全天候輪胎的研發

何毫明，李娜娜，邢偉運，吳美丹，黃大業

（中策橡膠集團有限公司，浙江 杭州 310018）

近年來隨著法規的不斷完善，輪胎工業得到快速發展[1]。歐洲很多國家要求隨著季節變化而選擇不同的輪胎，夏季輪胎與冬季輪胎交換過程中會產生輪胎安裝和保管費用，且費時費力。因此很多客戶希望使用全天候輪胎，以節省時間和費用。傳統的夏季輪胎在低溫下極易變硬變脆，導致抓著力急速下降，給行車安全帶來極大隱患，故低溫地區在冬季更換冬季輪胎已經得到了人們的廣泛認可。但是很多地區冬季溫度并非特別低，更換冬季輪胎會造成一定的資源浪費，此類地區適用全天候輪胎，既保證輪胎在雨季和旱季的使用性能，又保證在冰雪路面的使用性能。因此，我公司有針對性地對全天候輪胎進行研發。

1 研發設計

1.1 胎面花紋

（1）為了保證輪胎有足夠的牽引力，胎面花紋采用有方向的單導向花紋，如圖1所示。

（2）為了保證在冰雪路面良好的使用性能，花紋塊上采用密集型刀槽花紋，同時為了兼顧夏季性能，刀槽花紋采用直行和彎折錯位分布（見圖1紅色橢圓示意）。

圖1 單導向胎面花紋

為了保證在冰雪路面良好的制動性能，花紋溝槽設計稍寬，溝槽方向與行駛方向夾角盡可能小。

1.2 胎面膠

傳統夏季輪胎胎面膠較注重濕地抓著力、操控性能、滾動阻力及耐磨性能，但玻璃化溫度（Tg）偏高，溫度稍低就會使膠料硬度迅速增大，低溫性能極差，不能保證冬季行車安全；而傳統的冬季輪胎一般均以天然橡膠并用較大量的順丁橡膠（BR），以使膠料擁有較低的Tg，提高膠料的低溫性能，但會造成濕地抓著性能和耐磨性能大幅下降，無法在非低溫的環境下使用。因此為了使輪胎在非極寒氣候地區四季均可使用，結合夏季輪胎與冬季輪胎的優點，開發全天候輪胎胎面膠。

設計胎面膠采用高順式BR、高苯乙烯含量乳聚丁苯橡膠（ESBR）和新型改性溶聚丁苯橡膠（SSBR）并用，補強體系采用高結構炭黑與高分散性白炭黑并用。

高順式BR的低Tg保證了膠料的低溫性能，使全天候輪胎在低溫情況下仍可以保證良好的行駛安全性；雙末端改性SSBR與白炭黑結合更佳，可以降低生熱，保證燃油經濟性；高苯乙烯含量ESBR可提高膠料的加工性能和抗濕滑性能；而高分散性白炭黑在表面形成極微小的凸起，以刺穿水膜，提高濕地抓著力，使全天候輪胎的濕地抓著性能可以媲美夏季輪胎；高結構炭黑與高分散性白炭黑并用提高了操縱性能和耐磨性能，遠優于冬季輪胎。

綜上所述，全天候輪胎胎面膠具有Tg較低、冰雪路面抓著性能良好、硬度適中、操縱性能良好、濕路面行駛安全性較好、耐磨性能較好和燃油經濟性良好等特點。胎面膠的硫化特性和物理性能如表1所示。

表1 胎面膠的硫化特性和物理性能

從表1可以看出，全天候輪胎胎面膠的焦燒安全性較佳，硬度適中，介于夏季輪胎與冬季輪胎之間，物理性能良好。

1.3 輪胎結構

輪胎結構設計需要保證輪廓的行駛面寬度適中，接地印痕接近矩形，如圖2所示。為了達到歐盟輪胎標簽法規要求[2]，輪胎結構設計時需考慮接地印痕和輪胎質量等，要求滾動阻力系數不大于9.2 N·kN-1，抗濕滑性指數不小于1.25，噪聲符合歐盟輪胎標簽法規第2階段噪聲要求。

圖2 輪胎的接地印痕

2 結果與討論

2.1 室內性能

根據上述研究，我公司有針對性地開發了205/55R16 91V全天候輪胎樣胎[3]，并對其進行了室內性能測試。該輪胎花紋編號為Z-401B，速度級別為V，負荷指數為91，標準充氣壓力為250 kPa，標準負荷為615 kg，采用標準測試輪輞6.5J。

（1）充氣外緣尺寸[4]。測試條件：充氣壓力180 kPa，溫度 30 ℃。

輪胎充氣外直徑和充氣斷面寬的標準值分別為625.2～638.8和205.4～222.6 mm，測試值分別為630.0和222.6 mm。可見輪胎充氣外緣尺寸符合標準要求，輪胎質量為8.7 kg。

（2）壓穿強度[4]。測試條件：充氣壓力 180 kPa，溫度 30 ℃。

輪胎壓穿強度標準要求不小于295.0 J，研發要求不小于324.5 J，測試值為443.2 J。可見輪胎壓穿強度符合標準要求，輪胎質量為8.7 kg。

（3）脫圈阻力[4]。測試條件：充氣壓力 180 kPa，溫度 30 ℃。

輪胎脫圈阻力標準和研發要求分別為不小于11 120.0和11 342.4 N，測試值為12 163.0 N。可見輪胎脫圈阻力符合標準要求，輪胎質量為8.7 kg。

（4）高速性能[5]。測試條件：充氣壓力 300 kPa，負荷 448.95 kg，溫度 38 ℃。

高速性能標準和研發要求分別為高速行駛時間不短于60和75 min，實測值為120 min。可見輪胎高速性能達到研發要求，輪胎質量為8.6 kg。

（5）耐久性能[6]。測試條件：充氣壓力 180 kPa，速度 120 km·h-1，溫度 38 ℃，采用標準負荷。

輪胎耐久性能標準要求耐久時間不短于34 h，研發要求不短于72 h，實測值為120 h。可見輪胎耐久性能達到研發要求，輪胎質量為8.66 kg。

（6）低氣壓耐久性能[6]。測試條件：充氣壓力140 kPa，速度 120 km·h-1，溫度 38 ℃，采用標準負荷。

輪胎低氣壓耐久性能標準要求耐久時間不短于35.5 h，研發要求不短于60 h，實測值為62 h。可見輪胎低氣壓耐久性能達到研發要求，輪胎質量為8.72 kg。

（7）滾動阻力（單速法）。測試條件：充氣壓力210 kPa，負荷 4.822 kN，速度 80 km·h-1，溫度 24.6 ℃，采用標準負荷。

輪胎滾動阻力（單速法）標準要求滾動阻力系數不大于10.5 N·kN-1，研發要求不大于9.0 N·kN-1，實測值為8.925 7 N·kN-1。可見輪胎滾動阻力達到研發要求，輪胎質量為8.64 kg。

2.2 室外性能

已推向市場的275/30R20 Z-401B輪胎抗濕滑性指數測試值為1.34，噪聲為73 dB，雪地制動指數為1.07，通過歐盟R117法規認證。

輪胎室外雪地性能對比測試結果如圖3所示。從圖3可以看出，Z401-B花紋輪胎的性能遠勝于對比設計方案Z401-A花紋輪胎，比公司上一代產品SW602花紋輪胎有很大提高，部分雪地性能達到國際領先水平，與世界知名品牌GY的性能差距進一步縮小，達到公司研發要求。

圖3 輪胎室外雪地性能對比測試結果

3 結論

我公司自主研發的Z-401B系列全天候輪胎符合現有生產工藝要求，已通過歐盟R117法規認證，部分雪地性能達到國際領先水平，操縱性能和穩定性表現優異。

Z-401B輪胎花紋已取得外觀專利（CN 304722672S），該系列產品投放于歐盟市場，能夠滿足顧客要求，得到客戶的好評。