子午線輪胎用差異化冠帶層簾線的開發(fā)與應(yīng)用

許其軍，王曉龍，劉全來，陸福梅，顏學(xué)龍，江曉峰，華潤稼，嚴 誠，郁子平，劉春峰，劉曉芳，陳 想，王丹靈

[1.江蘇太極實業(yè)新材料有限公司，江蘇 揚州 225006；2.雙錢集團（安徽）回力輪胎有限公司，安徽 蕪湖 241000；3.山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠 265400；4.中策橡膠集團股份有限公司，浙江 杭州 310018]

1946年，米其林輪胎公司相繼在法國、美國申請了第1項子午線輪胎專利[1-2]。子午線輪胎的發(fā)明是輪胎工業(yè)的一場技術(shù)革命，大大地推動了輪胎工業(yè)的發(fā)展。

1970年，倍耐力公司提出了一種新結(jié)構(gòu)的子午線輪胎[3]，在鋼絲帶束層外層設(shè)置錦綸骨架材料的加強層（或稱冠帶層）[4]。

錦綸66簾線冠帶層的使用提高了子午線輪胎的性能，特別是高速性能。目前冠帶層的主要形式有兩種，一種是錦綸材料分布在胎肩部位，僅覆蓋住帶束層兩側(cè)邊緣；另一種是錦綸材料將鋼絲帶束層完全覆蓋。錦綸簾線冠帶層主要用于限制輪胎高速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生離心力，減小輪胎的膨脹變形，提高輪胎的高速性能和耐久性能。

對冠帶層用纖維材料的性能要求如下：硫化溫度下具有較低的熱收縮率；在使用溫度下具有較高的模量和熱收縮力；在使用應(yīng)力下熱收縮力保持率高，即蠕變小[4-5]。因此，一直以來冠帶層骨架材料以錦綸66簾線為主。由于錦綸66簾線的模量和玻璃化溫度較低，尺寸穩(wěn)定性較差，錦綸66簾線冠帶層容易造成輪胎平點等缺陷。隨著新的纖維材料的出現(xiàn)，人們開始不斷嘗試其他纖維材料在輪胎冠帶層中的應(yīng)用。

目前主要應(yīng)用研究的子午線輪胎冠帶層用骨架材料有：錦綸66簾線、生物基聚酰胺56（PA56）簾線、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）簾線、PET/錦綸66混合簾線、芳綸/錦綸66或PET混合簾線等[6]。

我公司開發(fā)的生物基PA56簾線、PET簾線、混合簾線等子午線輪胎用冠帶層纖維材料在多家輪胎企業(yè)進行了應(yīng)用試驗研究，評價結(jié)果良好?，F(xiàn)將各類子午線輪胎用差異化冠帶層簾線的開發(fā)與應(yīng)用情況介紹如下。

1 生物基PA56冠帶層簾線

1.1 研究背景

錦綸66簾線作為冠帶層骨架材料，是輪胎工業(yè)的重要骨架材料。但其生產(chǎn)所需關(guān)鍵原料己二腈制造技術(shù)的國產(chǎn)化和產(chǎn)能的進一步提高仍待突破。

在“碳中和、碳達峰”的大背景之下，輪胎行業(yè)的原材料結(jié)構(gòu)加速調(diào)整，可持續(xù)發(fā)展、生物基來源、回收再利用將成為輪胎行業(yè)未來發(fā)展趨勢。輪胎用骨架材料也必然需要向這一方向努力。生物基PA56的原材料戊二胺由生物質(zhì)發(fā)酵方法獲得。生物基PA56的生物基質(zhì)量分數(shù)可達到0.45，有效地減少了化石原料（例如石油）的使用，從而減少了碳排放，見表1。

表1 不同纖維材料碳足跡評價結(jié)果 kg（CO2 eq.）

1.2 生物基PA56簾線及輪胎試驗情況

我公司通過2年的技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)并生產(chǎn)出生物基PA56高強力工業(yè)絲及子午線輪胎冠帶層用浸膠簾布。生物基PA56冠帶層簾線與錦綸66冠帶層簾線性能對比見表2。

由表2可見，生物基PA56冠帶層簾線與錦綸66冠帶層簾線性能相當[7]。

表2 930dtex/2生物基PA56冠帶層簾線與錦綸66冠帶層簾線性能對比

我公司生產(chǎn)的930dtex/2生物基PA56浸膠簾布進行了多家輪胎企業(yè)的輪胎性能評價。使用生物基PA56簾線冠帶層的輪胎與使用錦綸66簾布冠帶層的輪胎性能對比見表3—6[8-9]。

表3 雙錢集團（安徽）回力輪胎有限公司簾線性能分析

多家輪胎企業(yè)的輪胎試驗數(shù)據(jù)顯示，生物基PA56簾線冠帶層輪胎各項性能均達到國家標準要求，與錦綸66簾線冠帶層輪胎性能相當。

1.3 生物基PA56簾線冠帶層量產(chǎn)輪胎數(shù)據(jù)

雙錢集團（安徽）回力輪胎有限公司在對生物基PA56簾線冠帶層輪胎進行試制試驗后，進行了多規(guī)格輪胎的量產(chǎn)。部分量產(chǎn)輪胎性能見表7。

表7 雙錢集團（安徽）回力輪胎有限公司部分量產(chǎn)輪胎性能

2 PET/錦綸66和PET/PA56混合冠帶層簾線

混合簾線是指將兩種不同纖維材料按照一定方式混捻在一起，得到一種具有全新特性的簾線。其在某個形變區(qū)域體現(xiàn)其中一種材料的特性，而在另一個形變區(qū)域則體現(xiàn)兩種材料特性?？偟膩碚f，混合簾線將多種材料的優(yōu)勢特性匯集于一身，克服了單一材料的性能缺陷。

2.1 PET/錦綸66混合冠帶層簾線

PET簾線的優(yōu)點是尺寸穩(wěn)定性好、起始模量高、價格較低。另一方面，錦綸66簾線具有更高的強力、斷裂伸長率、膠料粘合性能，但是尺寸穩(wěn)定性較差。聚酯簾線和錦綸簾線在輪胎中作為骨架材料的應(yīng)用已受到工程技術(shù)人員較高認可度。通過設(shè)計PET/錦綸66混合纖維，制造一種新型混合簾線成為骨架材料生產(chǎn)企業(yè)研究的重點。我公司生產(chǎn)的PET/錦綸66冠帶層混合簾線性能見表8。

表8 1100dtex PET/930dtex錦綸66混合簾線與錦綸66簾線性能對比

PET/錦綸66冠帶層混合簾線在雙錢集團（安徽）回力輪胎有限公司進行了輪胎試制和輪胎性能分析，數(shù)據(jù)分析見表9。

表9 雙錢集團（安徽）回力輪胎有限公司1100dtex PET/930dtex錦綸66混合簾線冠帶層試制輪胎性能評價

表4 雙錢集團（安徽）回力輪胎有限公司試制成品輪胎性能

表5 山東玲瓏輪胎股份有限公司試制成品輪胎性能

表6 中策橡膠集團股份有限公司試制成品輪胎性能

2.2 PET/生物基PA56混合冠帶層簾線

不同類型的輪胎對骨架材料的性能要求也不同，通過混捻工藝將PET與生物基PA56制成混合簾線，可以實現(xiàn)PET簾線與生物基PA56簾線之間性能的互補，為輪胎制造提供差異化性能的骨架材料，可為輪胎企業(yè)提升品質(zhì)、降低成本提供更多的選擇。PET/生物基PA56混合簾線與錦綸66簾線的性能對比見表10。

表10 1100dtex PET/930dtex生物基PA56混合簾線與錦綸66簾線性能對比

使用PET/生物基PA56混合簾線冠帶層制造的輪胎性能見表11。

表11 雙錢集團（安徽）回力輪胎有限公司1100dtex PET/930dtex生物基PA56混合簾線冠帶層試制輪胎性能評價

3 PET冠帶層簾線

PET簾線作為輪胎冠帶層用骨架材料，既需要優(yōu)良的物理性能，同時要求與膠料有較好的粘合性能。PET冠帶層用簾線的制造技術(shù)復(fù)雜，需要從纖維特性、粘合配方、加工工藝等多方面綜合考慮，生產(chǎn)技術(shù)具有一定的難度。一直以來，各輪胎和骨架材料生產(chǎn)企業(yè)都在致力于研究聚酯纖維冠帶層材料。目前，日本普利司通等國外企業(yè)已取得了一些突破進展。

我公司緊跟行業(yè)趨勢，研發(fā)并制造了PET冠帶層浸膠簾布，并在雙錢集團（安徽）回力輪胎有限公司進行了輪胎試驗及性能評價，結(jié)果如表12和13所示。

由表12和13可見，使用PET簾線冠帶層的W速度級別輪胎性能已經(jīng)達到現(xiàn)有錦綸66簾線冠帶層輪胎的水平。

表12 1100dtex/2 PET冠帶層簾線理化性能

表13 1100dtex/2 PET簾線冠帶層輪胎性能評價

4 高性能混合簾線

芳綸簾線強力和模量高，耐熱性能良好，在高溫下模量變化小，是較理想的高端輪胎骨架材料。但是芳綸簾線伸長率小、耐疲勞性能差、價格高等缺點也限制了其在輪胎中的應(yīng)用。

圍繞芳綸與錦綸66或PET混合簾線的研究也是各大公司關(guān)注的焦點。

5 結(jié)語

錦綸66簾線作為子午線輪胎冠帶層用骨架材料，其技術(shù)成熟，上下游產(chǎn)業(yè)配套完善。隨著新材料和新工藝的發(fā)展，出現(xiàn)了生物基PA56簾線、PET簾線、PET/錦綸66混合簾線、PET/生物基PA56混合簾線等差異化的冠帶層骨架材料。這些新型冠帶層骨架材料需要簾線生產(chǎn)企業(yè)與輪胎生產(chǎn)企業(yè)共同合作開發(fā)及進行性能試驗和評價，才能推動其進入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

伴隨市場需求的多樣化、原材料的技術(shù)進步及政策法規(guī)的引導(dǎo)，子午線輪胎用冠帶層簾線將出現(xiàn)錦綸66簾線與多種差異化簾線并存發(fā)展的新局面。