文 燕,溫顯新,夏世良,卞瑞興
[1.山東中創(chuàng)輪胎股份有限公司,山東 臨沂 276300;2.貝卡爾特(中國(guó))技術(shù)研發(fā)有限公司,江蘇 江陰 214434]
隨著汽車工業(yè)和高速公路的發(fā)展,以及環(huán)保法規(guī)和代工(OEM)生產(chǎn)要求的不斷提高,輪胎發(fā)展趨勢(shì)是輕量化、低滾動(dòng)阻力、長(zhǎng)使用壽命、多次翻新等,以保證可持續(xù)發(fā)展。鋼絲簾線是輪胎的主要骨架材料,其發(fā)展逐步趨向于高強(qiáng)度、新鍍層、優(yōu)化結(jié)構(gòu)等。
國(guó)內(nèi)外輪胎公司正在廣泛應(yīng)用高強(qiáng)度新鋼絲簾線產(chǎn)品,超高強(qiáng)度(ST)/特高強(qiáng)度(UT)鋼絲簾線取代傳統(tǒng)的普通強(qiáng)度(NT)/高強(qiáng)度(HT)鋼絲簾線成為市場(chǎng)上主流的輪胎骨架材料。帶束層是全鋼載重子午線輪胎的關(guān)鍵部件,其骨架材料特性對(duì)輪胎綜合性能起決定性作用。全鋼載重子午線輪胎帶束層對(duì)鋼絲簾線的要求主要為拉伸強(qiáng)度、彎曲剛度、耐腐蝕性能、抗沖擊性能、抗壓縮性能、粘合性能以及成本等。
本工作用全滲膠0.37+6×0.32ST鋼絲簾線替代傳統(tǒng)3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線用于長(zhǎng)途車標(biāo)配的295/80R22.5 18PR全鋼載重子午線輪胎帶束層中,研究輪胎性能和成本的變化。
0.37+6×0.32ST和3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線,貝卡爾特鋼簾線有限公司產(chǎn)品。
電子拉力測(cè)試機(jī),美國(guó)英斯特朗公司產(chǎn)品;560 mm×1 370 mm四輥S型鋼絲簾布?jí)貉訖C(jī),日本IHI公司產(chǎn)品;15°~70°鋼絲簾布裁斷機(jī),天津賽象科技股份有限公司產(chǎn)品;三鼓成型機(jī),山東榮創(chuàng)機(jī)械科技有限公司產(chǎn)品。
鋼絲簾線及成品輪胎的各項(xiàng)性能均按相應(yīng)國(guó)家和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。
2.1.1 基本性能
0.37+6×0.32ST和3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線的基本性能如表1所示。從表1可以看出:與3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線相比,0.37+6×0.32ST鋼絲簾線的直徑和線密度顯著降低,破斷力相當(dāng),破斷力/線密度較大,在保證同等簾布強(qiáng)度下,可以減小簾線材料用量和簾布質(zhì)量,有利于降低輪胎滾動(dòng)阻力;0.37+6×0.32ST鋼絲簾線直徑較小,鋼絲端部因未與橡膠粘合而形成的缺陷更少,鋼絲間滲透的橡膠更多,這些特點(diǎn)有利于減少帶束層邊緣裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展,可提高輪胎耐久性能。
表1 兩種鋼絲簾線的基本性能
2.1.2 滲膠性能
0.37+6×0.32ST和3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線覆膠后橫截面對(duì)比如圖1所示。從圖1可以看出,0.37+6×0.32 ST鋼絲簾線滲膠性能優(yōu)于3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線。0.37+6×0.32ST鋼絲簾線為全滲膠鋼絲簾線產(chǎn)品,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上充分考慮外層鋼絲之間的間隙,同時(shí)使用特殊預(yù)變形工藝,為開(kāi)放型結(jié)構(gòu)。3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線芯股的3根鋼絲為閉合狀態(tài),中間不能完全滲膠,形成空氣通道,如果輪胎在使用過(guò)程中胎面發(fā)生損傷,易造成鋼絲簾線大面積銹蝕,影響輪胎使用壽命。
圖1 0.37+6×0.32ST和3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線覆膠后橫截面對(duì)比
2.1.3 滲膠空氣壓降
0.37+6×0.32ST鋼絲簾線滲膠空氣壓降為0,而3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線滲膠空氣壓降為5%~20%??梢钥闯觯?.37+6×0.32ST鋼絲簾線滲膠空氣壓力損失大幅下降。
2.1.4 彎曲剛度性能
鋼絲簾線彎曲剛度降低和鋼絲簾布減薄可以共同增強(qiáng)胎冠的包裹能力,從而保證輪胎與地面良好接觸,提高輪胎操控性能。同時(shí),低彎曲剛度可進(jìn)一步提高輪胎的乘坐舒適性和通過(guò)性。
兩種鋼絲簾線的彎曲剛度對(duì)比如表2所示。從表2可以看出,與3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線相比,0.37+6×0.32ST鋼絲簾線的彎曲剛度略低。
表2 兩種鋼絲簾線的彎曲剛度 N·mm2
2.1.5 抗沖擊和抗壓縮性能
帶束層保護(hù)層和工作層一起抵抗輪胎使用時(shí)受到的地面沖擊,鋼絲簾線需要具有較強(qiáng)的抗沖擊能力。帶束層過(guò)渡層大鋪設(shè)角度的特點(diǎn)使得鋼絲簾線需要保持相當(dāng)?shù)目箟嚎s變形能力,鋼絲簾線在壓潰前能夠承受的壓縮變形非常重要。
兩種鋼絲簾線的抗沖擊性能和抗壓縮性能對(duì)比如表3所示。從表3可以看出,與3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線相比,0.37+6×0.32ST鋼絲簾線的抗沖擊性能相當(dāng),抗壓縮性能明顯提高。
表3 兩種鋼絲簾線的抗沖擊性能和抗壓縮性能對(duì)比
2.2.1 壓延工藝
兩種鋼絲簾線的壓延工藝參數(shù)對(duì)比如表4所示。從表4可以看出,由于0.37+6×0.32ST鋼絲簾線直徑比3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線小,0.37+6×0.32ST鋼絲簾布?jí)貉雍穸葴p小,在相同的壓延密度下,鋼絲簾布質(zhì)量減小,更能顯著減小輪胎質(zhì)量。
表4 兩種鋼絲簾線的壓延工藝參數(shù)對(duì)比
0.37+6×0.32ST鋼絲簾線壓延工藝性能良好,簾布表面光滑、平整,覆膠性能良好,鋼絲簾線排列均勻,無(wú)稀線、無(wú)跳線問(wèn)題。
2.2.2 裁斷工藝
0.37+6×0.32ST鋼絲簾布裁斷過(guò)程中未出現(xiàn)翹頭、變形等問(wèn)題,簾布平整,切口鋼絲不松散。裁斷后自動(dòng)拼接,接頭質(zhì)量符合工藝要求。
2.2.3 成型工藝
成型過(guò)程中0.37+6×0.32ST鋼絲簾布無(wú)拉伸,排列均勻,帶束層貼合狀態(tài)正常。
采用0.37+6×0.32ST鋼絲簾線替代3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線用于295/80R22.5 18PR全鋼載重子午線輪胎帶束層,進(jìn)行成品性能測(cè)試。
2.3.1 外緣尺寸
成品輪胎的外觀、X光及均勻性檢查無(wú)異常。成品輪胎外緣尺寸如表5所示。從表5可以看出,試驗(yàn)輪胎(帶束層使用0.37+6×0.32ST鋼絲簾線)與正常生產(chǎn)輪胎(帶束層使用3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線)的外緣尺寸變化不大,均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。
表5 輪胎外緣尺寸 mm
2.3.2 強(qiáng)度性能
成品輪胎強(qiáng)度性能試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。從表6可以看出,與正常生產(chǎn)輪胎相比,試驗(yàn)輪胎的破壞能明顯提高,說(shuō)明采用0.37+6×0.32ST鋼絲簾線替代3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線用于輪胎帶束層,可提高輪胎強(qiáng)度性能。
表6 輪胎破壞能 J
2.3.3 耐久性能
輪胎耐久性試驗(yàn)步驟如表7所示。在耐久性試驗(yàn)中,采用0.37+6×0.32ST鋼絲簾線的試驗(yàn)輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為86.3 h,采用3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線的正常生產(chǎn)輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為79.5 h。說(shuō)明采用0.37+6×0.32ST鋼絲簾線替代3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線用于輪胎帶束層,可提高輪胎耐久性能。
表7 輪胎耐久性試驗(yàn)步驟
從鋼絲簾線壓延工藝參數(shù)(表4)可以看出,在壓延密度相同的條件下,用0.37+6×0.32ST鋼絲簾線替代3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線,簾布厚度減小0.1 mm,鋼絲簾線質(zhì)量指數(shù)、膠料質(zhì)量指數(shù)和簾布質(zhì)量指數(shù)分別下降12%,0,8%,簾布生產(chǎn)成本下降,具有一定的經(jīng)濟(jì)效益,符合輪胎工業(yè)節(jié)能、低碳和環(huán)保的發(fā)展要求。
(1)0.37+6×0.32ST鋼絲簾線具有強(qiáng)度高、滲膠性能優(yōu)異、直徑小、破斷力/線密度大、彎曲剛度低、抗壓縮性能強(qiáng)的特點(diǎn),在保證同等簾布強(qiáng)度下,可以減小簾布厚度和簾布質(zhì)量,有利于輪胎輕量化,降低輪胎滾動(dòng)阻力,明顯改善輪胎操控性能和乘坐舒適性。
(2)采用0.37+6×0.32ST鋼絲簾線替代3×0.20+6×0.35HT鋼絲簾線用于295/80R22.5 18PR全鋼載重子午線輪胎帶束層,簾布?jí)貉印⒉脭嗪统尚凸に囆阅芰己?,符合生產(chǎn)工藝要求;成品輪胎的外緣尺寸變化不大,強(qiáng)度性能和耐久性能有所提高。