新型鋼絲簾線在全鋼輕型載重子午線輪胎輕量化設(shè)計中的應(yīng)用

王傳志，劉連波，王天石，張 杰，許 冰

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

近幾年，根據(jù)國家節(jié)能減排要求，同時伴隨我國環(huán)保治理力度的不斷加大，全球范圍內(nèi)原材料價格上漲，通過材料替代，降低生產(chǎn)能耗和材料成本、提高產(chǎn)品性能已成為輪胎行業(yè)發(fā)展的必然趨勢[1]。新型鋼絲簾線的研究與應(yīng)用也成為提升輪胎企業(yè)競爭力的重要手段[2-3]。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公路運(yùn)輸業(yè)發(fā)展迅速，超載治理力度不斷增大，車型、車輛的使用環(huán)境也發(fā)生了很大變化[4]。大中型城市已禁止大型貨車進(jìn)入市區(qū)，市區(qū)內(nèi)的物流運(yùn)輸主要由輕型、微型卡車承擔(dān)；同時伴隨鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，輕型、微型卡車的需求量也逐年增大[5]。在此發(fā)展背景下，輕型載重輪胎的需求量將迎來新的增長，其使用規(guī)格主要集中在6.50R16，7.00R16和7.50R16等上[6-7]。

本工作從骨架材料方面入手，對7.50R16LT全鋼輕型載重子午線輪胎輕量化產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)行鋼絲簾線升級換代[8]，從而減小輪胎質(zhì)量、降低成本，同時提高產(chǎn)品性能。

1 實驗

1.1 主要原材料

4＋3×0.33ST，3＋8×0.22ST，3×7×0.175HE，3×0.20＋6×0.35HT，3＋9×0.22HT＋0.15和3×7×0.20HE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

四輥鋼絲簾布壓延生產(chǎn)線，日本IHI株式會社產(chǎn)品；15°鋼絲簾布裁斷機(jī)和90°鋼絲簾布裁斷機(jī)，德國費(fèi)舍爾熱工有限公司產(chǎn)品；全鋼一次法成型機(jī)，中航工業(yè)北京航空制造工程研究所產(chǎn)品；全鋼耐久試驗機(jī)，天津久榮工業(yè)技術(shù)有限公司產(chǎn)品；電子拉力測試機(jī)，美國MTS系統(tǒng)科技公司產(chǎn)品；Taber剛度儀，美國泰伯機(jī)械公司產(chǎn)品；環(huán)帶疲勞試驗機(jī)，濟(jì)南聯(lián)工測試技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

1.3 性能測試

鋼絲簾線性能按照GB/T 11181—2016《子午線輪胎用鋼簾線》進(jìn)行測試。

成品輪胎性能按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 鋼絲簾線結(jié)構(gòu)與特性

6種鋼絲簾線的截面對比如圖1所示。

圖1 鋼絲簾線截面對比

從圖1（a）和（b）可以看出：3×0.20＋6×0.35HT鋼絲簾線為普通雙層纏繞圓形結(jié)構(gòu)，中間由3根股線捻制而成，外層由6根股線環(huán)繞中心3根股線異向捻制而成，層與層之間為點接觸，壓延時中間芯股易出現(xiàn)滲膠不完全現(xiàn)象；而4＋3×0.33ST鋼絲簾線為更易滲膠的開放型結(jié)構(gòu)（略帶輕微不規(guī)則），股線數(shù)量更少，能有效減小輪胎質(zhì)量，排列更簡單，且股線均為同向捻制而成，線與線之間為線接觸，鋼絲簾線壓延時的滲膠性能更優(yōu)異。

從圖1（c）和（d）可以看出：3＋9×0.22HT＋0.15和3＋8×0.22ST鋼絲簾線均為傳統(tǒng)圓形分層纏繞結(jié)構(gòu)，兩層股線為同向纏繞捻制而成；3＋9×0.22HT＋0.15鋼絲簾線比3＋8×0.22ST鋼絲簾線多1層異向捻制的外纏絲，對3＋9×0.22HT＋0.15鋼絲簾線壓延時的滲膠有一定限制，但外纏絲會增大鋼絲簾線的緊密程度，提高簾線的剛性，防止裁斷后出現(xiàn)簾線散頭問題。

從圖1（e）和（f）可以看出：3×7×0.20HE鋼絲簾線與3×7×0.175HE鋼絲簾線的結(jié)構(gòu)相同，僅股線直徑不同。

6種鋼絲簾線的性能對比如表1所示。

表1 鋼絲簾線性能對比

從表1可以看出，在帶束層中，4＋3×0.33ST鋼絲簾線與3×0.20＋6×0.35HT鋼絲簾線的破斷力相同，但4＋3×0.33ST鋼絲簾線的直徑減小了約3%，線密度減小了11%，彎曲剛度增大了4%，覆膠彎曲剛度增大了43%，沖擊吸收率提高了14%，滲膠率提高了3%。在不增大壓延簾布密度的前提下，與3×0.20＋6×0.35HT鋼絲簾線相比，4＋3×0.33ST鋼絲簾線的強(qiáng)度相同，質(zhì)量減小，成本降低，性能更優(yōu)。

在胎體中，3＋8×0.22ST鋼絲簾線比3＋9×0.22HT＋0.15鋼絲簾線的直徑減小了約20%，破斷力減小了約3%，線密度減小了13.5%，彎曲剛度減小了45%，覆膠彎曲剛度減小了14%，但兩種鋼絲簾線的沖擊吸收率基本相同，且3＋8×0.22ST鋼絲簾線的滲膠率提高了20%。

0°帶束層主要起到箍緊輪胎的作用，減小輪胎胎冠部位的周向變形，降低1#帶束層與2#帶束層端部層間剪切應(yīng)力和帶束層端部區(qū)域的應(yīng)變能[9-10]，大幅提高輪胎的耐久性能，減少輪胎肩空現(xiàn)象。與3×7×0.20HE鋼絲簾線相比，3×7×0.175HE鋼絲簾線的直徑減小了29%，線密度減小了24%，在不改變壓延密度的前提下，3×7×0.175HE鋼絲簾線的質(zhì)量和成本都更具優(yōu)勢。

2.2 工藝性能

采用四輥鋼絲簾布壓延機(jī)壓延，在壓延過程中6種鋼絲簾線無打褶、稀線、跳線等問題，壓延簾布表面光滑平整，覆膠性能良好，裁斷后簾布邊部切口整齊，鋼絲簾線不松散，無變形，邊部無翹頭問題。

6種鋼絲簾布的壓延參數(shù)對比見表2。

表2 鋼絲簾布壓延參數(shù)對比 %

2.3 滲膠性能

膠料的滲透性能對于輪胎用鋼絲簾線十分重要，鋼絲簾線滲膠性能好，可有效地阻止外界水、汽等對鋼絲簾線的侵蝕，保證鋼絲簾線與膠料之間有長期穩(wěn)定的粘合力，減少輪胎使用過程中的脫空問題，從而延長輪胎的使用壽命。

鋼絲簾線滲膠后的截面對比如圖2所示，鋼絲簾線與膠料的粘合性能對比見表3和4。3×7×0.20HE鋼絲簾線與3×7×0.175HE鋼絲簾線的結(jié)構(gòu)相同，僅股線直徑不同，滲膠情況相當(dāng)，在此不做贅述。

從圖2（a）和（b）可以看出，3×0.20＋6×0.35HT鋼絲簾線中心股絲間存在滲膠不完全現(xiàn)象，而4＋3×0.33ST鋼絲簾線是由直徑相同的股絲同向捻制而成的全滲膠結(jié)構(gòu)鋼絲簾線，滲膠性能良好。

從圖2（c）和（d）可以看出，受鋼絲簾線結(jié)構(gòu)影響，3＋8×0.22ST和3＋9×0.22HT＋0.15鋼絲簾線的中心股絲之間均存在不同程度的滲膠不完全現(xiàn)象，但3＋9×0.22HT＋0.15鋼絲簾線滲膠不完全現(xiàn)象相對嚴(yán)重。

圖2 鋼絲簾線滲膠后的截面對比

從表3可以看出，與3×0.20＋6×0.35HT鋼絲簾線相比，4＋3×0.33ST鋼絲簾線的粘合力、剝離強(qiáng)度和剝離力分別提高了39%，14%和14%。

表3 4＋3×0.33ST與3×0.20＋6×0.35HT鋼絲簾線的膠料粘合性能對比 %

從表4可以看出，與3＋9×0.22HT＋0.15鋼絲簾線相比，3＋8×0.22ST鋼絲簾線的粘合力、剝離強(qiáng)度和剝離力分別提高了9%，5%和5%。

表4 3＋8×0.22ST與3＋9×0.22HT＋0.15鋼絲簾線的膠料粘合性能對比 %

鋼絲簾線粘合性能的提高有助于提高輪胎的耐久性能。

2.4 成品性能

采用4＋3×0.33ST，3＋8×0.22ST和3×7×0.175HE鋼絲簾線（方案1）分別替代3×0.20＋6×0.35HT，3＋9×0.22HT＋0.15和3×7×0.20HE鋼絲簾線（方案2）應(yīng)用于7.50R16LT全鋼輕型載重子午線輪胎的帶束層、胎體和0°帶束層中，由于鋼絲簾線的線密度減小，因此輪胎的質(zhì)量也相應(yīng)減小。

兩種方案輪胎的成品性能對比如表5所示。

從表5可以看出，兩種方案輪胎的成品性能相當(dāng)，且均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)和我公司內(nèi)控指標(biāo)要求。

表5 成品輪胎性能對比

2.5 成本分析

兩種方案輪胎的質(zhì)量對比如表6所示。

從表6可以看出，與方案2輪胎相比，方案1輪胎的帶束層、胎體和0°帶束層的簾布質(zhì)量分別減小了7%，7%和17%，簾布質(zhì)量整體減小了7.6%，整胎質(zhì)量減小近2%。由此可見，采用新型鋼絲簾線4＋3×0.33ST，3＋8×0.22ST和3×7×0.175HE制造的輪胎更具成本優(yōu)勢。

表6 輪胎的質(zhì)量對比

3 結(jié)論

采 用 新 型 鋼 絲 簾 線4＋3×0.33ST，3＋8×0.22ST和3×7×0.175HE分別替代傳統(tǒng)鋼絲簾線3×0.20＋6×0.35HT，3＋9×0.22HT＋0.15和3×7×0.20HE應(yīng)用于7.50R16LT全鋼輕型載重子午線輪胎的帶束層、胎體和0°帶束層中，在保證成品輪胎使用性能的前提下，可以減小輪胎質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。