三相合金鍍層鋼絲簾線在全鋼載重子午線輪胎帶束層中的應(yīng)用

石漢臣，吳曉宇，劉興華

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550201）

全鋼載重子午線輪胎中，鋼絲簾線骨架材料與橡膠之間的粘合一般通過在膠料中添加一定比例的鈷鹽實現(xiàn)[1-6]。隨著國家環(huán)保要求越來越高、鈷鹽價格逐年上升，輪胎制造成本隨之增大。為了應(yīng)對越來越高的制造成本，新型三相合金鍍層鋼絲簾線應(yīng)運(yùn)而生，完美契合了輪胎廠家降低制造成本的要求。三相合金鍍層鋼絲簾線是將鈷鹽鍍在鋼絲簾線表面，同時配合不添加鈷鹽的膠料，硫化過程中通過鋼絲簾線表面的鈷鹽與橡膠發(fā)生粘合反應(yīng)，實現(xiàn)鋼絲簾線與膠料交聯(lián)的目的[7]。

1 帶束層對鋼絲簾線的性能要求

帶束層是對輪胎的輪廓、強(qiáng)度、耐久性能和動態(tài)特性等影響最大的部位[8-9]。在4層帶束層設(shè)計方案中，2#和3#帶束層是工作層，起箍緊輪胎使其外直徑不向外脹大的作用；同時，2#和3#帶束層作為工作層，要保證輪胎的冠部剛性，故需要具有拉伸小、剛性和強(qiáng)度大的特性[10]。

2 三相合金鍍層鋼絲簾線的特點

三相合金鍍層鋼絲簾線鍍層由銅、鋅、鈷3種金屬元素按照一定比例組成。用于與橡膠粘合的鈷元素鍍層分布于鋼絲簾線與橡膠的接觸界面，以便于參與橡膠與鋼絲簾線的交聯(lián)反應(yīng)。因此，鈷元素是3種金屬元素中含量最小的一種，質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為10%以下。采用三相合金鍍層鋼絲簾線時鈷的用量與將鈷鹽加入膠料中的傳統(tǒng)工藝相比降幅達(dá)到80%以上。

本研究將3＋8×0.33ST超高強(qiáng)度三相合金鍍層鋼絲簾線用于國內(nèi)使用量很大的12R22.5規(guī)格輪胎，胎面花紋選用適合長途高速運(yùn)輸?shù)臈l形縱向花紋，研究三相合金鍍層鋼絲簾線在載重子午線輪胎帶束層中的應(yīng)用效果。

3 帶束層膠配方調(diào)整

在原生產(chǎn)配方中去掉鈷鹽，調(diào)整炭黑和促進(jìn)劑用量，得到全新的帶束層膠試驗配方，原生產(chǎn)配方與試驗配方帶束層膠的拉伸性能對比如圖1所示。從圖1可以看出，調(diào)整后帶束層膠的100%定伸應(yīng)力基本沒有變化，300%定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度有所提高，其中拉伸強(qiáng)度提高2 MPa。

圖1 原生產(chǎn)配方與試驗配方帶束層膠的拉伸性能對比

4 輪胎試制

采用3＋8×0.33ST三相合金鍍層鋼絲簾線配合試驗配方帶束層膠生產(chǎn)2#和3#帶束層用大卷簾布。2#和3#帶束層簾布的壓延厚度、密度及裁斷寬度、裁斷角度均不變，其他施工條件同正常生產(chǎn)12R22.5輪胎。

5 成品性能

5.1 外緣尺寸

12R22.5試驗輪胎按照930 kPa標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力充氣停放24 h后，檢測輪胎外緣尺寸，充氣外直徑為1 085 mm，充氣斷面寬為298 mm。輪胎充氣外緣尺寸符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

5.2 耐久性能

將試驗輪胎與正常生產(chǎn)輪胎在同一臺機(jī)床按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耐久性能測試對比，測試標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 930 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 3 550 kg，結(jié)果如表1所示。

表1 輪胎耐久性能對比 h

從表1可以看出：采用三相合金鍍層鋼絲簾線帶束層生產(chǎn)的試驗輪胎耐久性試驗平均累計行駛時間為75.0 h；同規(guī)格、同花紋正常生產(chǎn)輪胎耐久性試驗平均累計行駛時間為79.5 h。兩種輪胎耐久性試驗累計行駛時間差異不大，均遠(yuǎn)超國家標(biāo)準(zhǔn)要求的47 h。

5.3 低氣壓耐久性能

為驗證三相合金鍍層鋼絲簾線帶束層的耐久性能，將采用三相合金鍍層鋼絲簾線帶束層的試驗輪胎與正常生產(chǎn)輪胎做低氣壓（充氣壓力為600 kPa）耐久性能對比測試，結(jié)果如表2所示。

表2 輪胎低氣壓耐久性能對比 h

從表2可以看出：采用三相合金鍍層鋼絲簾線帶束層生產(chǎn)的試驗輪胎低氣壓耐久性試驗平均累計行駛時間為30.5 h；同規(guī)格、同花紋正常生產(chǎn)輪胎的低氣壓耐久性試驗平均累計行駛時間為29.5 h。試驗輪胎的低氣壓耐久性能略優(yōu)于正常生產(chǎn)輪胎。

5.4 帶束層剝離性能

三相合金鍍層鋼絲簾線與試驗配方帶束層膠是全新的粘合體系，為了驗證鋼絲簾線與膠料之間的粘合力，進(jìn)行了同規(guī)格、同花紋輪胎帶束層簾線的剝離測試，正常生產(chǎn)輪胎和試驗輪胎帶束層簾線剝離力分別為151和146 N。可以看出，試驗輪胎與正常生產(chǎn)輪胎帶束層簾線剝離力相當(dāng)。

5.5 輪胎路試

5.5.1 輪胎安裝及跟蹤信息

為了進(jìn)一步驗證三相合金鍍層鋼絲簾線的性能，將試驗輪胎與正常生產(chǎn)輪胎進(jìn)行同車交叉對比安裝路試。路試輪胎安裝及跟蹤信息如下：地點 江蘇；車型車況 6×4＋3半掛車；車貨總質(zhì)量 49 t；行駛路面 高速路面為主；行駛速度60～100 km·h-1；行駛距離 單邊1 200 km；安裝數(shù)量 22條；行駛里程 284 000 km。

5.5.2 裝車方案

路試輪胎裝車方案如圖2所示。

圖2 路試輪胎裝車方案

5.5.3 跟蹤情況

輪胎路試安裝照片如圖3和4所示，車輛跟蹤輪胎照片如圖5所示，路試輪胎磨耗里程信息如表3所示。

表3 路試輪胎磨耗里程信息

圖3 安裝車輛

圖5 車輛跟蹤輪胎

圖4 安裝輪胎

5.5.4 路試總結(jié)

路試輪胎使用1年零3個月，行駛里程284 000 km，試驗輪胎和正常生產(chǎn)輪胎均完好，試驗輪胎和正常生產(chǎn)輪胎平均單位磨耗量行駛里程分別為32 667和36 203 km·mm-1，試驗輪胎單位磨耗量行駛里程略低于正常生產(chǎn)輪胎，預(yù)計單胎磨耗里程達(dá)49萬km以上。

6 結(jié)語

采用三相合金鍍層鋼絲簾線和試驗配方帶束層膠生產(chǎn)的試驗輪胎的充氣外緣尺寸、耐久性能、低氣壓耐久性能以及耐磨性能等均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。采用新型三相合金鍍層鋼絲簾線與新型帶束層膠配合使用，可降低硫化體系中鈷鹽用量，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保生產(chǎn)。