輪胎動態和靜態臭氧老化現象研究

王 波，時 超，何 寧，李 超

（青島市產品質量監督檢驗研究院，山東 青島 266100）

隨著全球經濟的高速發展，環境保護問題越來越突出。經濟發達地區的臭氧濃度高于經濟欠發達地區，輪胎作為汽車主要零部件之一，其對于臭氧尤其敏感，容易產生臭氧老化。輪胎臭氧老化會影響其外觀質量和使用壽命[1-2]，因此，對汽車輪胎動態和靜態臭氧老化現象進行研究具有重要性和現實意義。

1 橡膠老化機理

輪胎胎面膠和胎側膠通常采用的天然橡膠（NR）和順丁橡膠（BR）屬于不耐臭氧老化的橡膠，雖然輪胎在生產過程中會添加不同類型的防臭氧劑[3-4]，但因橡膠品種和防臭氧劑的不同，臭氧濃度對膠料的龜裂時間和龜裂增長速率的影響程度有所差別[5-6]。

2 輪胎動態和靜態臭氧老化試驗

車輛正常使用過程中有閑置和行駛兩種工作狀態，因此同時進行輪胎靜態和動態臭氧老化試驗，模擬車輛使用過程中輪胎的兩種狀態，研究其臭氧老化現象。臭氧測試溫度的選取很重要，較高的溫度會使臭氧變的極不穩定[7]，控制臭氧濃度和溫度，在同一時間、同一試驗箱內放置2條相同花紋的205/55R16 91H輪胎，1條模擬靜態工況，1條模擬行駛工況，同時進行試驗（試驗溫度為40℃），72 h后觀察輪胎老化狀態（選取相同的胎圈、胎側和胎肩部位作為研究對象）。

針對不同臭氧濃度和負荷，設計3組試驗。第1組試驗條件為：臭氧體積濃度 50，負荷率120%；第2組試驗條件為：臭氧體積濃度 100，負荷率 60%；第3組試驗條件為：臭氧體積濃度100，負荷率 120%。

3 結果與討論

第1，2和3組輪胎動態和靜態臭氧老化試驗結束后胎圈、胎側和胎肩對比分別如圖1—3，4—6和7—9所示。

圖1 第1組輪胎動態和靜態臭氧老化試驗后胎圈對比

圖2 第1組輪胎動態和靜態臭氧老化試驗后胎側對比

圖3 第1組輪胎動態和靜態臭氧老化試驗后胎肩對比

圖4 第2組輪胎動態和靜態臭氧老化試驗后胎圈對比

圖5 第2組輪胎動態和靜態臭氧老化試驗后胎側對比

圖6 第2組輪胎動態和靜態臭氧老化試驗后胎肩對比

圖7 第3組輪胎動態和靜態臭氧老化試驗后胎圈對比

圖8 第3組輪胎動態和靜態臭氧老化試驗后胎側對比

圖9 第3組輪胎動態和靜態臭氧老化試驗后胎肩對比

從圖1—6可以看出：動態臭氧老化試驗后，輪胎胎圈和胎肩位置出現明顯細密的裂紋，胎側位置裂紋不明顯；靜態臭氧老化試驗后，胎肩位置出現明顯稀疏粗大的裂紋，胎側和胎圈未發現裂紋產生；動態和靜態臭氧老化后產生的裂紋均為水平方向。

從圖7—9可以看出：動態臭氧老化試驗后，輪胎胎圈和胎肩位置出現明顯細密的裂紋，胎側位置未發現明顯裂紋；靜態臭氧老化試驗后，胎肩、胎側和胎圈出現稀疏粗大裂紋，數量較少；動態和靜態臭氧老化后產生的裂紋均為水平方向。

分析認為：在老化過程中，臭氧攻擊橡膠分子，易與橡膠分子中的雙鍵發生反應，且會在應力作用下分子斷裂，出現龜裂現象[8]。橡膠發生臭氧老化時，裂紋方向與受力方向垂直，通常較大的應變會產生更密的小裂紋[9]。動態臭氧老化試驗中，輪胎受變應力作用會有較大的應變，應力集中在胎圈和胎肩位置，導致裂紋趨向于更加密集、細小；靜態臭氧老化試驗中，輪胎在充氣狀態下受恒定應力作用，受力均勻，裂紋趨向于稀疏、粗大，臭氧濃度越高，這種現象越明顯，即隨著臭氧濃度的不斷增大，輪胎龜裂程度越來越明顯，靜態臭氧老化條件下輪胎裂紋趨向于稀疏、粗大，動態臭氧老化條件下輪胎裂紋趨向于細小密集。

4 結語

臭氧濃度是影響輪胎龜裂程度的關鍵因素，應力變化影響裂紋大小。隨著臭氧濃度的增大，輪胎龜裂程度越來越明顯；靜態臭氧老化條件下輪胎裂紋趨向于稀疏寬大，動態臭氧老化條件下輪胎裂紋趨向于細小密集。本次輪胎動態和靜態臭氧老化試驗研究對輪胎龜裂等級評定有重要指導作用。