0.30ST鋼絲簾布的裁斷工藝性能見圖3。

圖3 2×0.30ST鋼絲簾布的裁斷工藝性能

從圖3可以看出：2×0.30ST鋼絲簾布在裁斷過程中未出現(xiàn)翹頭、變形、打彎等不良現(xiàn)象，簾布平整，切口處鋼絲簾線不松散；裁斷后自動(dòng)拼接正常，接頭質(zhì)量符合現(xiàn)場(chǎng)工藝標(biāo)準(zhǔn)，未出現(xiàn)稀線、并線、跳線等異?，F(xiàn)象。

2.2.3 成型工藝

2×0.30ST鋼絲簾布的成型工藝性能見圖4。

圖4 2×0.30ST鋼絲簾布的成型工藝性能

從圖4可以看出，2×0.30ST鋼絲簾布成型工藝性能良好，成型過程中鋼絲簾布無(wú)拉伸，鋼絲排列均勻，帶束層貼合正常，接頭（對(duì)接）粘合性能和成型胎坯挺性良好。

2.2.4 硫化工藝

采用2×0.30ST鋼絲簾布帶束層的輪胎硫化工藝正常，硫化后外觀質(zhì)量符合現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。成品輪胎經(jīng)X光和均勻性檢查無(wú)異常，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2.5 安全倍數(shù)

在175/65R14 82H半鋼子午線輪胎帶束層中采用2層2×0.30ST鋼絲簾布替代2層3×0.30HT鋼絲簾布，保證帶束層簾布強(qiáng)度相當(dāng)，帶束層的厚度和質(zhì)量減小，帶束層安全倍數(shù)較設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提高10%，滿足輪胎設(shè)計(jì)要求。

2.3 成品性能

采用2×0.30ST鋼絲簾線替代3×0.30HT鋼絲簾線用于175/65R14 82H半鋼子午線輪胎帶束層，隨機(jī)抽取外觀、X光及均勻性檢查無(wú)異常的成品輪胎進(jìn)行室內(nèi)性能試驗(yàn)。

輪胎的充氣外緣尺寸、高速性能、耐久性能、強(qiáng)度性能和滾動(dòng)阻力性能檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 兩種鋼絲簾線成品輪胎室內(nèi)檢測(cè)性能對(duì)比

從表3可以看出：與使用3×0.30HT鋼絲簾線的成品輪胎相比，使用2×0.30ST鋼絲簾線的成品輪胎的充氣外緣尺寸無(wú)明顯差異，單胎質(zhì)量減小5.9%；高速性能、耐久性能和強(qiáng)度性能相當(dāng)；滾動(dòng)阻力系數(shù)降低4.5%。在相同條件下，使用2×0.30ST鋼絲簾線的成品輪胎的燃料消耗量更小，即更易實(shí)現(xiàn)輪胎輕量化設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)輪胎的高速性能、耐久性能和強(qiáng)度性能均滿足或高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

兩種鋼絲簾線成品輪胎的接地印痕及下沉量如圖5所示。

從圖5可以看出：與使用3×0.30HT鋼絲簾線的成品輪胎相比，使用2×0.30ST鋼絲簾線的成品輪胎的接地印痕面積和行駛面寬度相近，即輪胎的抓著性能相當(dāng)；使用2×0.30ST鋼絲簾線的成品輪胎的下沉量減小3.5%，有利于降低輪胎噪聲，改善乘坐舒適性。

圖5 兩種鋼絲簾線成品輪胎的接地印痕及下沉量

2.4 成本分析

使用2×0.30ST鋼絲簾線替代3×0.30HT鋼絲簾線用于175/65R14 82H半鋼子午線輪胎帶束層，單胎質(zhì)量減小0.4 kg，其中膠料質(zhì)量減小0.21 kg，簾線質(zhì)量減小0.19 kg，按照每年生產(chǎn)100萬(wàn)條175/65R14 82H輪胎計(jì)算，每年可節(jié)省210 t膠料、190 t鋼絲簾線，原材料成本降低94.05萬(wàn)元。

3 結(jié)論

使用2×0.30ST鋼絲簾線替代3×0.30HT鋼絲簾線用于175/65R14 82H半鋼子午線輪胎帶束層，壓延、裁斷、成型和硫化工藝正常，滿足輪胎生產(chǎn)要求；成品輪胎各項(xiàng)性能均達(dá)到或高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求；由于2×0.30ST鋼絲簾線直徑和線密度小，可減小輪胎自身質(zhì)量、降低滾動(dòng)阻力，更有利于降低燃料消耗、排氣污染和生產(chǎn)成本，滿足輪胎工業(yè)節(jié)能、環(huán)保、低碳及輕量化設(shè)計(jì)的發(fā)展要求。