輪胎動態(tài)和靜態(tài)臭氧老化現(xiàn)象研究

王 波，時 超，何 寧，李 超

（青島市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，山東 青島 266100）

隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)問題越來越突出。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的臭氧濃度高于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，輪胎作為汽車主要零部件之一，其對于臭氧尤其敏感，容易產(chǎn)生臭氧老化。輪胎臭氧老化會影響其外觀質(zhì)量和使用壽命[1-2]，因此，對汽車輪胎動態(tài)和靜態(tài)臭氧老化現(xiàn)象進(jìn)行研究具有重要性和現(xiàn)實意義。

1 橡膠老化機(jī)理

輪胎胎面膠和胎側(cè)膠通常采用的天然橡膠（NR）和順丁橡膠（BR）屬于不耐臭氧老化的橡膠，雖然輪胎在生產(chǎn)過程中會添加不同類型的防臭氧劑[3-4]，但因橡膠品種和防臭氧劑的不同，臭氧濃度對膠料的龜裂時間和龜裂增長速率的影響程度有所差別[5-6]。

2 輪胎動態(tài)和靜態(tài)臭氧老化試驗

車輛正常使用過程中有閑置和行駛兩種工作狀態(tài)，因此同時進(jìn)行輪胎靜態(tài)和動態(tài)臭氧老化試驗，模擬車輛使用過程中輪胎的兩種狀態(tài)，研究其臭氧老化現(xiàn)象。臭氧測試溫度的選取很重要，較高的溫度會使臭氧變的極不穩(wěn)定[7]，控制臭氧濃度和溫度，在同一時間、同一試驗箱內(nèi)放置2條相同花紋的205/55R16 91H輪胎，1條模擬靜態(tài)工況，1條模擬行駛工況，同時進(jìn)行試驗（試驗溫度為40℃），72 h后觀察輪胎老化狀態(tài)（選取相同的胎圈、胎側(cè)和胎肩部位作為研究對象）。

針對不同臭氧濃度和負(fù)荷，設(shè)計3組試驗。第1組試驗條件為：臭氧體積濃度 50，負(fù)荷率120%；第2組試驗條件為：臭氧體積濃度 100，負(fù)荷率 60%；第3組試驗條件為：臭氧體積濃度100，負(fù)荷率 120%。

3 結(jié)果與討論

第1，2和3組輪胎動態(tài)和靜態(tài)臭氧老化試驗結(jié)束后胎圈、胎側(cè)和胎肩對比分別如圖1—3，4—6和7—9所示。

圖1 第1組輪胎動態(tài)和靜態(tài)臭氧老化試驗后胎圈對比

圖2 第1組輪胎動態(tài)和靜態(tài)臭氧老化試驗后胎側(cè)對比

圖3 第1組輪胎動態(tài)和靜態(tài)臭氧老化試驗后胎肩對比

圖4 第2組輪胎動態(tài)和靜態(tài)臭氧老化試驗后胎圈對比

圖5 第2組輪胎動態(tài)和靜態(tài)臭氧老化試驗后胎側(cè)對比

圖6 第2組輪胎動態(tài)和靜態(tài)臭氧老化試驗后胎肩對比

圖7 第3組輪胎動態(tài)和靜態(tài)臭氧老化試驗后胎圈對比

圖8 第3組輪胎動態(tài)和靜態(tài)臭氧老化試驗后胎側(cè)對比

圖9 第3組輪胎動態(tài)和靜態(tài)臭氧老化試驗后胎肩對比

從圖1—6可以看出：動態(tài)臭氧老化試驗后，輪胎胎圈和胎肩位置出現(xiàn)明顯細(xì)密的裂紋，胎側(cè)位置裂紋不明顯；靜態(tài)臭氧老化試驗后，胎肩位置出現(xiàn)明顯稀疏粗大的裂紋，胎側(cè)和胎圈未發(fā)現(xiàn)裂紋產(chǎn)生；動態(tài)和靜態(tài)臭氧老化后產(chǎn)生的裂紋均為水平方向。

從圖7—9可以看出：動態(tài)臭氧老化試驗后，輪胎胎圈和胎肩位置出現(xiàn)明顯細(xì)密的裂紋，胎側(cè)位置未發(fā)現(xiàn)明顯裂紋；靜態(tài)臭氧老化試驗后，胎肩、胎側(cè)和胎圈出現(xiàn)稀疏粗大裂紋，數(shù)量較少；動態(tài)和靜態(tài)臭氧老化后產(chǎn)生的裂紋均為水平方向。

分析認(rèn)為：在老化過程中，臭氧攻擊橡膠分子，易與橡膠分子中的雙鍵發(fā)生反應(yīng)，且會在應(yīng)力作用下分子斷裂，出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象[8]。橡膠發(fā)生臭氧老化時，裂紋方向與受力方向垂直，通常較大的應(yīng)變會產(chǎn)生更密的小裂紋[9]。動態(tài)臭氧老化試驗中，輪胎受變應(yīng)力作用會有較大的應(yīng)變，應(yīng)力集中在胎圈和胎肩位置，導(dǎo)致裂紋趨向于更加密集、細(xì)?。混o態(tài)臭氧老化試驗中，輪胎在充氣狀態(tài)下受恒定應(yīng)力作用，受力均勻，裂紋趨向于稀疏、粗大，臭氧濃度越高，這種現(xiàn)象越明顯，即隨著臭氧濃度的不斷增大，輪胎龜裂程度越來越明顯，靜態(tài)臭氧老化條件下輪胎裂紋趨向于稀疏、粗大，動態(tài)臭氧老化條件下輪胎裂紋趨向于細(xì)小密集。

4 結(jié)語

臭氧濃度是影響輪胎龜裂程度的關(guān)鍵因素，應(yīng)力變化影響裂紋大小。隨著臭氧濃度的增大，輪胎龜裂程度越來越明顯；靜態(tài)臭氧老化條件下輪胎裂紋趨向于稀疏寬大，動態(tài)臭氧老化條件下輪胎裂紋趨向于細(xì)小密集。本次輪胎動態(tài)和靜態(tài)臭氧老化試驗研究對輪胎龜裂等級評定有重要指導(dǎo)作用。