一款新型鋼絲簾線在帶束層中的應(yīng)用

蔣延華，曹進(jìn)忠，王樹舉，章遠(yuǎn)甲，李海艷

(1.山東豐源輪胎制造股份有限公司 ，山東 棗莊 277300；2.山東八億輪胎制造有限公司，山東 薛城 277500)

近年來(lái)，政府發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》、《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》（征求意見稿）等文件。政府層面，關(guān)于堅(jiān)持純電驅(qū)動(dòng)的戰(zhàn)略取向更加堅(jiān)定，新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展未來(lái)必將成為引領(lǐng)世界汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要推動(dòng)力量，伴隨著新能源汽車的發(fā)展，新能源、新材料、大數(shù)據(jù)和人工智能等多種變革性技術(shù)，必將帶動(dòng)能源、交通、信息通信基礎(chǔ)設(shè)施改造躍升，促進(jìn)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、交通體系和城市運(yùn)行智能化水平提升。而且新能源汽車在給人們的出行帶來(lái)便利的同時(shí)，能源消耗和大氣環(huán)境污染大大降低，是加快催生新能源技術(shù)革命、推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要突破口，對(duì)建設(shè)清潔美麗世界、構(gòu)建人類命運(yùn)共同體具有重要意義。

伴隨新能源汽車的發(fā)展，整車廠商、配套主機(jī)廠、駕乘者對(duì)輪胎綠色、節(jié)油、輕量化等提出了更高要求，尤其對(duì)節(jié)油、低滾阻要求突出。鋼絲簾線是輪胎的骨架材料，是輪胎中的最重要的補(bǔ)強(qiáng)材料，對(duì)輪胎的成品性能，如壓穿強(qiáng)度、耐久性能、高速性能、滾動(dòng)阻力等方面均影響較大。作為輪胎的主要原材料，鋼絲簾線廠家，一直為之努力，開發(fā)新型鋼絲，轎車子午線輪胎對(duì)應(yīng)的鋼絲簾線朝著超高強(qiáng)度方向發(fā)展，整體結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，在成品輪胎改善重量、降低滾動(dòng)阻力，進(jìn)而提升續(xù)航里程做出了較大貢獻(xiàn)。

本文通過(guò)分析，在輪胎帶束層中應(yīng)用新型超高強(qiáng)度2+2×0.32ST型鋼絲簾線，對(duì)比輪胎使用原有2+2×0.35HT型鋼絲簾線的提升效果。

1 試驗(yàn)

1.1 主要材料

2+2×0.32ST，2+2×0.35HT鋼絲簾線，江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 應(yīng)用方案

膠料部分：帶束層膠料的小配合試驗(yàn)在X（S）M-1.5L型小密煉機(jī)中進(jìn)行一段，在XK-160型開煉機(jī)中進(jìn)行終煉膠加硫后下片待用。

車間大料工藝為SSM低溫一步法煉膠工藝，生膠料與母膠小料在密煉機(jī)中初步混煉后，排放到雙驅(qū)全自動(dòng)開煉機(jī)上，壓制成片后分流給4組全自動(dòng)混煉開煉機(jī)，膠料在每組混煉開煉機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)混煉，全過(guò)程為補(bǔ)充混煉、冷卻、收取[1～10]。

半部件部分：使用2+2×0.32ST鋼絲簾線等密度代替2+2×0.35HT鋼絲簾線，其他不變。

1.3 主要設(shè)備及儀器

F370型密煉機(jī)和F305型密煉機(jī)，大連橡膠塑料機(jī)械有限公司；S型四輥鋼絲/纖維兩用壓延機(jī)，意大利柯米尼奧.埃克利公司；大角度鋼絲簾布裁斷機(jī)，德國(guó)Fischer公司；一次法成型機(jī)，荷蘭WMI公司；X（S）M-1.5L型小密煉機(jī)、XK-160型開煉機(jī)和XLB-400-400型四立柱平板硫化機(jī)，青島科高橡塑機(jī)械技術(shù)裝備公司產(chǎn)品；黏合力測(cè)試用英斯特朗3365拉力機(jī)；輪胎耐久性試驗(yàn)機(jī)等。

1.4 性能測(cè)試

性能測(cè)試包括:參照CB/T 528-2009檢測(cè)混煉膠基本性能；參照GB/T 11181-2003《子午線輪胎用鋼簾線》分別對(duì)鋼絲簾線的直徑、線密度、破斷力等進(jìn)行檢測(cè)。

成品胎性能按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定，耐久性試驗(yàn)將輪胎安裝在符合GB/T 2977-2008規(guī)定的測(cè)試輪輞上，充氣至標(biāo)準(zhǔn)氣壓，試驗(yàn)速度及加載負(fù)荷執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)至輪胎損壞，滾動(dòng)阻力試驗(yàn)委托中汽研汽車檢驗(yàn)中心進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 鋼絲簾線的性能特點(diǎn)

2+2×0.32ST鋼絲簾線的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)特點(diǎn)簡(jiǎn)述如下：

（1）采用超高強(qiáng)度單絲，以保證滿足強(qiáng)度要求的同時(shí)降低單絲直徑，單絲強(qiáng)度的提高可獲得更高的彎曲負(fù)荷、沖擊力和疲勞強(qiáng)度，提高鋼絲簾線的綜合性能。

（2）在鋼絲直徑下降的同時(shí)，保證覆膠厚度不變，簾布厚度有所下降，附膠量具有明顯下降。

（3）膠料滲透性優(yōu)良，單絲在捻制成股時(shí)進(jìn)行了預(yù)變形，單絲之間有均勻的縫隙，因此膠料可以很好的與鋼絲結(jié)合，保證鋼絲黏合力，降低鋼絲間的摩擦損失，從而提高鋼絲簾線的耐疲勞性能。

2+2×0.32ST和2+2×0.35HT鋼絲簾線的性能對(duì)比如表1所示，從表1數(shù)據(jù)可以看出：與2+2×0.35HT鋼絲簾線相比，2+2×0.32ST 鋼絲簾線直徑及線密度明顯低，但簾線的破斷力反而具有一定程度提高，在相同的壓延密度下，簾布強(qiáng)度乃至輪胎強(qiáng)度略有優(yōu)勢(shì)。

2.2 壓延工藝性能分析

采用超高強(qiáng)度2+2×0.32ST型號(hào)鋼絲簾線對(duì)2+2×0.35HT鋼絲簾線進(jìn)行等強(qiáng)度代替，使用同一壓延、裁斷設(shè)備，在同一正常生產(chǎn)工藝條件下進(jìn)行鋼絲大卷壓延、鋼絲簾布裁斷生產(chǎn)，鋼絲壓延過(guò)程中簾布表面光潔、平整，覆膠效果好，表面黏性滿足工藝性能要求；生產(chǎn)的鋼絲大卷在裁斷后，帶束層無(wú)翹頭、無(wú)變形等情況發(fā)生，帶束層表面平整。兩種鋼絲簾線壓延主要工藝參數(shù)見表1，可以看出在保證鋼絲簾布強(qiáng)度不降低的同時(shí)，鋼絲簾線及膠料用量符合預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，均有較大程度降低。

表1 鋼絲簾線及壓延簾布主要性能指標(biāo)對(duì)比

2.3 成品胎性能分析

使用2+2×0.32ST鋼 絲代替2+2×0.35HT在 多 個(gè)規(guī)格輪胎中進(jìn)行應(yīng)用，并對(duì)多個(gè)代表性規(guī)格進(jìn)行全項(xiàng)成品胎性能檢測(cè)，本文僅羅列225/75R15 LT規(guī)格的成品胎檢測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。具體成品胎數(shù)據(jù)如表2所示：

（1）225/75R15 LT更換鋼絲前后輪胎外緣尺寸變化不大，均處于標(biāo)準(zhǔn)中值附近，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）使用2+2×0.32ST鋼絲，由于帶束層剛度下降，成品胎下沉量提高5 mm，有利于提高輪胎接地面積，提升輪胎舒適性能，但總體下沉量變化不大。

（3）期間抽檢了試驗(yàn)前后，同期成品胎的高速耐久性能，性能結(jié)果如表2所示，使用2+2×0.32ST鋼絲的輪胎高速耐久性能略有提升，滿足我公司研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)要求（其中具體測(cè)試方法及判定依據(jù)不做詳細(xì)解讀）。

（4）抽檢了成品胎強(qiáng)度性能，試驗(yàn)前后壓穿強(qiáng)度均達(dá)到565 J未壓穿，滿足內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 成品胎高速耐久性能結(jié)果

（5）抽檢了成品胎水壓試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示，試驗(yàn)胎及正常胎壓力安全倍數(shù)均達(dá)到了5.5倍，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

（6）抽檢了成品胎滾動(dòng)阻力，委托中汽研汽車檢驗(yàn)中心進(jìn)行檢測(cè)，依據(jù)ECE R117 02.Rev4法規(guī)進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)胎滾動(dòng)阻力實(shí)測(cè)值6.6 N/kN，達(dá)到歐盟B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，正常胎實(shí)測(cè)值7.0 N/kN，可以看出使用2+2×0.32ST鋼絲簾線，在提高強(qiáng)度的前提下降低了材料用量及單胎重量，從而降低了滾動(dòng)阻力。滿足設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)，符合輪胎綠色節(jié)能的發(fā)展趨勢(shì)。

2.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

如表3所示，單m2帶束層鋼絲成本降低約2.68元，根據(jù)半鋼子午線輪胎生產(chǎn)施工情況，每條輕卡輪胎約用0.69 m2帶束層，既可計(jì)算出每條輪胎可降低成本1.849元，按年產(chǎn)800萬(wàn)套產(chǎn)能計(jì)算，年節(jié)約成本約為1 479萬(wàn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具體效益以使用效果為準(zhǔn)。（本估算僅為新材料當(dāng)時(shí)的價(jià)格，伴隨著鐵礦石等原材成本的波動(dòng)，以及該型號(hào)鋼絲產(chǎn)量的變化，后期會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化）。

表3 成本分析

3 結(jié)論

一種超高強(qiáng)度型號(hào)2+2×0.32ST鋼簾線的應(yīng)用，形成結(jié)論如下：

（1）與傳統(tǒng)型號(hào)2+2×0.35HT鋼絲簾線相比，從材料上看超高強(qiáng)度型號(hào)2+2×0.32ST鋼絲簾線的破斷力更高，簾布強(qiáng)力更高。

（2）與傳統(tǒng)型號(hào)2+2×0.35HT鋼絲簾線相比，從使用上看，應(yīng)用在半鋼輪胎帶束層中，成品輪胎的舒適性能提升、高速性能提升、耐久性能提升，均滿足研發(fā)標(biāo)準(zhǔn),外送測(cè)試成品輪胎的滾動(dòng)阻力降低。

（3）與傳統(tǒng)型號(hào)2+2×0.35HT鋼絲簾線相比，從經(jīng)濟(jì)效益上分析，超高強(qiáng)度型號(hào)2+2×0.32ST鋼絲簾線的應(yīng)用，降低了輪胎中的鋼絲及膠料的用量，輪胎成本得到降低，輪胎更加輕量化，節(jié)油、綠色、環(huán)保的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。