芳綸/錦綸混紡簾線冠帶條的開發及應用

吳祥鑫，車明明，劉昌波，王海艷，周獻偉，王志楠

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

芳綸簾線具有高模量、低收縮、質量小等特點，很多企業開展了芳綸短纖維、芳綸/錦綸混紡簾線的開發，并取得了工業化應用[1-5]。根據某主機廠電動汽車開發需求，其配套輪胎滾動阻力要求達到歐盟標簽法A級水平，高于市場上此規格輪胎滾動阻力要求。為滿足主機廠配套輪胎要求，我公司開發了芳綸/錦綸混紡簾線冠帶條，并研究冠帶條纏繞方式和材質及帶束層角度對成品輪胎外直徑、接地印痕、高速性能和滾動阻力的影響。

1 規格選取及方案設計

1.1 規格選取

選擇不同速度級別（V，W，Y）、不同斷面寬（215，225，275 mm）、不同高寬比（45，55，60）的高性能和超高性能輪胎進行方案設計（花紋樣式見圖1—3），并對不同方案輪胎性能進行對比。

圖1 225/60R18 100V輪胎花紋樣式

圖2 215/55R17 98Y輪胎花紋樣式

圖3 275/40R18 103W輪胎花紋樣式

1.2 設計方案

主要從冠帶條的纏繞方式和材料及帶束層角度3個方面進行成品輪胎性能對比。設計方案如表1—3所示。其中，芳綸/錦綸混紡簾線冠帶條的強度大于錦綸簾線冠帶條；冠帶條強度由大到小的纏繞方式依次為WC，FC，AC，BC。

表1 225/60R18 100V輪胎的設計方案

2 結果與討論

2.1 各因素對輪胎外直徑的影響

2.1.1 冠帶條纏繞方式

冠帶條纏繞方式對輪胎外直徑的影響見表4。

表2 215/55R17 98Y輪胎的設計方案

從表4可以看出：冠帶條纏繞方式對不同規格輪胎外直徑的影響趨勢不同，對于225/60R18 100V輪胎，冠帶條纏繞強度越大，輪胎外直徑越小；而對于275/40R18 103W輪胎，冠帶條纏繞強度越大，輪胎外直徑越大。

2.1.2 冠帶條材料

冠帶條材料對輪胎外直徑的影響見表5。從表5可見：錦綸簾線冠帶條輪胎外直徑大于芳綸/錦綸混紡簾線冠帶條輪胎，這是因為冠帶條束縛能力增強，帶束層膨脹減小，從而使輪胎外直徑減小；錦綸簾線牌號對輪胎外直徑的影響無明顯規律。

表3 275/40R18 103W輪胎的設計方案

表5 冠帶條材料對輪胎外直徑的影響 mm

2.1.3 帶束層角度

帶束層角度對輪胎外直徑的影響見表6。從表6可以看出：帶束層角度減小，輪胎外直徑趨于減小，這可能是由于帶束層角度減小，帶束層自身的束縛力增大導致的。

表6 帶束層角度對輪胎外直徑的影響 mm

以上結果表明：冠帶條纏繞方式對不同規格輪胎外直徑的影響不同；冠帶條材料強度增大，輪胎外直徑減小；帶束層角度減小，輪胎外直徑減小。

2.2 各因素對輪胎靜態接地印痕的影響

2.2.1 冠帶條纏繞方式

冠帶條纏繞方式對輪胎靜態接地印痕的影響見表7。從表7可以看出，冠帶條纏繞強度越大，接地印痕的長軸長度、短軸長度和面積趨于增大，其中對短軸長度影響較小，但P方案與N方案的對比結果與其他不同，有待進一步驗證。

表7 冠帶條纏繞方式對輪胎靜態接地印痕的影響

2.2.2 冠帶條材料

冠帶條材料對輪胎靜態接地印痕的影響見表8。從表8可以看出：與錦綸簾線冠帶條輪胎相比，芳綸/錦綸混紡簾線冠帶條輪胎接地印痕長軸長度、短軸長度和面積基本呈增大趨勢；不同牌號錦綸簾線冠帶條對輪胎靜態接地印痕的影響無明顯規律性。

表8 冠帶條材料對輪胎靜態接地印痕的影響

2.2.3 帶束層角度

帶束層角度對輪胎靜態接地印痕的影響見表9。從表9可以看出，隨著帶束層角度的減小，輪胎靜態接地印痕的長軸長度、短軸長度和面積呈增大趨勢（P″方案與H″方案對比例外），但變化幅度不大。

表9 帶束層角度對輪胎靜態接地印痕的影響

以上結果表明：隨著冠帶條纏繞強度和冠帶條材料強度的增大以及帶束層角度的減小，輪胎靜態接地印痕長軸長度、短軸長度和面積基本呈增大趨勢。

2.3 各因素對輪胎高速性能的影響

2.3.1 冠帶條纏繞方式

冠帶條纏繞方式對輪胎高速性能的影響見表10和11。從表10和11可以看出，隨著冠帶條纏繞強度的增大，輪胎高速性能提高（P方案與N方案對比結果除外）。

表10 冠帶條纏繞方式對225/60R18 100V輪胎高速性能的影響

表11 冠帶條纏繞方式對275/40R18 103W輪胎高速性能的影響

2.3.2 冠帶條材料

冠帶條材料對輪胎高速性能的影響見表12和13。從表12和13可以看出：隨著冠帶條材料強度的增大，輪胎高速性能提高；在其他條件相同的情況下，冠帶條材料對輪胎高速性能提升效果由高到低依次為芳綸/錦綸混紡簾線、WD-2錦綸簾線、ND-2錦綸簾線。

表12 冠帶條材料對225/60R18 100V輪胎高速性能的影響

2.3.3 帶束層角度

帶束層角度對輪胎高速性能的影響見表14—16。從表14—16可以看出：對于速度級別為V的輪胎，帶束層角度增大，輪胎高速性能顯著提升；對于速度級別為W和Y的輪胎，帶束層角度增大，輪胎高速性能無明顯提升；275/40R18 103W輪胎冠帶條材料為錦綸ND-2時，輪胎高速性能很難達到法規要求，冠帶條材料為芳綸/錦綸混紡簾線時，冠帶條纏繞方式采用AC，高速性能也無法滿足法規要求。

表14 帶束層角度對225/60R18 100V輪胎高速性能的影響

高速性能試驗輪胎損壞照片見圖4。

圖4 高速性能測試損壞輪胎照片

表13 冠帶條材料對275/40R18 103W輪胎高速性能的影響

表15 帶束層角度對215/55R17 98Y輪胎高速性能的影響

表16 帶束層角度對275/40R18 103W輪胎高速性能的影響

以上結果表明：冠帶條纏繞強度和材料強度增大，輪胎高速性能提高；帶束層角度增大，V速度級別輪胎高速性能顯著提升，W和Y速度級別輪胎高速性能基本無提升。

2.4 各因素對輪胎滾動阻力的影響

2.4.1 冠帶條纏繞方式

冠帶條纏繞方式對輪胎滾動阻力的影響見表17。從表17可以看出，冠帶條纏繞強度增大，輪胎滾動阻力性能趨好（P方案與N方案對比結果除外，后續需驗證），這主要是由于冠帶條強度增大使帶束層部位生熱降低。

表17 冠帶條纏繞方式對輪胎滾動阻力的影響 N·kN-1

2.4.2 冠帶條材料

冠帶條材料對輪胎滾動阻力的影響見表18。從表18可以看出：與錦綸ND-2冠帶條輪胎相比，芳綸/錦綸混紡簾線冠帶條輪胎滾動阻力系數可減小0.22～0.39 N·kN-1（2.5%～4.4%），這主要是由于芳綸/錦綸混紡簾線冠帶條伸長率小，使得帶束層變形小，胎冠部位生熱降低，因此滾動阻力下降；芳綸/錦綸混紡簾線冠帶條輪胎滾動阻力與錦綸WD-2簾線冠帶條輪胎相當。

表18 冠帶條材料對輪胎滾動阻力的影響 N·kN-1

2.4.3 帶束層角度

帶束層角度對輪胎滾動阻力的影響見表19。從表19可以看出，微調帶束層角度，輪胎滾動阻力變化不大且無明顯規律。

表19 帶束層角度對輪胎滾動阻力的影響 N·kN-1

以上結果表明：冠帶條纏繞強度和材料強度增大，輪胎滾動阻力趨于降低；帶束層角度微調對輪胎滾動阻力影響不大。

3 結論

（1）冠帶條纏繞方式對不同規格輪胎外直徑的影響不同；冠帶條材料強度增大、帶束層角度減小，輪胎外直徑趨于減小。

（2）隨著冠帶條纏繞強度和材料強度的增大、帶束層角度的減小，輪胎靜態接地印痕長軸長度、短軸長度和面積基本呈增大趨勢。

（3）冠帶條纏繞強度和材料強度增大，輪胎高速性能提高；帶束層角度增大，V速度級別輪胎高速性能顯著提升，W和Y速度級別輪胎變化不大；速度級別為W及以上輪胎冠帶條材料強度大于錦綸ND-2強度或使用芳綸/錦綸混紡簾線時，冠帶條纏繞方式強度大于AC纏繞方式時，輪胎高速性能可滿足歐盟法規要求。

（4）冠帶條纏繞強度和材料強度增大，輪胎滾動阻力降低；帶束層角度微調對輪胎滾動阻力影響不大。