人造絲在缺氣保用輪胎胎體中的應用

焦冬冬，王 君，黃義剛，董 康，徐 偉，徐 超，劉 杰

（青島雙星輪胎工業有限公司，山東 青島 266400）

轎車輪胎的胎體骨架材料最初是錦綸簾線，20世紀50年代左右，由法國米其林公司起始，人造絲逐步取代錦綸簾線，成為轎車輪胎胎體主要的骨架材料。20世紀70年代，美國的輪胎制造企業率先在轎車輪胎胎體中應用聚酯簾線，因其價格較低廉，很快取代了人造絲[1-5]，并占據主導地位，但在歐洲速度級別Z以上或高檔轎車配套輪胎仍然采用人造絲，日本和美國的部分高端轎車輪胎也采用人造絲胎體[6-7]。

隨著公路路況的不斷改善，車輛速度越來越高，消費者對輪胎的安全性能越來越關注[8-11]。目前，部分高端轎車車型在開發初期，為追求安全性能，已將原來的普通子午線輪胎改為缺氣保用輪胎，提高缺氣保用輪胎的安全性是輪胎廠追求的目標[12-15]。

人造絲因尺寸穩定性極佳、生熱低和滯后損失小，動態性能遠優于錦綸和聚酯簾線，且具有優異的耐熱性能，是缺氣保用輪胎更優的選擇。

本工作研究人造絲在缺氣保用輪胎胎體中的應用，并與聚酯簾線進行對比。

1 實驗

1.1 主要原材料

1840dtex/3人造絲，德國可丹卡公司產品。

1.2 主要設備

XLB-D 500×500×2型平板硫化機，湖州東方機械有限公司產品；Instron 5965型萬能材料試驗機，美國Instron公司產品；鋼絲-纖維兩用壓延機，意大利科美立奧·艾克利公司產品；MAX成型機，荷蘭VMI公司產品。

1.3 測試分析

目前，針對輪胎工業使用的人造絲相關型號，沒有系統的國家檢測標準及方法，根據化學纖維、粘膠纖維、輪胎用聚酯浸膠簾布以及國際人造纖維標準化局（BISFA）等相關標準，對人造絲各項指標檢測方法確立如下。

（1）拉伸性能測試參照GB/T 14344—2008《化學纖維 長絲拉伸性能試驗方法》，標距選擇500 mm，拉伸速率為500 mm·min-1。預張力（F）計算公式如下：

式中：P為單位線密度的預張力，cN·dtex-1；T為名義線密度，dtex。本試驗F＝0.05×1 840＝92 cN≈0.9 N。

（2）粘合強度測試參照GB/T 36020—2018《化學纖維 浸膠簾子線試驗方法》，H抽出試樣尺寸為25 mm×10 mm×10 mm，紗線溝槽寬度為0.8 mm，采用正常生產用胎體粘合膠料，硫化條件為161 ℃×20 min。

（3）干熱收縮率測試參照GB/T 6505—2017《化學纖維 長絲熱收縮率試驗方法（處理后）》，溫度為（170±3）℃，時間為（15±1）min。

（4）覆膠率測定參照BISFA標準方法，人造絲為纖維素纖維，降解液采用體積比為6∶1的甲酸（質量分數為0.88）/硫酸（質量分數為0.96）溶液，40～60 ℃水浴溫度，溶解過程采用磁力攪拌，選用G1型漏斗，依次用甲酸-水-氫氧化銨-水沖洗，然后將漏斗放置在（105±5）℃環境中，烘干至質量恒定。

（5）直徑測定參照GB/T 19390—2014《輪胎用聚酯浸膠簾子布》。

（6）捻度測定參照GB/T 14345—2008《化學纖維 長絲捻度試驗方法》，加持距離為500 mm。

2 結果與討論

2.1 人造絲基本性能

人造絲1840dtex/3性能檢測結果如下：斷裂強力 275.2 N，斷裂伸長率 15.6%，45 N定負荷伸長率 1.4%，粘合強度（H抽出）143.7 N·cm-1，覆膠率 4.3%，直徑 0.83 mm，捻度 350（初捻Z向、復捻S向）。

人造絲熱穩定性極好，高溫下尺寸無任何變化，因此其干熱收縮率無法檢測出數據。由于人造絲熱穩定性優于錦綸和聚酯簾線，因此，在設計施工時，熱膨脹率應有別于錦綸和普通聚酯簾線計算方式。

2.2 人造絲吸水性

人造絲吸水后的物理性能會下降，為研究其物理性能隨調理環境變化而變化的規律，在實驗室（溫度20 ℃，相對濕度65%）檢測前，設定5個調理環境變量方案，定量分析其斷裂強力和斷裂伸長率的變化，變量方案及檢測結果見表1。

表1 調理變量方案及檢測結果

由表1可見：與方案5相比，方案1和方案3人造絲的斷裂強力分別提高10.9%和8.4%，斷裂伸長率分別減小2.4%和1.6%。可見人造絲干態與濕態下的物理性能差異較大，因此輪胎生產現場工藝過程控制要更加嚴格，杜絕人造絲與潮濕空氣的接觸，以保證人造絲性能的一致性。

2.3 施工設計及生產工藝

2.3.1 施工設計

壓延施工設計中人造絲直徑為0.83 mm，與普通聚酯簾線相比，為提高其加工過程安全性，將覆膠厚度增大至1.4 mm。

成型施工設計中，人造絲尺寸穩定性極佳，高溫下超低蠕變，因此在由輪胎材料分布圖計算成型機頭寬度參數時，應區別對待：原聚酯簾線需要考慮2%～3%的膨脹率，而人造絲高溫下近乎零膨脹，在設定人造絲成型機頭平寬時，需要在現有聚酯簾線機頭平寬基礎上增大2～8 mm，具體數值依據不同規格、不同內輪廓輪胎而定[5]。

2.3.2 生產工藝

因人造絲吸水后嚴重影響其物理性能，生產過程中應做好防潮措施，縮短中間流通時間。

壓延采用鋼絲和纖維兩用壓延設備，普通聚酯簾布壓延時，干燥輥溫度設定為105 ℃，因人造絲對水的敏感性，將干燥輥的溫度提高至120 ℃，壓延速度降至15 m·min-1，以便除去人造絲在導開后、附膠前過程中吸收的水分，保證其物理性能的一致性。

人造絲壓延附膠后的大卷用塑料墊布密封，防止接觸空氣，存放在輪胎成型區域，在8 h內用完。直裁后的半成品用塑料墊布密封，存放于輪胎成型區域，2 h內用完。

建議將人造絲原絲、壓延大卷、直裁半成品進行統一管控，密閉空間，嚴格控制溫濕度，以更好地控制產品質量，同時便于生產組織。

2.4 成品性能

缺氣保用輪胎成品試制選用常用規格245/45R18，成品輪胎零氣壓耐久性能試驗結果見表2，方案A和B輪胎胎體分別使用聚酯簾線和人造絲。方案A和B輪胎破壞形貌如圖1所示。

圖1 零氣壓耐久性試驗后輪胎破壞形貌

從表2可以看出，人造絲胎體輪胎比聚酯簾線胎體輪胎的零氣壓耐久性能表現優異，行駛時間延長1.58 h，且破壞的胎體簾線未斷，說明胎體采用人造絲的缺氣保用輪胎更加安全。

表2 成品輪胎零氣壓耐久性試驗結果

3 結論

（1）人造絲具有極佳的尺寸穩定性，但吸水后嚴重影響其物理性能，在輪胎生產過程中應做好防潮工作。

（2）采用人造絲作為胎體骨架材料的缺氣保用輪胎比采用聚酯簾線作為胎體骨架材料的缺氣保用輪胎更加安全可靠，零氣壓下可行駛更長時間。