王克先，牟守勇，李偉勝，鄭 蕊

（1.北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100143；2.全國輪胎輪輞標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，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(fèi)者的青睞。近年來隨著刺扎自密封輪胎涂層技術(shù)的進(jìn)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(duì)涂覆涂層的刺扎自密封輪胎和未涂覆涂層的輪胎進(jìn)行室內(nèi)高速和耐久性能、滾動(dòng)阻力、室內(nèi)噪聲、均勻性和動(dòng)平衡試驗(yàn)，并對(duì)刺扎自密封輪胎在常溫和低溫下的靜態(tài)氣密性進(jìn)行測試，研究涂層對(duì)輪胎相關(guān)性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)輪胎

試驗(yàn)選取同一廠家生產(chǎn)的同一批次205/55R16輪胎。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 高速性能和耐久性試驗(yàn)

試驗(yàn)項(xiàng)目及相關(guān)試驗(yàn)輪胎數(shù)量如表1所示。

表1 試驗(yàn)項(xiàng)目及相關(guān)試驗(yàn)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(yàn)方法》進(jìn)行測試[4]。

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

扎釘時(shí)沿輪胎周向確定6個(gè)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(dòng)阻力和室內(nèi)噪聲試驗(yàn)

選取12條試驗(yàn)輪胎，其中6條進(jìn)行滾動(dòng)阻力試驗(yàn)，編號(hào)為P1—P6，另外6條進(jìn)行輪胎室內(nèi)噪聲試驗(yàn)，編號(hào)為P7—P12。將未涂覆涂層的試驗(yàn)輪胎先進(jìn)行滾動(dòng)阻力和室內(nèi)噪聲試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)輪胎涂覆涂層后再進(jìn)行滾動(dòng)阻力和室內(nèi)噪聲試驗(yàn)，對(duì)比涂層對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力和室內(nèi)噪聲性能的影響。

1.2.3 動(dòng)平衡和均勻性試驗(yàn)

選取5條試驗(yàn)輪胎，編號(hào)為A—E。將未涂覆涂層的試驗(yàn)輪胎先進(jìn)行動(dòng)平衡和均勻性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)輪胎進(jìn)行涂覆涂層，再重新進(jìn)行動(dòng)平衡和均勻性試驗(yàn)，對(duì)比涂層對(duì)輪胎的動(dòng)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(yàn)主要從常溫和低溫氣密性2個(gè)方面開展，分別在常溫和低溫狀態(tài)下進(jìn)行扎釘后拔出和扎釘后不拔出的輪胎氣密性試驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 高速和耐久性試驗(yàn)

方案1的3條試驗(yàn)輪胎高速性能測試結(jié)果均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。在耐久性試驗(yàn)中，3條試驗(yàn)輪胎在規(guī)定的試驗(yàn)條件下進(jìn)行80 h試驗(yàn)后，累計(jì)行駛里程為9 600 km，輪胎無損壞。

方案2的3條試驗(yàn)輪胎高速性能測試結(jié)果均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。在耐久性試驗(yàn)中，第1階段按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，充氣壓力為180 kPa，試驗(yàn)34 h后停機(jī)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(yàn)，至80 h后停機(jī)，15～25 min后測量充氣壓力為190 kPa，外觀無損壞，并可通過檢驗(yàn)。耐久性試驗(yàn)后的方案2輪胎涂層如圖1所示。

圖1 耐久性試驗(yàn)后的方案2輪胎涂層

方案3輪胎高速性能試驗(yàn)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(jìn)行試驗(yàn)。3條試驗(yàn)輪胎高速性能測試結(jié)果均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求且試驗(yàn)后輪胎涂層無明顯變化（見圖2）。耐久性試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)后涂層無明顯變化（見圖3）。

圖2 高速性能試驗(yàn)后的方案3輪胎涂層

圖3 耐久性試驗(yàn)后的方案3輪胎涂層

方案4輪胎高速性能試驗(yàn)將6枚鋼釘依次扎入輪胎，按照國家標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行試驗(yàn)。3條試驗(yàn)輪胎高速性能測試結(jié)果均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，其中有2條試驗(yàn)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(yàn)輪胎涂層基本無變化，但另外1條試驗(yàn)輪胎的涂層有部分隆起，其試驗(yàn)前后涂層對(duì)比如圖4所示。

圖4 方案4輪胎高速性能試驗(yàn)前后涂層對(duì)比

方案4輪胎耐久性試驗(yàn)第1階段按照GB/T 4502—2016測試至34 h，停機(jī)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(yàn)至80 h，試驗(yàn)結(jié)束后按照國家標(biāo)準(zhǔn)中的判定要求對(duì)試驗(yàn)輪胎進(jìn)行檢測，測試結(jié)果均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。待試驗(yàn)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(yàn)后輪胎涂層無明顯變化（見圖5）。

圖5 耐久性試驗(yàn)后的方案4輪胎涂層

由輪胎高速和耐久性試驗(yàn)結(jié)果可以看出，輪胎在試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)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(dòng)阻力和室內(nèi)噪聲試驗(yàn)

2.2.1 滾動(dòng)阻力

輪胎涂覆涂層前后滾動(dòng)阻力系數(shù)如表2所示。

表2 輪胎涂覆涂層前后滾動(dòng)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(dòng)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(duì)輪胎的滾動(dòng)阻力影響不大。

2.2.2 室內(nèi)噪聲試驗(yàn)

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

從表3可以看出：試驗(yàn)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(yàn)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(duì)比 dB（A）

2.3 動(dòng)平衡和均勻性試驗(yàn)

2.3.1 動(dòng)平衡

按照要求對(duì)涂覆涂層前后的試驗(yàn)輪胎進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)[6]，涂覆涂層前后動(dòng)平衡對(duì)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(duì)不同試驗(yàn)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(duì)比 g·cm

2.3.2 均勻性

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

從表5可以看出，涂覆涂層對(duì)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(duì)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(huì)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(shí)間在扎釘?shù)蜏貭顟B(tài)下形成記憶，拔釘后不能及時(shí)恢復(fù)原來狀態(tài)。

3 結(jié)論

本工作對(duì)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(dòng)阻力、室內(nèi)噪聲、均勻性、動(dòng)平衡和靜態(tài)氣密性等進(jìn)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(yàn)結(jié)果可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)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(duì)輪胎的滾動(dòng)阻力影響不大，對(duì)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(duì)試驗(yàn)輪胎動(dòng)平衡性能有一定影響，對(duì)不同試驗(yàn)輪胎的靜不平衡量影響不一；涂覆涂層對(duì)試驗(yàn)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(shí)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(shí)間停留在輪胎內(nèi)，拔出后可能會(huì)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(fèi)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(duì)安全的，涂覆式刺扎自密封輪胎在異物長時(shí)間保留在輪胎內(nèi)的情況下，也會(huì)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(dá)到自密封的同時(shí)，由于胎面受到一定損傷，損傷部位在長時(shí)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(shí)清理異物并咨詢專業(yè)人員進(jìn)行輪胎永久性維修或更換。