薛 彬 彬

(山東華盛橡膠有限公司技術(shù)研發(fā)中心，山東 東營 257300)

近年來，隨著輪胎工業(yè)環(huán)保政策實(shí)施力度加大，“去石化，全綠色”成為輪胎企業(yè)發(fā)展主要趨勢。聚酰胺66(PA 66)纖維作為輪胎產(chǎn)業(yè)中重要的骨架材料之一，性能十分優(yōu)異，但其上游原料己二腈工業(yè)化生產(chǎn)核心技術(shù)被少數(shù)國外企業(yè)壟斷，國內(nèi)100%依賴進(jìn)口，且由于價(jià)格一直處于高價(jià)位，嚴(yán)重限制了PA 66纖維在輪胎中的應(yīng)用。

聚酰胺56(PA 56)纖維是通過生物基因工程定向篩選微生物菌種，并通過生物發(fā)酵工程把玉米淀粉轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)所需關(guān)鍵原材料戊二胺，并與己二酸進(jìn)一步合成反應(yīng)制得的生物基質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%的綠色、可再生環(huán)保型生物基材料，其主鏈所含碳原子數(shù)量及鏈段單元結(jié)構(gòu)碳原子數(shù)量與PA 6纖維和PA 66纖維相近，且其分子鏈中戊二胺和己二酸形成奇偶結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度、取向度更低，將其應(yīng)用于乘用車輪胎冠帶層，符合輪胎工業(yè)應(yīng)用材料發(fā)展方向[1-7]。目前國內(nèi)上海凱賽生物技術(shù)有限公司已實(shí)現(xiàn)戊二胺、PA 56的大批量生產(chǎn)，并擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)[8]。作者采用PA 56纖維替代PA 66纖維用于乘用車輪胎冠帶層中，研究其對輪胎綜合性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 骨架材料

PA 56工業(yè)絲：線密度為930 dtex，亞東工業(yè)(蘇州)有限公司產(chǎn)；PA 66工業(yè)絲：線密度為930 dtex，河南神馬股份有限公司產(chǎn)。

1.2 儀器與設(shè)備

XLB-400-20四立柱式平板硫化機(jī)：青島科高橡塑機(jī)械技術(shù)裝備有限公司制；TD-401A型熱老化試驗(yàn)機(jī)：江都市騰達(dá)試驗(yàn)儀器廠制；GT7028-A型捻度試驗(yàn)機(jī)和GT-TCS-2000型電子拉力機(jī)：高特威爾檢測儀器有限公司制；四輥鋼絲簾布壓延機(jī)：日本IHI公司制；多刀簾布縱向裁斷機(jī)：德國費(fèi)舍爾公司制；輪胎成型機(jī)：荷蘭VMI公司制；冠帶層微分條纏繞機(jī)：無錫誠益機(jī)械有限公司制；輪胎機(jī)械硫化機(jī)：薩馳華辰機(jī)械(蘇州)有限公司制；均一性/動(dòng)平衡檢查機(jī)：日本國際計(jì)測器株式會社制；輪胎高速耐久試驗(yàn)機(jī)：昆山創(chuàng)研科技有限公司制；輪胎強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)：汕頭市浩大輪胎測試裝備有限公司制。

1.3 試樣的制備

分別將PA 56工業(yè)絲、PA 66工業(yè)絲由直捻機(jī)捻成捻紗絲，然后通過織布機(jī)進(jìn)行織布制成規(guī)格為930 dtex/2的簾子布，而后依據(jù)工藝技術(shù)要求調(diào)配膠液，進(jìn)行浸膠加工；后經(jīng)過烘干、拉伸定型得到浸膠簾子布；將浸膠簾子布按照乘用車冠帶層壓延工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)壓延附膠、裁斷后用于試驗(yàn)輪胎195/70R14 95T XL K737和245/45ZR19 102Y XL N906兩種不同規(guī)格、負(fù)荷指數(shù)和速度級別的乘用車輪胎，應(yīng)用部位為冠帶層。

1.4 性能測試

黏合強(qiáng)力：采用拉力試驗(yàn)機(jī)，按照GB/T 2942—2009《硫化橡膠與纖維簾線靜態(tài)黏合強(qiáng)度的測定 H抽出法》測定。拉力試驗(yàn)機(jī)夾持器移動(dòng)速度300 mm/min,試樣尺寸10 mm×10 mm×20 mm。

干熱收縮率：采用干熱收縮儀，按照GB/T 30312—2013《浸膠紗線、線繩和簾線熱收縮試驗(yàn)方法》測定。試樣熱處理溫度150 ℃，熱處理時(shí)間30 min，實(shí)驗(yàn)根數(shù)5。

拉伸性能：采用拉力試驗(yàn)機(jī)，按照GB/T 32108—2015《浸膠線繩、紗線和簾線拉伸性能的試驗(yàn)方法》測定試樣的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長率、定負(fù)荷伸長率。試樣預(yù)加張力(0.05±0.005)cN/dtex，實(shí)驗(yàn)10次，取平均值。

捻度：按照GB/T 14345—2008《化學(xué)纖維 長絲捻度試驗(yàn)方法》執(zhí)行，試樣夾持長度250 mm，實(shí)驗(yàn)10次，取平均值。

耐熱強(qiáng)力保持率：采用拉力試驗(yàn)機(jī)，按照GB/T 9101—2017《錦綸66浸膠簾子布》進(jìn)行測定，熱處理溫度180 ℃，熱處理時(shí)間4 h。

成品輪胎高速性能、耐久性能、強(qiáng)度性能：按照GB/T 4502—2016《轎車輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》和《歐洲輪胎輪輞技術(shù)組織標(biāo)準(zhǔn)手冊ETRTO(2018)》進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 物理性能

PA 56和PA 66兩種浸膠簾子布物理性能對比如表1所示。從表1可看出：與PA 66簾子布相比，PA 56簾子布斷裂強(qiáng)力略低于PA 66簾子布，而黏合強(qiáng)力、斷裂伸長率、耐熱強(qiáng)力保持率則優(yōu)于PA 66簾子布，這主要是因?yàn)槠鏀?shù)碳PA 56的分子鏈間最大程度形成氫鍵的概率小于PA 66和PA 6，且奇數(shù)碳PA 56的結(jié)晶單元長度比PA 66和 PA 6短，結(jié)晶度、取向度更低[9]，因此在保證捻紗、織布工藝相同條件下具有更優(yōu)異的特性； PA 56和PA 66兩種簾子布材料主要性能均滿足輪胎冠帶層用纖維簾子布控制指標(biāo)要求, 說明這兩種材料均能作為乘用車輪胎冠帶層材料。

表1 兩種浸膠簾子布物理性能指標(biāo)Tab.1 Physical index of two kinds of dipped cord fabric

2.2 壓延與裁斷及成型性能

作為輪胎的骨架材料，簾子布的斷裂強(qiáng)力、干熱收縮率、回潮率、黏合強(qiáng)力對壓延、裁斷、成型等輪胎制造工序及輪胎性能均有直接影響。若簾子布斷裂強(qiáng)度、黏合強(qiáng)力過低，則輪胎的耐磨傷性能、耐沖擊性能、耐疲勞性、耐磨損性能等較差。若簾子布熱收縮性、回潮率過高，在100 ℃左右的干燥溫度及壓延張力作用下，會使簾子布收縮變短、強(qiáng)度下降、伸長率變大，出現(xiàn)邊緊、邊松和出兜等現(xiàn)象，裁斷時(shí)則易導(dǎo)致大頭小尾、裁斷角度超公差等問題, 影響輪胎的正常生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。PA 56浸膠簾子布斷裂強(qiáng)力141 N，略低于PA 66簾子布，而干熱收縮率為4.0%，定負(fù)荷伸長率為8.1%，黏合強(qiáng)力為131 N，均優(yōu)于PA 66簾子布，具有更好的壓延、裁斷和成型等加工性能。從圖1可看出: PA 56簾子布壓延覆膠后，表面光滑平整，壓延厚度0.81 mm(標(biāo)準(zhǔn)0.80 mm),簾子布密度11根/cm，尺寸穩(wěn)定性、黏合性能均滿足現(xiàn)場生產(chǎn)工藝要求；裁斷后切口平整、黏性良好、不松散，無簾子布變形、稀線、漏線等不良狀態(tài)，符合簾子布現(xiàn)場裁斷工藝標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1 PA 56簾子布壓延表面和截?cái)啾砻嬲掌現(xiàn)ig.1 Calendered and cut surface images of PA 56 cord fabric

從圖2可以看出，PA 56簾子布成型冠帶層纏繞良好，纏繞過程中纖維簾子布排列均勻、貼合良好，未發(fā)生打彎、拉伸、掉膠等不良現(xiàn)象，且制成的輪胎尺寸穩(wěn)定性、挺性好。

圖2 PA 56 簾子布成型纏繞及胎胚狀態(tài)Fig.2 Winding formation and tire embryo state of PA 56 cord fabric

2.3 成品性能

采用PA 56簾子布和PA 66簾子布試制的195/70R14 95T XL K737和245/45ZR19 102Y XL N906乘用車輪胎的外緣尺寸、強(qiáng)度性能、高速性能、耐久性能等的檢測結(jié)果見表2。從表2可以看出：PA 56簾子布試制的成品輪胎的各項(xiàng)性能均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求；PA 56簾子布相比PA 66簾子布試制的成品輪胎，高速性能處于同等速度等級，強(qiáng)度性能略微提升，其輪胎單胎重量、外直徑、耐久性能及脫圈阻力相當(dāng)。

表2 2種簾子布成品輪胎性能對比Tab.2 Contrast of tire properties of two kinds of tire cord

PA 56簾子布試制的乘用車輪胎接地印痕見圖3。從圖3可以看出：195/70R14 95T XL K737輪胎印痕寬度133 mm，長度213 mm，下沉量38.7 mm(標(biāo)準(zhǔn)為37.8 mm)； 245/45ZR19 102Y XL N906輪胎印痕寬度207 mm，長度184 mm，下沉量37.3 mm(標(biāo)準(zhǔn)為36.2 mm)均滿足輪胎設(shè)計(jì)抓地性能； PA 56簾子布試制的成品輪胎印痕輪廓呈橢圓形，下沉量更加接近設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，有利于減少成品輪胎噪聲，提升成品輪胎的舒適感。

圖3 PA 56簾子布成品輪胎接地壓力印痕Fig.3 Ground pressure mark of PA 56 cord tire

2.4 成本分析

受己二腈工業(yè)制約，目前PA 66纖維價(jià)格高于PA 56纖維，因此選用綠色、可再生的PA 56纖維材料替代PA 66纖維材料用于195/70R14 95T XL K737和245/45ZR19 102Y XL N906乘用車輪胎冠帶層，在保證輪胎生產(chǎn)制造工藝和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不變的情況下，可以降低生產(chǎn)成本，如依據(jù)目前市場材料價(jià)格計(jì)算，PA 56纖維材料替代PA 66纖維材料后每千克材料成本可降低6元，可實(shí)現(xiàn)企業(yè)降本增效的目的。

3 結(jié)論

a. PA 56浸膠簾子布斷裂強(qiáng)力略低于PA 66簾子布，而黏合強(qiáng)力、斷裂伸長率、耐熱強(qiáng)力保持率則優(yōu)于PA 66簾子布,各項(xiàng)性能均滿足輪胎冠帶層用纖維簾子布控制指標(biāo)要求。

b. PA 56浸膠簾子布干熱收縮率為4.0%，回潮率為0.9%，定負(fù)荷伸長率為8.1%，黏合強(qiáng)力為131 N，滿足壓延、裁斷、成型工藝要求。

c. 采用PA 56簾子布替代PA 66簾子布作為195/70R14 95T XL K737和245/45ZR19 102Y XL N906乘用車輪胎冠帶層材料，輪胎的生產(chǎn)制造工藝性能正常，滿足輪胎生產(chǎn)制造標(biāo)準(zhǔn)要求，且成品輪胎外緣尺寸、高速耐久性能、強(qiáng)度脫圈性能均高于國家標(biāo)準(zhǔn)要求。