轮胎试验设计

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1、近几年,中国轮胎行业,尤其是全钢载重子午线轮胎行业发展迅速,对轮胎质量和性能的要 求越来越高。由于全钢载重子午线轮胎原有的几种钢丝帘线制作工艺繁琐、成本高且性能一 般,所以贝卡尔特公司和北京橡胶工业研究设计院合作,对钢丝骨架材料进行了深入研究,将3 X0. 22 + 9 X0. 20CCHT ,0. 365 + 6 X0. 35HT BETRU 和5 X0135HI 几种新型钢丝 帘线应用于全钢载重子午线轮胎生产,并对成品轮胎进行性能测试,取得了满意结果。1 轮胎试验设计本研究选择 10.00R20 轮胎作为试验对象,轮胎试制方案见表 1 。2 实验2.1 主要原材料3 X0.22 + 9 X

2、0.20CCH T , 0.365 + 6 X0.35HT BETRU 和5 X0.35HI 钢丝帘线, 贝卡尔特钢帘线有限公司产品。3 + 9 + 15 X0.175 + 1 ,3 X4 X0.22HE 和未经预变形 工艺普通型0.365 +6 X0.35HT 钢丝帘线,国内某钢帘线厂产品。2.2 主要试验设备四辊钢丝帘布压延机，日本IHI公司产品;表1轮胎试制方案项目方案1方案23 XO.22 + 9 X0.20CCHT3 + 9 + 15 X0.175 + 1带束层0.365-6 X0.35HTn0.365 4*6 X0.35HT2伟束层0.365+6 XO.35HT150,365+6

3、X0.35HT，带束层5 X0.35HI3 X4 XO.22HE注:两方案0“带束层骨架材料均为3 X7 XO.20HE;DBET- RU结构。90胎体帘布裁断机和1570。钢丝帘布裁断机，日本中田公司产品;一次法两鼓成型机和 蒸汽式硫化机， 青岛双星橡塑机械公司产品。2.3 性能测试轮胎外缘尺寸及静负荷性能按GB/ T521 1993和HG/ T2443 1993进行测试;常规耐 久性能按GB/ T4501 1998进行测试,达标后，负荷增大到150 %，直至损坏;胎圈耐久性能 试验采用北京橡胶工业研究设计院试验方法，试验条件为气压600 kPa ,速度30 kmh - 1 , 负荷率200

4、 % ,直至损坏;高速耐久性能试验采用北京橡胶工业研究设计院试验方法,标准气 压，单胎最大负荷,速度从55 kmh - 1起,2 h后提速到60 kmh - 1 ,以后每2 h速度 增加10 km h - 1 ,直至损坏。3结果与讨论3.1 钢丝帘线性能帘线性能测试结果见表2 ,由表2 可知:(1) 传统型3 + 9 + 15 X0.175 + 1钢丝帘线为表2带线性能测试结果帝线绪构帘线直樹皿捻匪伽n破慚力卞斷裂伸长率,%线噬度/爼nT巧傲层铜胡半勺0.365-6 X&.35HTl)1, 11217 81W55.4500365 - 6 XO. 35MT1.06SK 021. U013 412

5、S56.3o.m1. 155d.3 3 010434,833 X0.22- ：0.2QCCHT12.413畀坤祖a. 81+9 - 15 XO. 75 亠 11.233/?. 5- lC-j 石1S4-?J.43C汴.DBETRU结构带外缠丝交互捻结构,各层单丝捻距、捻向均不相同,单丝间为点接触,相互间切割磨蚀,特别 是外缠丝对外层单丝的切割磨蚀大。(2) 3 X0.22 + 9 X0.20CCHT 钢丝帘线为紧密型结构,捻向、捻距相同,可一次成型从 而降低加工成本;单丝间为线接触,耐磨损和耐疲劳性能好;破断力稍低,但帘线直径小,可通 过加密实现等强度帘布互换;线密度小,加工成本低,具有较好的

6、经济效益。(3) 5 X0. 35HI 钢丝帘线是单丝经过特殊预变形,适用于载重子午线轮胎带束层保护层, 因覆胶后仍保持较高延伸率而具有较好抗冲击性能的全渗胶型帘线。与传统保护层用3 X4 X0.22HE钢丝帘线相比，线密度小,破断力和断裂伸长率较高。3.2 工艺性能压延采用正常生产工艺条件,压力辊和整经辊按照试验帘线规格重新设计加工,帘布表 面平整无气泡。帘线裁断时无翘头现象,部分新钢丝直径较小,接头略有难度,通过调整缝合器风压即可 解决。成型情况较好,未出现成型接头困难、定型抽钢丝现象,虽然压延厚度减小但未发现胎里 漏线现象,胎坯外观检验合格。硫化过程未出现因钢丝帘布压延厚度导致的胎里漏线

7、情况成品外观检验合格,X光检 验合格（未发现帘线打弯现象） 。3.3 成品性能3.3.1 外缘尺寸及静负荷性能试验通过不同负荷下轮胎下沉量变化对比胎体帘线刚性,同时对不同负荷下的轮胎制作了样 膏 , 测试结果如图 1 和 2 所示。由图 1 和 2 可知新结构23图1不同负荷条件下ITJ方案1轮胎示意1 一气压 840 kPa，负荷 0 kg ;2 一气压 840 kPi.负荷3 000上下沉量34. 5 mm:3 压S40 kPa .负荷 6 000 ks . F沉帛 63 min 口239图2不同负荷条件下的方案2轮胎示意1S40 kPa 一负荷 0 kg ;2 一气压 S40 kPa .

8、负荷3 000 leg：下沉量34 mm ;3 一气压S40 l:Pa负荷 6 000 kg下沉量 61 inm&胎体帘线的轮胎轮廓变化不大。3.3.2室内试验方案1 和2 试验轮胎常规耐久性能、胎圈耐久性能和高速耐久性能符合国家标准或内控标准。耐久性能试验均达到或超过100 h，高速耐久性能试验超过130 kmh - 1。3.3.3成品轮胎中钢帘线渗胶性能(1)带束层帘线压力降试验带束层帘线橡胶渗透性能压力降试验结果见表3。从表3可以看出，0.365 + 6 X0.35HT BE-TRU和5 X0. 35HI钢丝帘线压力降均为0，说明没有压力损失，为全渗胶。表3带束层帘线橡胶渗透性能压力降试

9、验结果%项目L带束层2 ?带束层3勺带束层平均值标淮怕羞平均值标准偏差平均值标薩偏差方秦10 00 00 0方案248232415941斗(2) 轮胎钢丝帘线渗胶情况轮胎钢丝帘线渗胶情况如图36所示。从图3和4可以看出，0.365 + 6 X0.35HTBETRU钢丝帘线单丝间隙大 渗胶情况好于 无预变形工艺的0.365 + 6 X0.35HT钢丝帘线。从图5和6可以看出，5 X0.35HI钢丝帘线5根单丝间渗胶情况明显好于3 X4 X0.22HE钢丝帘线单股4根钢丝。3.4 实际里程试验里程试验设在重庆地区, 由重庆佳通汽车运输公司承担。车型全部为日产三菱10轮双 桥车,后两轴皆为驱动轴，自

10、身质量12. 5 t，载质量为18. 520 t。行驶路线主要为重庆 至柳州和重庆至宜昌,多为山路和高速公路。实际里程试验结束时，方案1轮胎里程均达到8万多km ,花纹尚剩余5.3 mm ,无胎冠 刺伤现象,全部参试轮胎完好;方案2轮胎里程达6万多km时有3条轮胎发生冠部刺穿， 且多条轮胎出现带束层芯股刺出现象,详见图7 和8 。结果表明,用3 X0.22 + 9 X0.20CCHT 钢丝55X0.35 111帘线作胎体的轮胎满足使用需要,揭示了带束层钢丝帘线对橡胶渗透性能要求的重要性以及 HI 钢丝帘线抗冲击性能的优越性。3.5 里程试验后轮胎钢丝帘线性能检测3.5.1 带束层帘线芯股迁移现

11、象分析里程试验后，由于方案2轮胎中未预变形0.365 + 6 X0.35HT钢丝帘线橡胶渗透性差， 导致芯股钢丝锚定力小而出现芯股迁移现象。行驶中受反复弯曲变形后芯股产生移动并刺出, 且出后受湿气腐蚀有断丝现象。3.5.2 胎体帘线性能检测(1) 钢丝帘线磨损情况 里程试验后取出轮胎胎体帘线， 除去附胶， 在扫描电镜下观察并制备帘线横截面;对钢丝 帘线进行磨损程度分级,分级结果见表4。磨损情况见图912。检测结果表明3 X0. 22 + 9 X0.20CCHT钢丝帘线比3 + 9 + 15 X0.175 + 1钢丝帘线磨损轻。表4里程试验后轮胎胎体帝线磨损程盛判级项目上摸胎側下模胎侧胎起部位3

12、 X0 22 + 9 X0.20CCHT芯股010-112外层单丝113 + 9+15 X0. 175-1芯股010 71内层单丝寿2T-1外层单丝1 T22-3外缠丝221注：表中判级采用贝卡尔持内部标准弋级为无磨损数字越 大表示屠损程度越高(2) 轮胎帘线单丝延展性能 从新胎和里程试验后的轮胎中取出若干根胎体帘线进行去附胶处理后，进行单丝疲劳延 展性能测试，测试结果如表5 所示。从表5 可以看出，经过实际里程试验后不同胎体帘线的 单丝延展性能损失存在很大差异，其中3 + 9 + 15 X0. 175 + 1图 9 3 XO.22+9 X0.20CCHT单丝磨损图 103+9 + 15 X0

13、.175 + 1 单丝磨损表试验前后胎体帘线单丝延展性能损失率项目最大单丝延展性能损芙率3X0.20CCHT芯股22.0外层单丝23.53 *9 * 15 XD. 175 + 1芯股14.8内层单丝36.6外层单丝34.8钢丝帘线试验前后最大单丝延展性能的损失率比3 X0. 22 + 9 X0.20CCHT钢丝帘线高。(3) 钢丝帘线抗冲击性能剖析里程试验后轮胎发现，使用5X0.35HI比3 X4 X0. 22HE钢丝帘线作带束层保护层的 轮胎抗刺扎性能更优异。图13显示了方案2轮胎胎冠受刺扎后HE钢丝帘线腐蚀和锈化情 况。4 结语试验证明了带束层钢丝帘线对渗胶性能要求的重要性,0.365 +

14、 6 X0.35HTBETRU 钢丝 帘线能够很好地满足这项要求;比较了 HI 钢丝帘线与传统 HE 钢丝帘线的工艺和成品综合 性能，试验证明HI钢丝帘线是取代传统HE钢丝帘线的最佳选择。本次试验进行了中小型全钢载重子午线轮胎图13方案2轮胎胎泄受剌扎情况胎体新结构钢丝帘线的尝试，结果表明3 X0.22 +9 X0.20CCHT钢丝帘线比传统结构有较 好的表现。由于考虑到试制轮胎要进行装车里程试验,且车型多为载重汽车,故选择10 .00R20规格作为试验对象,这导致3 X0.22 + 9 X0. 20CCHT钢丝帘线产生了偏高的单 丝延展性能下降率。建议将3 X0.22 + 9 X0.20CCHT钢丝帘线用于9.00R20以下的全钢 载重子午线轮胎或者全钢轻型载重子午线轮胎胎体上,取代传统3 + 9 + 15 X0.175 + 1 和 3 + 9 X0.22 + 1 钢丝帘线将会效果更好。3 X0.22 + 9 X0.20CCHT 和5 X0.35HI 钢丝帘线不仅加工成本比对应的传统型结构 钢丝帘线低,而且线密度较小,能够达到减小轮胎质量、节省生产成本的目的。