于清溪

載重輪胎設(shè)計開發(fā)技術(shù)大觀（六）

于清溪

隨著載重輪胎子午化、扁平化、無內(nèi)胎化進(jìn)程的不斷深入，對載重輪胎的設(shè)計開發(fā)也逐漸趨于成熟。系統(tǒng)介紹了載重輪胎的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，并就其某些代表性性能的設(shè)計進(jìn)行了思考。

橡膠；老化；防老劑；配合

4.1.4 輪胎橡膠配方設(shè)計

（1）胎面膠

胎面膠處于輪胎的最外層，以保護(hù)胎體不受損傷。其接地的胎冠部分要有優(yōu)異的耐磨耗、低滾阻、抗滑移性和鑄造花紋的美觀度、流動性。對于在壞路面上使用的，還要有抗切割性（掉塊）和抗刺扎性（刺傷）。雨水和冰雪地上用的，要專門提高抗?jié)窕浴⒈?、水浮力和抓著力。目前綠色環(huán)保載重輪胎已成為時尚，胎冠的低滾阻和高節(jié)油已上升為僅次于磨耗的第二大要素。

基于上述原因，胎冠膠的配方多以NR為主，同少量ВR或SВR并用；補強填料為高結(jié)構(gòu)中超或超耐磨炭黑，并與相當(dāng)量的白炭黑相互并用。高速公路和好路面宜為NR/ВR=（80～70）/（20～30），低速壞路面為NR/ВR=（100～90）/（0～10），減少耐偏磨性時NR/ВR/SВR=（70～50）/（20～30）/（10～20）的三膠并用方式。為避免耐磨耗性下降，操作油等軟化劑要盡量少用或不加，可使用低聚合分子量的增塑劑。定伸應(yīng)力是衡量胎冠膠的最重要指標(biāo)，一般應(yīng)處在11～13 МPa的范圍內(nèi)，最大可達(dá)15 МPa，而硬度仍應(yīng)保持在最低不超過66為宜。

緊接胎冠膠兩端的胎肩膠是輪胎最厚的部分，要求具有良好的散熱性能，并且移動要小，不易生熱，硬度和定伸應(yīng)力略低于胎冠，同胎基膠和胎側(cè)膠能均勻過渡。使用的橡膠主要為NR，以低結(jié)構(gòu)的中超和高耐磨炭黑并用為佳。胎冠和胎肩下面的胎基膠為介于帶束膠之間的過渡層，牢固地將兩者結(jié)合在一起。要求硬度和定伸應(yīng)力居于胎冠、胎肩和帶束之間。橡膠以NR為主，采用高低結(jié)構(gòu)中超和高耐磨炭黑，配以高黏性樹脂。

胎側(cè)是輪胎最薄的部分，也是彎曲最大的部分，必須能將內(nèi)部熱導(dǎo)出。另外，胎側(cè)膠居于輪胎側(cè)部，是常年一直外露的部分，要求耐陽光暴曬和臭氧劣化，能抵抗外來的機械撞傷和劃傷。同時要有柔軟性，能抗多次疲勞屈撓變形，表面光潔，不污染，不變色。為此，使用的橡膠多為NR/ВR=50/50并用，以高耐磨和快壓出的高結(jié)構(gòu)炭黑補強為主。為了保證輪胎在7年的使用時間內(nèi)耐天候老化，且不發(fā)生硬化和龜裂裂口，要加強防老體系助劑的用量。一般以化學(xué)和物理防老劑聯(lián)合設(shè)防的效果為好，如耐屈撓、耐臭氧防老劑與耐熱、抗氧防老劑制備1.5～2.0份與微晶石蠟（0.5～1.0份）并用，外涂耐天候老化性的橡膠或由聚合型防老劑組成的涂料。

（2）帶束膠

帶束膠介于胎面和胎體之間，內(nèi)包鋼絲簾線，且以不同角度多層重疊在一起，緊箍在胎體之上，為輪胎最為重要的核心部位。對帶束簾線膠要有充分的同鋼簾線結(jié)合在一起的粘著性和滲透性，同時具有很高的定伸應(yīng)力和很低的生熱性，其硬度甚至高于胎冠。帶束膠下面兩肩部的帶束墊膠，應(yīng)具有更高的硬度使帶束層保持平整。在帶束鋼簾線的斷頭端點，為使切頭處裸露的未鍍銅鋼絲斷面也能同橡膠一樣粘合良好，有時加貼專門的與金屬粘合性強的封端膠。必要時，為加強帶束層兩端抵抗應(yīng)力應(yīng)變的性能，還要加貼由化學(xué)纖維簾布或鋼簾線覆膠制成的帶帽膠，亦稱帶束補強簾線膠。

帶束簾線膠通常以NR配制，同胎冠和胎基一樣，補強填料多為高低結(jié)構(gòu)和中超高超耐磨炭黑以不同比例并用，同時配入一定量的黏性樹脂，膠料內(nèi)不得含有水分，硫化速度高于胎面和胎體。粘合體系的配合是帶束簾線膠的又一要點，有機鈷鹽以及硫化體系（硫磺、促進(jìn)劑）的調(diào)整必不可少。為了有效提高粘合力，多采用高硫磺量（4～6份）促進(jìn)劑體系、間甲白（間苯二酚、甲醛、白炭黑以2:1:10混合）粘合體系和有機鈷鹽（2～4份，在配方中不少于0.2份）粘合體系三項并舉的措施。為避免未硫化膠表面噴出，應(yīng)使用不溶性硫磺，同時為減少鈷對橡膠老化性能的影響，除選用最佳含鈷量的癸酸鈷類鈷鹽外，添加初黏力好和抗老化的間甲白給予體亦是十分必要的。

帶束封端膠和墊膠在帶束層中帶有填充和過渡作用，可用炭黑等填料適當(dāng)調(diào)節(jié)其定伸應(yīng)力和硬度，前者硬度稍低（66～72），后者則略高（78～84）。一般要用散熱好的NR和生熱性的低結(jié)構(gòu)耐磨和快壓出類炭黑，其他分別類似胎肩和帶束簾線膠。帶帽膠可用帶束簾線膠或輕卡輪胎胎體的化纖簾布膠代用，近年由于已大量改用芳綸簾線，其使用的橡膠配方也走上專用化的道路。

（3）胎體膠

胎體膠是聯(lián)結(jié)骨骼——鋼簾線或化纖簾布的肌肉，不僅要同骨骼形成骨肉相連的一體，而且要有極好的耐疲勞生熱性和對氣壓的密閉性。特別是為保證輪胎簾線在生產(chǎn)以及隨后的使用過程中，不因膨脹而發(fā)生簾線排列單根拉開的現(xiàn)象，膠料的保形性要好，生膠強度高。硫化橡膠的定伸應(yīng)力高而硬度相對低，力求保持300%定伸應(yīng)力在4～9 МPa、硬度在62～68的范圍之間，并且橡膠能充分、完全地滲透到簾線結(jié)構(gòu)中去。

胎體簾線膠主要為NR，亦或同少量SВR（10～15份）、ВR（5～10份）并用，視輪胎規(guī)格大小而定。補強填料主要為耐磨、快壓出和通用等幾種炭黑相互并用，配合量在30～50份之間，并且添加適量增黏樹脂（3～8份）。載重胎用的全鋼胎體鋼簾線膠的粘合體系同帶束簾線膠。輕卡胎用的半鋼胎體化纖簾布膠因簾布上已浸有間甲白粘合劑而形成了與橡膠的粘合層，故一般可省卻鋼簾線膠配方的粘合體系，在硫化體系中選用助粘的高量促進(jìn)劑（次磺酰胺類1.2～1.8份）和低硫磺（1.5～2.0份）的配方。

內(nèi)襯膠主要以IIR為主，為使其能同簾線膠（NR）相互粘合共硫化，通常分為內(nèi)外兩層，即外層為IIR橡膠，內(nèi)層為Вr-IIR或cl-IIR。外層膠亦被稱為密封膠、油皮膠，內(nèi)層膠又被稱為粘合膠、過渡膠。由IIR配制的內(nèi)襯密封膠，其定伸應(yīng)力（3～8 МPa）和硬度（55～60）是最低的，為此多以快壓出、通用和半補強炭黑為主，填充量可加大到60～80份以上，使之改善工藝性能，消除氣泡，易于壓延、壓出成薄片。另外，大量填充片狀粒子的納米級陶土類填料，不僅更能改進(jìn)工藝性能，同時還有保持和提高密封性的功能。

內(nèi)襯粘合膠用Вr-IIR或cl-IIR及其同NR以不同比例并用的方式，實現(xiàn)與簾線膠共硫化和緊密粘合。由于其硫化體系同內(nèi)襯密封膠和簾線膠都不同，一定要注意硫化速度的平衡和硫化配合劑遷移以及相互之間的干擾問題。另外，在某些場合，亦可采取全鹵化IIR、非結(jié)晶性非硫磺調(diào)節(jié)cR將密封膠與粘合膠合二為一的方法。同胎面膠、帶束膠和胎體膠NR、ВR、SВR的硫化體系不同，因為IIR的硫化速度非常慢，促進(jìn)劑要由次磺酰胺和噻唑類半超速轉(zhuǎn)為秋蘭姆類超速和噻唑類半超速的并用，配合量也要加大。

（4）胎圈膠

胎圈膠處于輪胎與輪輞固定的部位，是同帶束層幾乎相當(dāng)?shù)挠忠粡娏χ嗡?。尤其是子午線輪胎，其承受力量比斜交輪胎要高出30%～40%，為輪胎上下各部最剛硬的區(qū)域，也是從硬（胎圈）到軟（胎側(cè)）應(yīng)力最易集中的地帶。為此，要求橡膠要圍繞以鋼絲圈和鋼簾線為中心，實現(xiàn)“硬—中—軟”的組合。通常，細(xì)分為鋼圈膠、膠芯膠和子口膠三部分，主要以NR為主，可少量并用ВR或SВR，具有良好的散熱性和耐熱老化性。

為了能與鋼絲良好粘合并在生產(chǎn)過程中易于壓出和貼合，胎圈膠采用高粘合力和高填充的配方。一般配以較高量的硫磺（8～15份），添加大量的惰性填料（60～100份），達(dá)到高硬度、高定伸。硬度應(yīng)在82～88，定伸應(yīng)力在15～25 МPa之間。

膠芯膠又被稱為胎圈三角膠、填充膠，多由軟硬兩種配方組成。對于緊鄰胎側(cè)部的軟質(zhì)上膠芯膠，可在胎肩墊膠、胎側(cè)膠配方的基礎(chǔ)上，利用增加填料技術(shù)提高剛性，如耐磨炭黑與快壓出炭黑等量并用，并以通用和半補強炭黑適當(dāng)增量。而位于鋼圈膠之上的硬質(zhì)上膠芯膠，還要補加高苯乙烯橡膠樹脂、酚醛樹脂或有機增硬劑（2～5份）予以繼續(xù)增硬。上下膠芯膠的硬度差大體保持在15左右的范圍內(nèi)。此外，還要特別關(guān)注膠芯膠的黏性，除了使用不溶性硫磺防止膠料噴出之外，必要時應(yīng)加入增黏樹脂類增黏劑。

子口包布膠（子口護(hù)膠）亦稱胎圈加強膠，置于鋼圈膠和膠芯膠外側(cè)，由覆膠的鋼簾線組成。一般皆由胎體簾線膠代用，亦可單獨配制專用的配方。子口護(hù)膠處于胎圈與輪輞接觸的部分，除了要穩(wěn)定地固置于輪輞并保持密封性之外，必須有抗反復(fù)伸張壓縮性和耐磨損性。因此，常由子口邊護(hù)膠和子口底護(hù)膠組成。要求未硫化膠具有良好的定型性，不易流動變形；硫化膠要有很強的剛性，硬度達(dá)到80～85以上。子口邊膠還要有耐彎曲疲勞裂口和抗臭氧及天候劣化性。特別要注意與胎側(cè)膠的連結(jié)部件的硫化速度調(diào)節(jié)，防止重皮缺肉并保持尺寸的穩(wěn)定性。

4.1.5 輪胎橡膠配方示例及發(fā)展趨勢

當(dāng)今，載重子午線輪胎已發(fā)展到以高速公路行駛為主的形態(tài)，其主要橡膠配方示例如表6～9所示。

表6 胎冠膠與胎例膠配方

表7 帶束簾線膠與胎體簾線膠

表8 內(nèi)襯密封膠與內(nèi)襯粘合膠

表9 胎芯膠與子口加強膠

近些年來，由于以電子計算機為工具的正交試驗設(shè)計法和中心復(fù)合試驗設(shè)計法在輪胎橡膠配方設(shè)計上得到廣泛應(yīng)用，設(shè)計選定的時間大幅縮短，最佳優(yōu)選度顯著提高。以前使用分批試驗、爬山、拋物線、對分、分?jǐn)?shù)和黃金分割等單因素變量設(shè)計試驗時，一般要經(jīng)過3～5個周期反復(fù)才能篩選出一個較佳配方，但仍無法斷定最佳結(jié)果；而今采用多因素同時變量試驗的正交和中心復(fù)合法，一次即可完成設(shè)計，找出最佳配方，其物理性能結(jié)果還可用數(shù)學(xué)回歸方程計算，并且繪制出一目了然的各種形式等高線圖，十分便捷。配方試驗數(shù)量也大為減少，五水準(zhǔn)的雙因素變量試驗只需9個配方，三因素為15個，四因素為25個，五因素不過27個。如采用更為準(zhǔn)確的星狀布點法，配方量可減到11個。

當(dāng)輪胎配方的框架確定之后，同輪胎結(jié)構(gòu)一樣，一般不會輕易改動。但出于換料、工藝等原因的微細(xì)試驗還要經(jīng)常不斷地進(jìn)行，此時，單因素的分批試驗等方法仍習(xí)慣被沿用下來，成為設(shè)計的主要手段。橡膠配方不僅要滿足輪胎整體和結(jié)構(gòu)設(shè)計的追求，而且必須適應(yīng)設(shè)備工藝以及作業(yè)環(huán)境、人員操作的條件，即配方的工藝加工性，應(yīng)該成為試驗設(shè)計必不可少甚至更為重要的項目之一。然而，它往往成為物理性能上的對立面，需要慎重對待處置。

載重輪胎的生產(chǎn)已有百年以上的歷史，自1952年從斜交改為子午線的結(jié)構(gòu)以來也已進(jìn)入到第60個年頭。其所用橡膠配方雖已經(jīng)歷了多次變革，但主料橡膠以NR為主的局面迄今始終未改變。而且高性能全鋼子午胎的普及發(fā)展，使NR用量更加擴大，形成了天然橡膠一統(tǒng)天下的局面。上世紀(jì)40～50年代，合成的SВR曾一度打入載重輪胎，但因在大型輪胎中生熱問題難以解決而被終止；60～70年代研發(fā)的“合成天然橡膠”IR，雖然結(jié)構(gòu)和性能同NR相近，但由于其生膠強度和定伸應(yīng)力低而只能處于少量并用階段。80年代以來幾經(jīng)改性的S-SВR，雖已大量投用到乘用和輕卡輪胎上，現(xiàn)又以“抗?jié)窕?、低滾阻和抗耐磨”三位一體的優(yōu)勢，乘著“綠色輪胎”的東風(fēng)打進(jìn)大型載重輪胎，但也不過在胎面領(lǐng)域占據(jù)一席之地，尚無法整體上全面取代NR。

近年，載重輪胎橡膠配方呈現(xiàn)如下特點和趨勢：

第一，材料并用共混技術(shù)不斷發(fā)展。

在橡膠方面，NR與ВR并用以提高胎冠的耐磨耗性、改善胎側(cè)的抗裂口性，并減少胎體的生熱性等。NR與SВR并用可提高定伸應(yīng)力，改進(jìn)耐老化性能。NR與X-IIR并用可改進(jìn)密封層的粘合性、共硫化性。NR與IR并用可以取代部分NR，改進(jìn)輪胎膠的工藝加工性。NR與樹脂并用可提高黏性和剛性。近來，新發(fā)展起來的NR與反式NR、鉬系乙烯基ВR、改性S-SВR并用還能有效地獲得“抗?jié)窕?、低滾阻和抗耐磨”三優(yōu)，解決長期以來難以克服的胎面“魔鬼三角”的難題。

在副料方面，不同結(jié)構(gòu)、粒徑和表面活性炭黑的并用，已成為輪胎橡膠調(diào)整定伸應(yīng)力、硬度、磨耗、生熱、拉伸和壓縮性能的主要手段，幾乎貫穿在每一個配方中。幾種不同促進(jìn)劑如噻唑類、次磺酰胺類、秋蘭姆類、二硫代氨基甲酸鹽類助劑之間相互并用，對于解決輪胎橡膠的硫化均一性、平坦性和降低硫化溫度、縮短硫化時間等起著無可替代的作用。而防老劑中的4010Na、4020與RD、aW的并用以及同物理防老劑石蠟的聯(lián)合組合防護(hù)，更發(fā)揮了最大的協(xié)同效果?？傊?，材料的并用共混，在輪胎橡膠配方中已經(jīng)成為提供改性的重要配合內(nèi)容。

第二，納米填料應(yīng)用范圍日趨擴展。

輪胎是納米材料應(yīng)用方面的先驅(qū)者。早在1916年，輪胎配方設(shè)計者就將納米級的槽法炭黑用在輪胎上作為補強劑，開創(chuàng)納米技術(shù)利用的先河。幾十年來又成功地開發(fā)了爐法炭黑的納米利用，使輪胎耐磨耗性能提升了1～2倍。近年發(fā)展的納米陶土、納米碳酸鈣也開始用在輪胎上，性能已達(dá)到通用和半補強炭黑的程度，擴大了副料的來源。以納米氧化鋅代替普通的鋅白，配合量可由5份減至3份，并且提高了活性效果。

尤其是已進(jìn)入納米級的白炭黑，以其優(yōu)越的綜合性能，在輪胎各部件中獲得廣泛使用。以炭黑量的1/4～1/2用在胎冠上，可以有效提高抗?jié)窕圆⒔档蜐L動阻力，成為生產(chǎn)綠色輪胎的主要舉措，同時還可防止胎面掉塊。其在胎側(cè)膠和子口膠中可改善抗劃傷能力，在帶束膠中提高定伸應(yīng)力和硬度，少量用于帶束和胎體簾線膠中能增強鋼簾線的粘合效果。最近，更以白炭黑/炭黑雙相填料、復(fù)合填料的形式，受到輪胎的青睞。

第三，橡膠粉成為輪胎配方的重要配合劑。

在載重子午胎橡膠配方中，由于大多數(shù)的軟化劑不利于定伸應(yīng)力且含有水分（可能招致鋼簾線生銹），因而受到嚴(yán)格限制。若以60～120目橡膠粉代之，不僅有利于橡膠填料的分散，縮短混煉時間，而且膠料的收縮變形小、保型性好，部件尺寸規(guī)格的精確度高。同時，表面呈現(xiàn)的黏性和均勻的細(xì)小顆粒，還有助于貼合成型；硫化后橡膠的生熱性也小，動態(tài)疲勞性能得到改善。正因如此，橡膠粉在輪胎的各部位皆可使用，即使用在胎冠上也不會對磨耗造成多大影響。它同納米陶土和碳酸鈣一樣，現(xiàn)已成為降低成本的一項技術(shù)性舉措。

與此同時，由c5烯烴聚合的石油樹脂類聚合型增塑劑，作為工藝性配合劑在輪胎橡膠配方中的應(yīng)用也得到認(rèn)可，它的軟化性和黏附性頗為適合子午胎的工藝需求。另一方面，為解決簾線膠等高硫配方易噴出而有礙部件成型貼合的問題，不溶性硫磺也在輪胎上獲得廣泛應(yīng)用，可等量取代普通硫磺用于帶束和胎體膠等方面，近年用量在不斷擴大。同時，為防止橡膠在加工過程中出現(xiàn)焦燒和自硫現(xiàn)象，除盡量控制混煉及其以后壓延、壓出的加工溫度外，也在某些易生熱的橡膠配方里添加防焦劑，用量可達(dá)0.5份。

第四，非石油資源材料開發(fā)受到重視。

目前，載重輪胎用的橡膠、副料和助劑大約有2/3以上系來自石油加工產(chǎn)品。近些年來，由于世界石油市場的動蕩，價格屢創(chuàng)新高，且變化無常，給輪胎生產(chǎn)帶來很大沖擊。為此，各國輪胎設(shè)計者紛紛掀起研究，開發(fā)非石油系橡膠材料的熱潮。這在另一方面又可以解決由石油化學(xué)原料制成的副料、助劑大多易燃、有毒，甚至致癌的問題，有利于實現(xiàn)輪胎的綠色化。

現(xiàn)今，在輪胎橡膠配方技術(shù)上已可制出非石油資源材料的輪胎。一是以杜仲膠、銀菊膠擴充天然膠資源，由天然橡膠化學(xué)改性的環(huán)氧化天然橡膠代替合成橡膠；二是提供改性白炭黑、陶土、碳酸鈣以及其他無機礦物質(zhì)填料，以取代石油副料制得的炭黑；三是軟化劑改用植物油系統(tǒng)的加工產(chǎn)品，包括林產(chǎn)品松脂等和水果產(chǎn)品橘油等；四是改變促進(jìn)劑、防老劑等有機合成物的合成路線，從非石油原料中制取。目前對上述原材料的非石油資源替代已完成了90%。

實際上，載重輪胎生產(chǎn)中實際使用的橡膠配方遠(yuǎn)比上述配方示例要復(fù)雜得多。各種不同輪胎和各個生產(chǎn)廠家的配方均有所不同，且大多被認(rèn)為是技術(shù)絕竅的核心，對外極端保密，甚至微小細(xì)節(jié)也秘而不宣。

4.2 輪胎金屬骨架材料優(yōu)選設(shè)計

4.2.1 鋼簾線種類和結(jié)構(gòu)

載重輪胎除斜交胎和部分輕卡子午胎之外，現(xiàn)今皆以單層的鋼簾線作為骨架材料，并視要求強度的大小而選用不同結(jié)構(gòu)和粗度的簾線。在此之前，也曾有過纖維載重子午胎甚至活胎面(tуre with remоveable tread ring)的纖維子午胎與之對抗，但現(xiàn)在除在特種用途場合僅保留一小部分外，已完全成為全鋼子午胎的天下。

（1）胎體用鋼簾線

載重子午胎胎體用鋼簾線初期是仿照棉簾線的結(jié)構(gòu)和特性設(shè)計的，例如，3+9+9×3+1結(jié)構(gòu)，單絲粗度0.15 mm，簾線直徑為1.15 mm。而后半個世紀(jì)以來，為適應(yīng)輪胎不斷發(fā)展提高的要求，從技術(shù)上到經(jīng)濟(jì)上都出現(xiàn)了許多新的變化，質(zhì)量性能日益得到改進(jìn)和提高，價格成本逐漸下降合理，使之同化學(xué)纖維簾布相比更具競爭力。進(jìn)入21世紀(jì)，載重輪胎鋼簾線已發(fā)展至第四代（詳見表10）。

表10 載重輪胎鋼簾線發(fā)展沿革

目前，單絲增粗（0.225～0.250 mm）和高強度 （HТ）的層燃鋼簾線已開始受到歡迎，得到廣泛應(yīng)用。這種鋼簾線可使強力提高20%～30%，成本下降10%～20%。考慮到載重輪胎不同的使用路面，這種鋼簾線又細(xì)化為標(biāo)準(zhǔn)、高強和滲透三種類型供任意選擇，它們有的也可用在帶束層上（詳見表11）。

表11 載重輪胎胎體用鋼簾線

（2）帶束層用鋼簾線

在載重子午胎帶束層上使用的鋼簾線，早期幾乎采用同胎體結(jié)構(gòu)一樣的產(chǎn)品，甚至共用不分。由于兩者要求的性能和強度不同，近些年來，多已單獨分出，除了強力型（HТ）之外，又出現(xiàn)了表12所列的高伸長型（HE）和高沖擊型（HI）兩種類型。它們的韌性往往比胎體鋼簾線的大，單絲粗度由0.200 mm增到0.220～0.380 mm。

表12 載重輪胎帶束層用鋼簾線

（3）胎圈用鋼簾線

為加強子口部強度，載重子午胎現(xiàn)也開始使用鋼簾線。其性能要求等同胎體鋼簾線，常以之代用。但近年來，為追求經(jīng)濟(jì)性，也越來越多地選擇專用的鋼簾線。其強力較之胎體和帶束層一般要低約30%～50%，例如3+7×0.17/0.20+0.15NТ（780 N）、3+8×0.22+0.15 HТ（1120 N）。從中可以節(jié)約原材料，降低成本。

4.2.2 胎圈鋼絲與鋼圈

輪胎在胎圈上使用的高碳鋼絲要求既有高強度又有大伸張性、彎曲及扭轉(zhuǎn)力，還有同橡膠粘合和抗生銹的能力，粗度一般在0.90～1.80 mm范圍內(nèi)。載重輪胎用的多在1.42～1.65 mm之間，分為標(biāo)準(zhǔn)型和高強力型兩種。破壞強度的要求為：標(biāo)準(zhǔn)型2800 N（1.42 mm）～3700 N（1.60 mm），高強力型3250 N～3900 N。拉斷伸長率為4%～5%和扭轉(zhuǎn)在20次以上。

載重輪胎胎圈的骨架為多根鋼絲組成的鋼圈，一般在3～10層之間，其斷面形狀見圖14。

圖14 輪胎鋼圈斷面形狀

方形鋼圈的鋼絲組成通常為7層×7層（49根），矩形多為6層×8層（48根）到8層×10層（80根），圓形為3+9+15+21（48根），六角形為7+（6+5+4）×2（37根）到9+（8+7+6+5）×2（61根）。目前，無內(nèi)胎載重子午胎的鋼圈主要為長六角形，根據(jù)強力要求，其斷面組成有如表13所列的多種排列形式。

表13 長六角形鋼圈的鋼絲排列組合形式

總的來說，為保持鋼絲強力的均勻性和有效性，以層數(shù)和根數(shù)少者為宜，通常在40～70根之間。

4.2.3 對鋼簾線和鋼絲的特性要求及發(fā)展方向

全鋼載重輪胎對鋼簾線和鋼絲圈的要求，從耐久性考慮，必須具備高強力（保持性）、高疲勞性（低生熱性）和高粘合性（抗腐蝕性）三大基本特性。近年，人們又把剛性提到了重要位置上，尤其是對帶束層的鋼簾線來說，為發(fā)揮其箍緊效應(yīng)，認(rèn)為在輪胎周方向上極需保持大的剛性，才能有效解決輪胎行駛中飄搖的問題。

對鋼簾線來說，橡膠配方中的粘合體系雖可提高粘合性能，但鍍銅仍是保證與橡膠粘合性的最重要條件，不可或缺并要嚴(yán)格監(jiān)控。在鋼簾線的單根絲表面電鍍的黃銅（含cu60%～70%、含Zn30%～40%）薄膜是關(guān)鍵因素，銅鋅組成比、鍍膜厚度、擴散程度，甚至裸露時間都對粘合有著極大影響。鍍層中的cu在硫化時能與橡膠中的S結(jié)合，界面上形成硫化銅，所以作為橡膠硫化劑的硫磺要適當(dāng)多加。一般為其1.5～2.0倍，以達(dá)到橡膠交聯(lián)反應(yīng)與鋼絲粘合反應(yīng)的平衡。Zn可調(diào)節(jié)粘合的反應(yīng)性，但在空氣中極易氧化，并易同橡膠中的水分發(fā)生反應(yīng)，過多添加會生成氧化物、氫氧化物，引起粘合惡化。如cu的比例過大，也會出現(xiàn)粘合過渡層，不僅無益于提高粘合效果，而且還會使耐久性下降。

另外，出于對鋼簾線的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性需求，其單根的粗度日益變大，已由原來的0.150、0.175普遍增到0.200、0.220到0.250 mm，帶束層用的更是達(dá)到0.250～0.380 mm的程度。材質(zhì)的破壞強度除標(biāo)準(zhǔn)型的NТ之外，更多地已開始采用HТ的高強力型，近年還出現(xiàn)了為NТ型130%～150%的SHТ型超高強力鋼絲。帶束層上又增加了高伸長型HE和高沖擊型HI用鋼絲及鋼簾線。對于胎圈用的鋼絲，原來1/2為1.00左右的細(xì)絲，現(xiàn)已普遍增粗為1.50～1.65的中絲，并且繼續(xù)向1.85～2.00 mm的粗絲方向發(fā)展，強度大部分升級到HТ型，表面鍍層也由傳統(tǒng)的青銅轉(zhuǎn)向黃銅。

鋼簾線的組成結(jié)構(gòu)也在不斷地發(fā)生變化。層燃層數(shù)從中心部第一層的芯層起，外部由3～4層減為1～2層。對于為防止鋼簾線結(jié)構(gòu)松散和保持柔軟性、有助粘合性的纏繞于最外層的螺旋線，由于應(yīng)力已得到消除，現(xiàn)已大部分取消。對帶束層和子口部用的鋼簾線，更是縮減為由芯層和外層一層構(gòu)成，結(jié)構(gòu)日臻簡單化，并分別增強了強力和減低了韌性。

為增加簾線的柔韌性和對橡膠的滲透性，排列形式也從往年的密封型發(fā)展到開放型、縫隙型、外露型等多種多樣。從膠線燃向來看，二層多為S/S，三層以上為S/S/Z、S/S/Z/S。新的結(jié)構(gòu)為S/Z、Z/Z，從異向燃向同向燃發(fā)展。同時，大力改用HТ和SHТ鋼絲，以追求產(chǎn)品的輕量化。然后，同化學(xué)纖維簾線相比，鋼簾線存在著相對密度大、制出的輪胎質(zhì)量重，影響滾動阻力等問題，還有遇水生銹、輪胎在使用時扎進(jìn)水后鋼簾線強力下降使耐久性縮短等缺點，也成為鋼簾線的致命弱點。

近些年來，強力同鋼簾線相當(dāng)，而質(zhì)量只有其1/5的芳綸簾線在載重輪胎中的擴大應(yīng)用一直受到人們關(guān)注。它不僅相對密度小、耐水性好，而且熱收縮率低、耐熱性好、蠕變性極小，可視為較理想的載重輪胎骨架材料，現(xiàn)已成功地用于高性能輪胎的緩沖層和帶束層。但多年來由于昂貴的價格，加之彎曲疲勞性較差，作為胎體簾線的使用幾乎未獲得大的發(fā)展。為了爭取進(jìn)入這一領(lǐng)域，已開發(fā)出芳綸與尼龍、聚酯纖維燃制合股的芳綸復(fù)合簾線，結(jié)構(gòu)為1670 dte×2或3，單根斷裂強力可達(dá)500～750 N，200 N定伸為2%～3%，伸長率5%，而粗度僅為0.80～0.85 mm，為鋼簾線的一半，正日益受到人們的關(guān)注。

（未完待續(xù))

[責(zé)任編輯：朱 胤]

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2013-10-10