涂覆式刺扎自密封輪胎涂層對輪胎性能的影響

王克先，牟守勇，李偉勝，鄭 蕊

（1.北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計院有限公司，北京 100143；2.全國輪胎輪輞標準化技術(shù)委員會，北京 100143；3.浙江科泰安輪胎有限公司，浙江 金華 321200）

涂覆式刺扎自密封輪胎是指在胎冠內(nèi)表面涂覆了自密封材料，在胎冠處被異物刺穿后，異物無論是拔出還是保留在胎冠內(nèi)，仍具有良好密封性能的輪胎[1-2]。由于刺扎自密封輪胎在受到異物刺扎后能夠保持氣壓，使得車輛可以繼續(xù)行駛且乘坐舒適性比自體支撐型缺氣保用輪胎更好，因此受到一部分消費者的青睞。近年來隨著刺扎自密封輪胎涂層技術(shù)的進步以及涂覆工藝的發(fā)展，越來越多的國內(nèi)外輪胎生產(chǎn)企業(yè)在市場推出該類產(chǎn)品。目前已有德國大陸輪胎公司、法國米其林公司和美國固特異輪胎橡膠公司等輪胎生產(chǎn)企業(yè)向汽車制造商提供配套自密封輪胎[3]。

本工作主要針對涂覆涂層的刺扎自密封輪胎和未涂覆涂層的輪胎進行室內(nèi)高速和耐久性能、滾動阻力、室內(nèi)噪聲、均勻性和動平衡試驗，并對刺扎自密封輪胎在常溫和低溫下的靜態(tài)氣密性進行測試，研究涂層對輪胎相關(guān)性能的影響。

1 實驗

1.1 試驗輪胎

試驗選取同一廠家生產(chǎn)的同一批次205/55R16輪胎。

1.2 試驗方法

1.2.1 高速性能和耐久性試驗

試驗項目及相關(guān)試驗輪胎數(shù)量如表1所示。

表1 試驗項目及相關(guān)試驗輪胎數(shù)量

高速性能按照GB/T 4502—2016《轎車輪胎性能室內(nèi)試驗方法》進行測試[4]。

耐久性試驗的第1階段按照GB/T 4502—2016中的規(guī)定進行34 h試驗，第2階段試驗保持負荷不變，調(diào)整充氣壓力至160 kPa，繼續(xù)進行試驗至80 h。

扎釘時沿輪胎周向確定6個等分位置，依次扎入直徑分別為6，4，3，6，4和3 mm的6枚鋼釘。

1.2.2 滾動阻力和室內(nèi)噪聲試驗

選取12條試驗輪胎，其中6條進行滾動阻力試驗，編號為P1—P6，另外6條進行輪胎室內(nèi)噪聲試驗，編號為P7—P12。將未涂覆涂層的試驗輪胎先進行滾動阻力和室內(nèi)噪聲試驗，試驗結(jié)束后對輪胎涂覆涂層后再進行滾動阻力和室內(nèi)噪聲試驗，對比涂層對輪胎滾動阻力和室內(nèi)噪聲性能的影響。

1.2.3 動平衡和均勻性試驗

選取5條試驗輪胎，編號為A—E。將未涂覆涂層的試驗輪胎先進行動平衡和均勻性試驗，試驗結(jié)束后對輪胎進行涂覆涂層，再重新進行動平衡和均勻性試驗，對比涂層對輪胎的動平衡和均勻性的影響。

1.2.4 靜態(tài)氣密性

刺扎自密封輪胎的靜態(tài)氣密性試驗主要從常溫和低溫氣密性2個方面開展，分別在常溫和低溫狀態(tài)下進行扎釘后拔出和扎釘后不拔出的輪胎氣密性試驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 高速和耐久性試驗

方案1的3條試驗輪胎高速性能測試結(jié)果均達到標準要求。在耐久性試驗中，3條試驗輪胎在規(guī)定的試驗條件下進行80 h試驗后，累計行駛里程為9 600 km，輪胎無損壞。

方案2的3條試驗輪胎高速性能測試結(jié)果均達到標準要求。在耐久性試驗中，第1階段按照國家標準規(guī)定，充氣壓力為180 kPa，試驗34 h后停機冷卻15～25 min，測量充氣壓力為260 kPa，輪胎無損壞。調(diào)整充氣壓力至160 kPa后繼續(xù)試驗，至80 h后停機，15～25 min后測量充氣壓力為190 kPa，外觀無損壞，并可通過檢驗。耐久性試驗后的方案2輪胎涂層如圖1所示。

圖1 耐久性試驗后的方案2輪胎涂層

方案3輪胎高速性能試驗將輪胎充氣到250 kPa后，沿輪胎外周扎入6枚鋼釘，停放15 min后測量輪胎充氣壓力為250 kPa，再依次拔出6枚鋼釘，調(diào)整輪胎充氣壓力并按照GB/T 4502—2016中的相關(guān)要求進行試驗。3條試驗輪胎高速性能測試結(jié)果均達到標準要求且試驗后輪胎涂層無明顯變化（見圖2）。耐久性試驗的3條輪胎按照要求扎釘并拔出后，經(jīng)過80 h的耐久性試驗后，測量充氣壓力不低于初始充氣壓力的95%，輪胎外觀無脫層、簾布層裂縫、簾線剝離和簾線斷裂等缺陷，試驗后涂層無明顯變化（見圖3）。

圖2 高速性能試驗后的方案3輪胎涂層

圖3 耐久性試驗后的方案3輪胎涂層

方案4輪胎高速性能試驗將6枚鋼釘依次扎入輪胎，按照國家標準要求進行試驗。3條試驗輪胎高速性能測試結(jié)果均達到標準要求，其中有2條試驗輪胎的鋼釘在測試過程中出現(xiàn)脫落。將輪胎和輪輞的組合體拆卸后觀察，其中2條試驗輪胎涂層基本無變化，但另外1條試驗輪胎的涂層有部分隆起，其試驗前后涂層對比如圖4所示。

圖4 方案4輪胎高速性能試驗前后涂層對比

方案4輪胎耐久性試驗第1階段按照GB/T 4502—2016測試至34 h，停機冷卻15～25 min后，測量充氣壓力為190 kPa，調(diào)整至160 kPa后繼續(xù)試驗至80 h，試驗結(jié)束后按照國家標準中的判定要求對試驗輪胎進行檢測，測試結(jié)果均達到標準要求。待試驗輪胎冷卻至室溫，拔掉鋼釘后，其中直徑為6 mm的鋼釘在拔出后輪胎明顯漏氣，不能自封。試驗后輪胎涂層無明顯變化（見圖5）。

圖5 耐久性試驗后的方案4輪胎涂層

由輪胎高速和耐久性試驗結(jié)果可以看出，輪胎在試驗前后涂層基本無變化（無走位、堆疊、流掛和起泡），只有1條輪胎內(nèi)涂覆膠層有一條堆疊隆起，這可能是由于工藝加工分界線，導(dǎo)致高速性能試驗后，膠層向分界線的低凹處擠壓，熱變形后隆起堆疊。此外，在胎內(nèi)涂覆涂層扎釘不拔出（帶釘）耐久性試驗結(jié)束后，出現(xiàn)了直徑較大的鋼釘拔出后輪胎不能自封的現(xiàn)象。

2.2 滾動阻力和室內(nèi)噪聲試驗

2.2.1 滾動阻力

輪胎涂覆涂層前后滾動阻力系數(shù)如表2所示。

表2 輪胎涂覆涂層前后滾動阻力系數(shù)

從表2可以看出：噴涂涂層后每條輪胎質(zhì)量增大在1.55～1.80 kg之間，平均增大1.66 kg；噴涂涂層后滾動阻力系數(shù)增大在0.14～0.44 N·kN-1之間，平均增大0.28 N·kN-1。整體來看，噴涂涂層對輪胎的滾動阻力影響不大。

2.2.2 室內(nèi)噪聲試驗

根據(jù)GB/T 32789—2016《輪胎噪聲測試方法轉(zhuǎn)鼓法》[5]，對每條輪胎涂覆涂層前后的室內(nèi)噪聲進行測試，并選取速度為80 km·h-1下噪聲值進行比較，結(jié)果見表3。

從表3可以看出：試驗輪胎在涂覆涂層后的室內(nèi)噪聲整體呈現(xiàn)上升趨勢，涂覆前后試驗輪胎室內(nèi)噪聲最小差值為2.2 dB（A），最大差值為6.0 dB（A），平均差值為4.05 dB（A）?？傮w來看，涂覆涂層后輪胎室內(nèi)噪聲有所增大。

表3 輪胎涂覆涂層前后室內(nèi)噪聲對比 dB（A）

2.3 動平衡和均勻性試驗

2.3.1 動平衡

按照要求對涂覆涂層前后的試驗輪胎進行動平衡試驗[6]，涂覆涂層前后動平衡對比如表4所示。

從表4可以看出，輪胎B和C在涂覆涂層后靜不平衡量有所增大，其余輪胎均有所減小。涂覆涂層對不同試驗輪胎的靜不平衡量影響不一。

表4 輪胎涂覆涂層前后靜不平衡量對比 g·cm

2.3.2 均勻性

按照要求分別對涂覆涂層前后的試驗輪胎進行均勻性試驗[7]，對比結(jié)果如表5所示。

從表5可以看出，涂覆涂層對輪胎的均勻性影響不大。由于噴涂層有一定的厚度，客觀上略微提高了輪胎的徑向和側(cè)向剛性，反而使得輪胎的均勻性效應(yīng)有所減小。

表5 輪胎涂覆涂層前后均勻性對比 N

2.4 靜態(tài)氣密性

2.4.1 常溫氣密性

在溫度為（25±5） ℃環(huán)境中，將6條試驗輪胎保持充氣壓力為250 kPa狀態(tài)下，刺扎入6枚直徑為（6±0.2） mm的鋼釘后立即拔出，停放24 h后輪胎的充氣壓力分別為246，248，247，245，245和247 kPa。

另取3條試驗輪胎，在充氣壓力保持在250 kPa的狀態(tài)下扎入6枚直徑為（6±0.2） mm的鋼釘后不拔出，停放24 h后輪胎的充氣壓力分別為246，248和247 kPa。

從試驗數(shù)據(jù)可以看出，在常溫狀態(tài)下，涂覆涂層的刺扎自密封輪胎在扎釘后無論是拔出還是不拔出，在停放24 h后的充氣壓力與初始充氣壓力差別不大。

2.4.2 低溫氣密性

保持輪胎初始充氣壓力為250 kPa，取10條試驗輪胎在溫度為－30～－25 ℃的環(huán)境下連續(xù)冰凍12 h后取出，立即扎入6枚直徑為（6±0.2） mm的鋼釘并立即拔出，停放24 h后測得輪胎的充氣壓力分別為246，250，248，247，250，245，250，248，247和248 kPa。

保持輪胎初始充氣壓力為250 kPa，另取4條試驗輪胎扎入6枚直徑為（6±0.2） mm的鋼釘，在溫度為－30～－25 ℃的環(huán)境下連續(xù)冰凍12 h后取出，并在2 min內(nèi)拔出所有鋼釘，再停放24 h后測得輪胎的充氣壓力分別為0，210，0和0 kPa。

由試驗結(jié)果可以看出：涂覆式刺扎自密封輪胎在低溫狀態(tài)下停放12 h后扎釘并立即拔出，輪胎充氣壓力與初始充氣壓力相差不大；如果輪胎扎釘后不拔出，在低溫狀態(tài)下停放12 h后再立即拔出鋼釘，會出現(xiàn)輪胎不能自封而漏氣的現(xiàn)象，這主要是由于涂層為彈性體，長時間在扎釘?shù)蜏貭顟B(tài)下形成記憶，拔釘后不能及時恢復(fù)原來狀態(tài)。

3 結(jié)論

本工作對涂覆式刺扎自密封輪胎在涂覆涂層前后的室內(nèi)高速性能和耐久性能、滾動阻力、室內(nèi)噪聲、均勻性、動平衡和靜態(tài)氣密性等進行了研究，得到如下結(jié)論。

（1）涂覆式刺扎自密封輪胎室內(nèi)高速性能和耐久性試驗結(jié)果可達到標準要求，試驗前后涂層基本無變化（無走位、堆疊、流掛和起泡）。

（2）涂覆式刺扎自密封輪胎涂層對輪胎的滾動阻力影響不大，對輪胎室內(nèi)噪聲有一定的影響，涂覆涂層后輪胎的室內(nèi)噪聲有所增大。

（3）涂覆涂層對試驗輪胎動平衡性能有一定影響，對不同試驗輪胎的靜不平衡量影響不一；涂覆涂層對試驗輪胎的均勻性影響不大。

（4）在常溫狀態(tài)下，涂覆式刺扎自密封輪胎能夠較好地保持輪胎氣密性；在低溫狀態(tài)下，扎釘后及時拔出也能保持較好的輪胎自密封性能，但低溫狀態(tài)下釘子長時間停留在輪胎內(nèi)，拔出后可能會出現(xiàn)不能自密封的現(xiàn)象。

涂覆式刺扎自密封輪胎在受到異物刺扎后能夠保持輪胎充氣壓力，在一定程度上保證了車輛的行駛安全，也為消費者提供了一種新的安全輪胎選擇。但任何一種輪胎都不是絕對安全的，涂覆式刺扎自密封輪胎在異物長時間保留在輪胎內(nèi)的情況下，也會出現(xiàn)拔出異物后漏氣的現(xiàn)象。此外，此類輪胎在拔出異物達到自密封的同時，由于胎面受到一定損傷，損傷部位在長時間受外部環(huán)境影響下也存在一定的安全隱患。因此建議裝配涂覆式刺扎自密封輪胎的車輛安裝胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，并定期檢查輪胎的外觀和胎壓，如發(fā)現(xiàn)輪胎被異物刺扎，應(yīng)及時清理異物并咨詢專業(yè)人員進行輪胎永久性維修或更換。