4＋3×0.33ST超高強(qiáng)度鋼絲簾線在全鋼載重子午線輪胎帶束層中的應(yīng)用

邵先行，鄭 賓，楊 麗，鄭茂森，孫 凱，王 明

（1.八億橡膠有限責(zé)任公司，山東 棗莊 277800；2.江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司，江蘇 興化 225721）

輪胎作為車輛的重要部件之一，擔(dān)負(fù)著長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)闹厝?，安全性和耐久性能顯得尤為重要，但隨著時(shí)代的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)輪胎的環(huán)保性和節(jié)油性等又提出新的要求[1-4]。為了更好地滿足車主對(duì)綠色輪胎、經(jīng)濟(jì)適用的需求，同時(shí)響應(yīng)國(guó)家對(duì)新能源、新材料使用的號(hào)召，我公司始終堅(jiān)持以廣大用戶為中心，不斷進(jìn)行技術(shù)革新，致力于環(huán)保節(jié)能輪胎技術(shù)和產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，重視環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益的有機(jī)結(jié)合。

基于此，我公司與江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司開(kāi)展合作，研究4＋3×0.33ST超高強(qiáng)度鋼絲簾線在全鋼載重子午線輪胎帶束層中的應(yīng)用，以減小輪胎質(zhì)量，降低滾動(dòng)阻力，提高車輛的燃油效率，延長(zhǎng)輪胎使用壽命。

1 帶束層用鋼絲簾線的性能要求

國(guó)內(nèi)全鋼載重子午線輪胎帶束層根據(jù)其性能與作用分為工作層和保護(hù)層，其所用鋼絲簾線的性能要求如下[5-10]。

（1）帶束層工作層鋼絲簾線應(yīng)具有適合的強(qiáng)度和剛度，良好的膠料滲透性能及較低的結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)，與橡膠之間有較高的粘合力和粘合力保持率。

（2）保護(hù)層鋼絲簾線應(yīng)具有較高的抗沖擊性能和較大的破斷伸長(zhǎng)率以及良好的膠料滲透性能。

本工作研究4＋3×0.33ST鋼絲簾線替代2＋7×0.30ST鋼絲簾線在12R22.5全鋼載重子午線輪胎2#和3#帶束層工作層中的應(yīng)用。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 主要原材料

4＋3×0.33ST鋼絲簾線，江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司產(chǎn)品；2＋7×0.30ST鋼絲簾線，國(guó)內(nèi)某鋼絲簾線廠家產(chǎn)品。

2.2 主要試驗(yàn)設(shè)備

鋼絲簾布四輥壓延機(jī)，意大利魯?shù)婪蚬井a(chǎn)品；小角度鋼絲簾布裁斷機(jī)，桂林中昊力創(chuàng)機(jī)電設(shè)備有限公司產(chǎn)品；全鋼載重子午線輪胎三鼓成型機(jī)，軟控股份有限公司產(chǎn)品；輪胎綜合性能試驗(yàn)機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣優(yōu)美集團(tuán)產(chǎn)品；四工位高速耐久試驗(yàn)機(jī)，青島高校測(cè)控技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

2.3 性能測(cè)試

鋼絲簾線性能（直徑、線密度、破斷力及剛度等）按GB/T 11183—2003測(cè)試；成品輪胎外緣尺寸按照GB/T 521—2012和GB 9744—2015進(jìn)行測(cè)量及判定；強(qiáng)度性能按照GB/T 4501—2016進(jìn)行測(cè)試及判定；耐久性能按照GB/T 4501—2016要求進(jìn)行前期測(cè)試，47 h后停機(jī)檢查，然后按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)BYLT-BY-003-11—2020繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)。

3 結(jié)果與討論

3.1 鋼絲簾線性能

4＋3×0.33ST和2＋7×0.30ST鋼絲簾線結(jié)構(gòu)如圖1所示，性能指標(biāo)如表1所示，性能檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表1 兩種鋼絲簾線性能指標(biāo)

表2 兩種鋼絲簾線性能檢測(cè)結(jié)果

圖1 兩種鋼絲簾線結(jié)構(gòu)示意

從圖1可以看出，4＋3×0.33ST鋼絲簾線為不規(guī)則開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，易于橡膠滲入，阻礙空氣進(jìn)入，可增強(qiáng)鋼絲簾線耐腐蝕性能，且由于覆膠效果較好，可降低單絲之間的蠕動(dòng)，減少鋼絲損耗，優(yōu)化鋼絲簾線耐疲勞性能。

從表1和2可以看出，與2＋7×0.30ST鋼絲簾線相比，4＋3×0.33ST鋼絲簾線單絲直徑大，剛度高，對(duì)輪胎冠部剛性有較大提升，可增強(qiáng)輪胎的抗爆破沖擊能力及防偏磨性能，延長(zhǎng)輪胎使用壽命，減少車輛行駛過(guò)程中從輪胎上脫落的橡膠殘?jiān)鼘?duì)環(huán)境的影響。

3.2 工藝性能

4＋3×0.33ST和2＋7×0.30ST鋼絲簾線的簾布?jí)貉訑?shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 兩種鋼絲簾布?jí)貉訑?shù)據(jù)對(duì)比

與2 ＋7×0.30ST 鋼 絲 簾 線 相 比，4 ＋3×0.33ST鋼絲簾線直徑和破斷力偏小，故使用簾布密度為60根·dm-1的4＋3×0.33ST鋼絲簾布代替簾布密度為55根·dm-1的2＋7×0.30ST鋼絲簾布。由表3可見(jiàn)，與2＋7×0.30ST鋼絲簾布相比，4＋3×0.33ST鋼絲簾布厚度減小至1.9 mm，簾布質(zhì)量增大1.8%，膠料質(zhì)量減小6.5%，帶束層安全倍數(shù)增大。

4＋3×0.33ST鋼絲簾布?jí)貉由a(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定，無(wú)并線、稀線、露線、跳線等缺陷；裁斷過(guò)程正常，無(wú)翹邊、大頭小尾等缺陷，自動(dòng)拼接效果較好；胎坯成型及硫化過(guò)程、成品外觀質(zhì)量及X光檢測(cè)均無(wú)異常。

3.3 成品輪胎性能

將4＋3×0.33ST和2＋7×0.30ST鋼絲簾線用于12R22.5輪胎2#和3#帶束層生產(chǎn)，并進(jìn)行成品性能檢測(cè)。

3.3.1 外緣尺寸

采用4＋3×0.33ST鋼絲簾線生產(chǎn)的輪胎充氣外直徑為1 088 mm，充氣斷面寬為300 mm，均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3.2 強(qiáng)度性能

采用4＋3×0.33ST鋼絲簾線生產(chǎn)的輪胎，強(qiáng)度檢測(cè)第5點(diǎn)破壞能為6 110 J，且未穿透輪胎，破壞能與標(biāo)準(zhǔn)值的比值為278%；采用2＋7×0.30ST鋼絲簾線生產(chǎn)的輪胎強(qiáng)度檢測(cè)第5點(diǎn)破壞能為5 860 J，且未穿透輪胎，破壞能與標(biāo)準(zhǔn)值的比值為266%?？梢?jiàn)采用4＋3×0.33ST鋼絲簾線生產(chǎn)的輪胎強(qiáng)度比使用2＋7×0.30ST鋼絲簾線生產(chǎn)的輪胎提高4.3%，安全性及承載性能更高。

3.3.3 接地性能

兩種鋼絲簾線輪胎接地性能有限元分析結(jié)果和接地印痕分別見(jiàn)圖2和3。

圖2 兩種鋼絲簾線輪胎接地性能有限元分析結(jié)果

圖3 兩種鋼絲簾線輪胎接地印痕

從圖2和3可以看出，無(wú)論是接地性能有限元分析還是接地印痕檢測(cè)結(jié)果，4＋3×0.33ST鋼絲簾線輪胎均優(yōu)于2＋7×0.30ST鋼絲簾線輪胎，這主要是由于4＋3×0.33ST鋼絲簾線單絲直徑大，剛度高，輪胎冠部剛性相應(yīng)增強(qiáng)，接地面積更大，磨耗更均勻。

3.3.4 耐久性能

輪胎的耐久性試驗(yàn)條件和試驗(yàn)結(jié)果分別如表4和5所示。

表4 輪胎耐久性試驗(yàn)條件

從表5可以看出：與采用2＋7×0.30ST鋼絲簾線的輪胎相比，采用4＋3×0.33ST鋼絲簾線的輪胎累計(jì)行駛時(shí)間更長(zhǎng)，表明其運(yùn)輸距離更遠(yuǎn)，使用壽命更長(zhǎng)；損壞形式為胎肩部位裂開(kāi)，表明4＋3×0.33ST鋼絲簾線對(duì)輪胎冠部的箍緊力更大，可有效防止輪胎在高速長(zhǎng)距離運(yùn)輸中出現(xiàn)冠脫、冠爆問(wèn)題，提高輪胎的完磨率。

表5 輪胎耐久性試驗(yàn)結(jié)果

3.4 成本分析

采 用4 ＋3×0.33ST 鋼 絲 簾 線 替 代2 ＋7×0.30ST鋼絲簾線用于輪胎2#和3#帶束層中，單胎簾線質(zhì)量增大1.8%，膠料質(zhì)量減小6.5%，總體質(zhì)量減小約0.2 kg，單胎成本降低0.52%。

4 結(jié)語(yǔ)

以4＋3×0.33ST鋼絲簾線替代2＋7×0.30ST鋼絲簾線用于12R22.5全鋼載重子午線輪胎2#和3#帶束層中，簾布?jí)貉雍穸葴p小，單胎質(zhì)量減小約0.2 kg，單胎成本降低0.52%。由于4＋3×0.33ST鋼絲簾線單絲直徑大，剛度高，可增強(qiáng)輪胎冠部整體剛性，減少不規(guī)則磨損，成品輪胎外緣尺寸和強(qiáng)度性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，耐久性能提高，輪胎使用壽命延長(zhǎng)。