Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線在轎車子午線輪胎帶束層中的應用

焦冬冬，王 君，耿 釗，苗 梅，張景智

（青島雙星輪胎工業有限公司，山東 青島 266400）

為著力解決資源環境約束突出問題，實現可持續發展目標，國家制定并實施“雙碳”政策，即我國力爭在2030年前實現“碳達峰”，2060年前實現“碳中和”。據中國汽車技術研究中心有限公司測算，汽車碳排放量占我國交通領域碳排放量的80%以上，占全社會碳排放量的7.5%左右。為貫徹執行“雙碳”政策，輪胎的滾動阻力成為行業內的研究焦點，無論是燃油汽車，還是新能源汽車，都需要擁有更低滾動阻力的輪胎，以提高燃油效率，增加續航里程，降低碳排放量[1-2]。

帶束層位于輪胎冠帶層的下方、胎體層的上方，是轎車子午線輪胎的主要受力部件，其結構參數決定了帶束層的剛性，而帶束層的剛性會直接影響輪胎滾動阻力[3-5]。新型鋼絲簾線替代傳統鋼絲簾線正朝著鋼絲簾線直徑小、覆膠量低的方向發展，由此為輪胎帶來更少的材料消耗及更低的滾動阻力[6-8]。

本工作研究Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線替代2×0.30ST鋼絲簾線在轎車子午線輪胎帶束層中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

Mono Wire 0.35UT和2×0.30ST鋼絲簾線，曉星鋼簾線（青島）有限公司產品。

1.2 主要設備

TENSOMETER2000型拉力機，美國阿爾法科技有限公司產品；XLB-O 600×600×3型平板硫化機，上海第一橡膠機械廠產品；鋼絲-纖維兩用壓延機，意大利科美立奧·艾克利公司產品；小角度裁斷機，德國Fisher公司產品；MAX成型機，荷蘭VMI公司產品；轉鼓試驗機，天津久榮車輪技術有限公司產品。

1.3 性能測試

滾動阻力系數按照ISO 28580—2018進行測試；高速性能按照GB/T 4502—2016進行測試，測試時間達到國家標準要求后，每10 min試驗速度增大10 km·h-1，直到輪胎損壞為止；耐久性能按照GB/T 4502—2016進行測試，測試時間達到國家標準要求后，每10 h試驗負荷增大10%，負荷率增大到150%后速度和負荷保持不變，直到輪胎損壞為止。

成品輪胎的其他性能均按照GB/T 4502—2016進行測試。

2 結果與討論

2.1 鋼絲簾線性能

Mono Wire 0.35UT和2×0.30ST鋼絲簾線的結構如圖1所示，基本性能對比如表1所示。

圖1 兩種鋼絲簾線的結構示意

表1 兩種鋼絲簾線的基本性能對比

從表1可以看出：與2×0.30ST鋼絲簾線相比，Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線的直徑減小，導致鋼絲簾線破斷力降低，為保持單位寬度范圍內的強度，需在設計制造工藝時從壓延密度方面進行彌補，以確保成品輪胎性能。

單根鋼絲簾線和加捻鋼絲簾線與橡膠的結合面存在差異：單根鋼絲簾線與橡膠的結合面為規則的圓柱形，而加捻鋼絲簾線與橡膠形成的結合面為立體螺旋狀，兩者相比后者具有更優的結合方式。為驗證鋼絲簾線與橡膠的粘合性能，對粘合試樣在不同條件下的粘合力進行測試，結果如表2所示。

表2 兩種鋼絲簾線的粘合力對比 N

從表2可以看出，兩種鋼絲簾線與橡膠的粘合力在不同老化條件下均有所降低。與2×0.30ST鋼絲簾線相比，Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線老化后的粘合力下降更為明顯，尤其是在濕熱老化條件下，其粘合力下降了36%，而2×0.30ST鋼絲簾線的粘合力下降了13%。這是由于兩種鋼絲簾線與橡膠的結合面不同，Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線與橡膠的結合面為規則的圓柱形，有利于老化的擴展，而2×0.30ST鋼絲簾線與橡膠的結合面為不規則螺旋狀，老化擴展較慢。結合面的差異也導致鋼絲簾線在不同老化條件下的粘合力極差有所不同，Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線的穩定性明顯優于2×0.30ST鋼絲簾線。

2.2 生產工藝

因Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線的破斷力比2×0.30ST鋼絲簾線小24%，為保證帶束層的整體強度，需要對其壓延經線密度進行調整；同時，Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線的直徑比2×0.30ST鋼絲簾線小0.25 mm，可減小簾布壓延厚度。兩種鋼絲簾布的壓延工藝參數對比見表3。

表3 兩種鋼絲簾布壓延工藝參數對比

從表3可以看出，通過增大經線密度方式實現兩種簾布等強力，Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線具有直徑更小的優勢，壓延簾布厚度比2×0.30ST鋼絲簾布減小35%，可降低帶束層簾布表面覆膠率，單位面積帶束層簾布質量減小21%，質量減小有助于降低輪胎滾動阻力。

在鋼絲帶束層小角度裁斷過程中，因Mono Wire 0.35UT鋼絲簾布挺性較差，現有鋼絲自動裁切工藝無法完成自動接頭，需要手動接頭，裁切工藝需要進行優化調整。

2.3 半成品剝離性能

為進一步驗證Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線的粘合性能，對壓延后的帶束層簾布在不同條件下的剝離性能進行測試，結果如表4所示。

從表4可以看出，2×0.30ST鋼絲簾線老化后的剝離強度明顯下降，尤其是熱空氣老化后剝離強度下降了80%，而Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線僅下降24%。分析認為，試樣從老化前到老化后，由于橡膠過硫老化，分子鏈過度交聯，橡膠的拉斷伸長率急劇降低，導致2×0.30ST鋼絲簾線剝離時，單位寬度受力截面積前后發生驟減，而Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線由于材質軟，受力截面積前后變化較小，因而剝離力損失比例相對較小。雖然Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線熱空氣老化后的覆膠率相對較小，但其剝離力相比2×0.30ST鋼絲簾線增大。

表4 兩種鋼絲簾線半成品剝離性能對比

兩種鋼絲簾線在不同老化條件下的半成品剝離界面如圖2—4所示。

圖2 兩種鋼絲簾線老化前半成品剝離界面對比

根據以上剝離界面及檢測結果分析可以看出，熱空氣老化對帶束層鋼絲簾線的剝離力、剝離強度和覆膠率的影響最大。

2.4 成品輪胎性能

分別采用Mono Wire 0.35UT和2×0.30ST鋼絲簾線試制205/55R16轎車子午線輪胎，參照國家標準及相關檢測方法進行成品輪胎性能試驗，試驗結果如表5所示。

從表5可以看出，采用Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線替代2×0.30ST鋼絲簾線生產的輪胎質量減小300 g，滾動阻力系數減小7.3%，壓穿強度、脫圈阻力、高速性能和耐久性能均相近。

表5 成品輪胎性能

圖3 兩種鋼絲簾線熱空氣老化后半成品剝離界面對比

圖4 兩種鋼絲簾線濕熱老化后半成品剝離界面對比

2.5 成品剝離性能

為進一步驗證兩種鋼絲簾線的剝離性能，對其成品輪胎進行剝離試驗，結果如表6所示。

從表6可以看出，老化后兩種鋼絲簾線輪胎的剝離強度均比老化前減小，其中Mono Wire0.35UT鋼絲簾線輪胎經濕熱老化后的剝離強度下降幅度明顯小于2×0.30ST鋼絲簾線輪胎，且后者的覆膠率為0。

表6 兩種鋼絲簾線成品輪胎剝離性能對比

兩種鋼絲簾線在不同老化條件下的成品剝離界面如圖5—7所示。

圖5 兩種鋼絲簾線老化前成品剝離界面對比

從成品及半成品剝離性能測試結果可以看出：無論是Mono Wire 0.35UT還是2×0.30ST鋼絲簾線，兩者的半成品及成品在老化前的剝離強度最大，熱空氣或濕熱老化后的剝離強度均降低，其中Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線的剝離強度降低幅度小于2×0.30ST鋼絲簾線，前者剝離強度保持較好，且成品濕熱老化后的剝離強度較大。

圖6 兩種鋼絲簾線熱空氣老化后成品剝離界面對比

圖7 兩種鋼絲簾線濕熱老化后成品剝離界面對比

3 結論

與傳統2×0.30ST鋼絲簾線相比，Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線的直徑減小，破斷力降低，與橡膠粘合性能穩定性更優；以Mono Wire 0.35UT鋼絲簾線替代2×0.30ST鋼絲簾線用于205/55R16轎車子午線輪胎帶束層中，成品輪胎的質量減小，滾動阻力降低，壓穿強度、脫圈阻力、高速性能和耐久性能相當，成品鋼絲簾線濕熱老化后的剝離力提高。