焦冬冬，王 君，黃義剛，董 康，徐 偉，徐 超，劉 杰

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

轎車(chē)輪胎的胎體骨架材料最初是錦綸簾線，20世紀(jì)50年代左右，由法國(guó)米其林公司起始，人造絲逐步取代錦綸簾線，成為轎車(chē)輪胎胎體主要的骨架材料。20世紀(jì)70年代，美國(guó)的輪胎制造企業(yè)率先在轎車(chē)輪胎胎體中應(yīng)用聚酯簾線，因其價(jià)格較低廉，很快取代了人造絲[1-5]，并占據(jù)主導(dǎo)地位，但在歐洲速度級(jí)別Z以上或高檔轎車(chē)配套輪胎仍然采用人造絲，日本和美國(guó)的部分高端轎車(chē)輪胎也采用人造絲胎體[6-7]。

隨著公路路況的不斷改善，車(chē)輛速度越來(lái)越高，消費(fèi)者對(duì)輪胎的安全性能越來(lái)越關(guān)注[8-11]。目前，部分高端轎車(chē)車(chē)型在開(kāi)發(fā)初期，為追求安全性能，已將原來(lái)的普通子午線輪胎改為缺氣保用輪胎，提高缺氣保用輪胎的安全性是輪胎廠追求的目標(biāo)[12-15]。

人造絲因尺寸穩(wěn)定性極佳、生熱低和滯后損失小，動(dòng)態(tài)性能遠(yuǎn)優(yōu)于錦綸和聚酯簾線，且具有優(yōu)異的耐熱性能，是缺氣保用輪胎更優(yōu)的選擇。

本工作研究人造絲在缺氣保用輪胎胎體中的應(yīng)用，并與聚酯簾線進(jìn)行對(duì)比。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

1840dtex/3人造絲，德國(guó)可丹卡公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備

XLB-D 500×500×2型平板硫化機(jī)，湖州東方機(jī)械有限公司產(chǎn)品；Instron 5965型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，美國(guó)Instron公司產(chǎn)品；鋼絲-纖維兩用壓延機(jī)，意大利科美立奧·艾克利公司產(chǎn)品；MAX成型機(jī)，荷蘭VMI公司產(chǎn)品。

1.3 測(cè)試分析

目前，針對(duì)輪胎工業(yè)使用的人造絲相關(guān)型號(hào)，沒(méi)有系統(tǒng)的國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及方法，根據(jù)化學(xué)纖維、粘膠纖維、輪胎用聚酯浸膠簾布以及國(guó)際人造纖維標(biāo)準(zhǔn)化局（BISFA）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)人造絲各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)方法確立如下。

（1）拉伸性能測(cè)試參照GB/T 14344—2008《化學(xué)纖維 長(zhǎng)絲拉伸性能試驗(yàn)方法》，標(biāo)距選擇500 mm，拉伸速率為500 mm·min-1。預(yù)張力（F）計(jì)算公式如下：

式中：P為單位線密度的預(yù)張力，cN·dtex-1；T為名義線密度，dtex。本試驗(yàn)F＝0.05×1 840＝92 cN≈0.9 N。

（2）粘合強(qiáng)度測(cè)試參照GB/T 36020—2018《化學(xué)纖維 浸膠簾子線試驗(yàn)方法》，H抽出試樣尺寸為25 mm×10 mm×10 mm，紗線溝槽寬度為0.8 mm，采用正常生產(chǎn)用胎體粘合膠料，硫化條件為161 ℃×20 min。

（3）干熱收縮率測(cè)試參照GB/T 6505—2017《化學(xué)纖維 長(zhǎng)絲熱收縮率試驗(yàn)方法（處理后）》，溫度為（170±3）℃，時(shí)間為（15±1）min。

（4）覆膠率測(cè)定參照BISFA標(biāo)準(zhǔn)方法，人造絲為纖維素纖維，降解液采用體積比為6∶1的甲酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.88）/硫酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.96）溶液，40～60 ℃水浴溫度，溶解過(guò)程采用磁力攪拌，選用G1型漏斗，依次用甲酸-水-氫氧化銨-水沖洗，然后將漏斗放置在（105±5）℃環(huán)境中，烘干至質(zhì)量恒定。

（5）直徑測(cè)定參照GB/T 19390—2014《輪胎用聚酯浸膠簾子布》。

（6）捻度測(cè)定參照GB/T 14345—2008《化學(xué)纖維 長(zhǎng)絲捻度試驗(yàn)方法》，加持距離為500 mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 人造絲基本性能

人造絲1840dtex/3性能檢測(cè)結(jié)果如下：斷裂強(qiáng)力 275.2 N，斷裂伸長(zhǎng)率 15.6%，45 N定負(fù)荷伸長(zhǎng)率 1.4%，粘合強(qiáng)度（H抽出）143.7 N·cm-1，覆膠率 4.3%，直徑 0.83 mm，捻度 350（初捻Z向、復(fù)捻S向）。

人造絲熱穩(wěn)定性極好，高溫下尺寸無(wú)任何變化，因此其干熱收縮率無(wú)法檢測(cè)出數(shù)據(jù)。由于人造絲熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)于錦綸和聚酯簾線，因此，在設(shè)計(jì)施工時(shí)，熱膨脹率應(yīng)有別于錦綸和普通聚酯簾線計(jì)算方式。

2.2 人造絲吸水性

人造絲吸水后的物理性能會(huì)下降，為研究其物理性能隨調(diào)理環(huán)境變化而變化的規(guī)律，在實(shí)驗(yàn)室（溫度20 ℃，相對(duì)濕度65%）檢測(cè)前，設(shè)定5個(gè)調(diào)理環(huán)境變量方案，定量分析其斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的變化，變量方案及檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 調(diào)理變量方案及檢測(cè)結(jié)果

由表1可見(jiàn)：與方案5相比，方案1和方案3人造絲的斷裂強(qiáng)力分別提高10.9%和8.4%，斷裂伸長(zhǎng)率分別減小2.4%和1.6%?？梢?jiàn)人造絲干態(tài)與濕態(tài)下的物理性能差異較大，因此輪胎生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工藝過(guò)程控制要更加嚴(yán)格，杜絕人造絲與潮濕空氣的接觸，以保證人造絲性能的一致性。

2.3 施工設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝

2.3.1 施工設(shè)計(jì)

壓延施工設(shè)計(jì)中人造絲直徑為0.83 mm，與普通聚酯簾線相比，為提高其加工過(guò)程安全性，將覆膠厚度增大至1.4 mm。

成型施工設(shè)計(jì)中，人造絲尺寸穩(wěn)定性極佳，高溫下超低蠕變，因此在由輪胎材料分布圖計(jì)算成型機(jī)頭寬度參數(shù)時(shí)，應(yīng)區(qū)別對(duì)待：原聚酯簾線需要考慮2%～3%的膨脹率，而人造絲高溫下近乎零膨脹，在設(shè)定人造絲成型機(jī)頭平寬時(shí)，需要在現(xiàn)有聚酯簾線機(jī)頭平寬基礎(chǔ)上增大2～8 mm，具體數(shù)值依據(jù)不同規(guī)格、不同內(nèi)輪廓輪胎而定[5]。

2.3.2 生產(chǎn)工藝

因人造絲吸水后嚴(yán)重影響其物理性能，生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)做好防潮措施，縮短中間流通時(shí)間。

壓延采用鋼絲和纖維兩用壓延設(shè)備，普通聚酯簾布?jí)貉訒r(shí)，干燥輥溫度設(shè)定為105 ℃，因人造絲對(duì)水的敏感性，將干燥輥的溫度提高至120 ℃，壓延速度降至15 m·min-1，以便除去人造絲在導(dǎo)開(kāi)后、附膠前過(guò)程中吸收的水分，保證其物理性能的一致性。

人造絲壓延附膠后的大卷用塑料墊布密封，防止接觸空氣，存放在輪胎成型區(qū)域，在8 h內(nèi)用完。直裁后的半成品用塑料墊布密封，存放于輪胎成型區(qū)域，2 h內(nèi)用完。

建議將人造絲原絲、壓延大卷、直裁半成品進(jìn)行統(tǒng)一管控，密閉空間，嚴(yán)格控制溫濕度，以更好地控制產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)便于生產(chǎn)組織。

2.4 成品性能

缺氣保用輪胎成品試制選用常用規(guī)格245/45R18，成品輪胎零氣壓耐久性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，方案A和B輪胎胎體分別使用聚酯簾線和人造絲。方案A和B輪胎破壞形貌如圖1所示。

圖1 零氣壓耐久性試驗(yàn)后輪胎破壞形貌

從表2可以看出，人造絲胎體輪胎比聚酯簾線胎體輪胎的零氣壓耐久性能表現(xiàn)優(yōu)異，行駛時(shí)間延長(zhǎng)1.58 h，且破壞的胎體簾線未斷，說(shuō)明胎體采用人造絲的缺氣保用輪胎更加安全。

表2 成品輪胎零氣壓耐久性試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）人造絲具有極佳的尺寸穩(wěn)定性，但吸水后嚴(yán)重影響其物理性能，在輪胎生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)做好防潮工作。

（2）采用人造絲作為胎體骨架材料的缺氣保用輪胎比采用聚酯簾線作為胎體骨架材料的缺氣保用輪胎更加安全可靠，零氣壓下可行駛更長(zhǎng)時(shí)間。