3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線在全鋼載重子午線輪胎胎體中的應(yīng)用

朱立新，馮興林，徐海濤，潘 雷，蒼俊祥，陳立強*

（1.山東昌豐輪胎有限公司，山東 廣饒 257335；2.山東大業(yè)股份有限公司，山東 諸城 262200）

進入21世紀(jì)以來，我國子午線輪胎生產(chǎn)得到了長足的發(fā)展，從引進技術(shù)到國產(chǎn)化技術(shù)、從低端制造向高端制造轉(zhuǎn)型，企業(yè)規(guī)模持續(xù)壯大，品質(zhì)管控越來越嚴格，品牌化發(fā)展越來越清晰，根據(jù)國家戰(zhàn)略規(guī)劃向著培養(yǎng)具有世界影響力的輪胎企業(yè)和民族輪胎品牌邁進[1-2]。

鋼絲簾線作為輪胎的骨架材料，起著支撐胎體同時承載車輛及貨物載質(zhì)量的作用[3-9]。這就要求鋼絲簾線具有優(yōu)異的耐屈撓疲勞性能和超高的破斷力以保證輪胎安全性，且鋼絲簾線與橡膠具有良好的粘合性以保證橡膠與鋼絲簾線的結(jié)合，減少鋼絲簾線脫層、斷裂等帶來的風(fēng)險[10-12]。

3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線特點如下：（1）同向捻，減少鋼絲簾線層與層之間點接觸造成的損耗，提高鋼絲簾線耐疲勞性能；（2）單絲強度高，保障輪胎結(jié)構(gòu)安全倍數(shù)；（3）結(jié)構(gòu)簡化、單絲直徑大，在成本及耐疲勞性能方面優(yōu)勢明顯；（4）無外纏絲，減小鋼絲簾線加工成本，優(yōu)化加工工藝。

本工作研究3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線替代3＋9＋15×0.22+0.15NT鋼絲簾線在全鋼載重子午線輪胎胎體中的應(yīng)用。

1 實驗

1.1 主要原材料

3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線，山東大業(yè)股份有限公司產(chǎn)品；3＋9＋15×0.22＋0.15NT鋼絲簾線，國內(nèi)某鋼絲簾線廠產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備和儀器

鋼絲簾線生產(chǎn)線，日本IHI公司產(chǎn)品；150-E型剛度儀，美國TABER公司產(chǎn)品；M/C型亨特疲勞試驗機，山東泰成精密科技有限公司產(chǎn)品；3365型拉力機，美國英斯特朗公司產(chǎn)品；90°裁斷機和一次法成型機，軟控股份有限公司產(chǎn)品；雙模硫化機，桂林橡膠機械有限公司產(chǎn)品；TB-2-200-Y型雙工位輪胎高速/耐久試驗機和LQJ-1B型輪胎強度/靜負荷試驗機，青島高校測控技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

1.3 性能測試

鋼絲簾線性能按照GB/T 33159—2016進行測試；成品輪胎充氣外緣尺寸和強度性能分別按照GB/T 521—2012和GB/T 4501—2016測試，輪胎耐久性能按照山東昌豐輪胎有限公司內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 鋼絲簾線性能

2.1.1 結(jié)構(gòu)及基本性能指標(biāo)

3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線和3＋9＋15×0.22＋0.15NT鋼絲簾線結(jié)構(gòu)對比見圖1，性能指標(biāo)對比見表1。

表1 兩種鋼絲簾線基本性能指標(biāo)對比Tab.1 Comparison of basic property indexes of two kinds of steel cords

由圖1可見：兩種鋼絲簾線均屬于緊密型結(jié)構(gòu)，滲膠性能一般，滲膠后鋼絲簾線變形情況有差異，3＋9＋15×0.22＋0.15NT鋼絲簾線帶有外纏絲，滲膠后簾線結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，芯線結(jié)構(gòu)變化不大，第2層與第3層之間滲膠厚度不均勻，造成鋼絲簾線略有變形；3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線滲膠后各內(nèi)外層結(jié)構(gòu)間隙變化不大，滲膠均勻。與帶外纏絲結(jié)構(gòu)3＋9＋15×0.22＋0.15NT鋼絲簾線相比，不帶外纏絲結(jié)構(gòu)3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線滲膠后穩(wěn)定性提高，具有良好的耐疲勞及耐屈撓性能。

由表1可見：與3＋9＋15×0.22＋0.15NT鋼絲簾線相比，3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線直徑減小，可以減小壓延簾布厚度；破斷力提高30%，可提高輪胎結(jié)構(gòu)安全倍數(shù)。

2.1.2 剛度

兩種鋼絲簾線剛度對比見表2。

由表2可見，3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線剛度大于3＋9＋15×0.22＋0.15NT鋼絲簾線。鋼絲簾線剛度越大挺性越好，壓延時發(fā)生跳線、并線的概率低，有利于簾布壓延的質(zhì)量穩(wěn)定性，且簾布裁斷時塑性保持率好，扭轉(zhuǎn)目標(biāo)值設(shè)定合理則簾布發(fā)生翹頭的概率低；成型時因載重輪胎胎圈部位材料厚度偏大，鋼絲簾線較大的剛度和良好的挺性可以減輕成型胎坯胎圈部位因三角膠、胎圈等材料厚度和質(zhì)量大造成的凹陷和由此帶來的硫化裝模困難，減少胎坯變形引起的質(zhì)量問題。

表2 兩種鋼絲簾線剛度對比Tab.2 Comparison of stiffnesses of two kinds of steel cords TSU

2.1.3 亨特疲勞試驗

應(yīng)用亨特疲勞試驗機模擬鋼絲簾線在輪胎中受力彎曲運動中的應(yīng)力狀態(tài)。取1根限定長度的鋼絲簾線置于亨特疲勞試驗機上，彎曲180°，在接受彎曲應(yīng)力的狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)鋼絲簾線，使其反復(fù)受到拉伸和壓縮應(yīng)力，直至鋼絲簾線發(fā)生斷裂，記錄一定彎曲應(yīng)力下的疲勞次數(shù)，試驗結(jié)果見表3。

表3 兩種鋼絲簾線疲勞次數(shù)對比Tab.3 Comparison of fatigue times of two kinds of steel cords

由表3可見：在加載相同彎曲應(yīng)力的情況下，3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線耐疲勞性能具有明顯優(yōu)勢；兩種鋼絲簾線疲勞次數(shù)均隨加載應(yīng)力的增大而減少。

2.1.4 H抽出力

H抽出力是從硫化試樣中將埋入的鋼絲簾線沿軸向抽出的力。每板試樣15根鋼絲簾線，每板試樣抽取5根鋼絲簾線以測算其H抽出力的平均值，使用的夾具應(yīng)有保證應(yīng)力均勻的圓孔以用來觀察覆膠率，測試結(jié)果見表4。

由表4可見，兩種鋼絲簾線老化前H抽出力、覆膠率及老化后H抽出力保持率均保持較高水平，滿足客戶使用要求。

表4 兩種鋼絲簾線H抽出力對比Tab.4 Comparison of H extraction forces of two kinds of steel cords

2.2 簾布生產(chǎn)工藝

2.2.1 壓延

兩種壓延鋼絲簾布性能對比見表5。

由表5可見，與3＋9＋15×0.22＋0.15NT鋼絲簾布相比，3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾布壓延密度減小，簾布強度增大。

表5 兩種壓延鋼絲簾布性能對比Tab.5 Comparison of properties of two kinds of calendered steel cord fabrics

3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線在壓延放線單絲張力和壓延主張力分別控制為（14.7±0.98）和（11 760±980）N、壓延厚度為2.8 mm、壓延線速度為25 m·min-1的條件下，壓延鋼絲簾布未出現(xiàn)稀并線現(xiàn)象及散頭、硬彎、波浪絲、起鼓等情況，簾布平整光滑，符合壓延工藝要求[1-2]，如圖2所示。

圖2 3＋9＋15×0.225ST壓延鋼絲簾布Fig.2 3＋9＋15×0.225ST calendered steel cord fabric

2.2.2 裁斷

3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾布應(yīng)用于12.00R20輪胎胎體，裁斷時采用90°直裁裁斷機[13-17]，裁斷簾布四角無翹頭、翹邊現(xiàn)象，中間部分無拱起，全程自動拼接，接頭良好，拼接間隙符合裁斷施工標(biāo)準(zhǔn)，裁斷質(zhì)量符合裁斷工藝要求，如圖3所示。

圖3 3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾布直裁拼接Fig.3 Direct cutting splicing of 3＋9＋15×0.225ST steel cord fabric

2.2.3 成型

采用3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾布的胎體挺性好、剛度大，成型充氣后膨脹的胎體簾布無拉伸、變形、稀并線情況，胎體承載力強，后壓輥輥壓后胎坯形狀保持良好，成型胎坯停放后胎圈部位無凹陷情況，成型狀態(tài)見圖4。

圖4 3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾布輪胎成型狀態(tài)Fig.4 Building state of 3＋9＋15×0.225ST steel cord fabric tire

2.3 成品性能

使用3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線替代3＋9＋15×0.22＋0.15NT鋼絲簾線應(yīng)用于工礦系列12.00R20全鋼載重子午線輪胎胎體，進行成品輪胎性能測試，結(jié)果見表6。

由表6可見：使用3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線的輪胎充氣外緣尺寸符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求；與使用3＋9＋15×0.22＋0.15NT鋼絲簾線的輪胎相比，使用3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線輪胎的破壞能提高24%，耐久性試驗累計行駛時間延長16%，遠超過國家標(biāo)準(zhǔn)要求。綜合來看，使用3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線的輪胎安全性更好。

表6 兩種鋼絲簾線成品輪胎性能測試結(jié)果Tab.6 Test results of performances of two kinds of steel cord tires

2.4 成本分析

壓延機停機的人工、設(shè)備及原材料方面的浪費極大。3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線定長比3＋9＋15×0.22＋0.15NT鋼絲簾線增大500 m，其可減少壓延停機、接頭搭接牽引等工時及材料浪費。壓延成品率可提高25%。

兩種鋼絲簾布生產(chǎn)成本對比見表7。

表7 兩種鋼絲簾布成本對比Tab.7 Comparison of costs of two kinds of steel cord fabrics

由表7可見，與3＋9＋15×0.22＋0.15NT鋼絲簾布相比，3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾布壓延密度減小2根·dm-1，壓延厚度減小0.2 mm，簾線成本、膠料成本和簾布質(zhì)量分別減小2.5%，6.9%和4.2%，具有明顯的成本優(yōu)勢。

3 結(jié)論

工礦系列輪胎主要應(yīng)用于礦區(qū)，道路條件苛刻且輪胎承載質(zhì)量大。與3＋9＋15×0.22＋0.15NT鋼絲簾線相比，3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線直徑減小，破斷力、剛度、耐疲勞性能顯明提高，與膠料粘合性能良好，以其替代3＋9＋15×0.22＋0.15NT鋼絲簾線用于工礦系列全鋼載重子午線輪胎胎體，可減小壓延密度和簾布厚度，并延長輪胎使用壽命，具有良好的效益。