何毫明，李娜娜，邢偉運(yùn)，吳美丹，黃大業(yè)

（中策橡膠集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310018）

近年來(lái)隨著法規(guī)的不斷完善，輪胎工業(yè)得到快速發(fā)展[1]。歐洲很多國(guó)家要求隨著季節(jié)變化而選擇不同的輪胎，夏季輪胎與冬季輪胎交換過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生輪胎安裝和保管費(fèi)用，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此很多客戶希望使用全天候輪胎，以節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用。傳統(tǒng)的夏季輪胎在低溫下極易變硬變脆，導(dǎo)致抓著力急速下降，給行車安全帶來(lái)極大隱患，故低溫地區(qū)在冬季更換冬季輪胎已經(jīng)得到了人們的廣泛認(rèn)可。但是很多地區(qū)冬季溫度并非特別低，更換冬季輪胎會(huì)造成一定的資源浪費(fèi)，此類地區(qū)適用全天候輪胎，既保證輪胎在雨季和旱季的使用性能，又保證在冰雪路面的使用性能。因此，我公司有針對(duì)性地對(duì)全天候輪胎進(jìn)行研發(fā)。

1 研發(fā)設(shè)計(jì)

1.1 胎面花紋

（1）為了保證輪胎有足夠的牽引力，胎面花紋采用有方向的單導(dǎo)向花紋，如圖1所示。

（2）為了保證在冰雪路面良好的使用性能，花紋塊上采用密集型刀槽花紋，同時(shí)為了兼顧夏季性能，刀槽花紋采用直行和彎折錯(cuò)位分布（見(jiàn)圖1紅色橢圓示意）。

圖1 單導(dǎo)向胎面花紋

為了保證在冰雪路面良好的制動(dòng)性能，花紋溝槽設(shè)計(jì)稍寬，溝槽方向與行駛方向夾角盡可能小。

1.2 胎面膠

傳統(tǒng)夏季輪胎胎面膠較注重濕地抓著力、操控性能、滾動(dòng)阻力及耐磨性能，但玻璃化溫度（Tg）偏高，溫度稍低就會(huì)使膠料硬度迅速增大，低溫性能極差，不能保證冬季行車安全；而傳統(tǒng)的冬季輪胎一般均以天然橡膠并用較大量的順丁橡膠（BR），以使膠料擁有較低的Tg，提高膠料的低溫性能，但會(huì)造成濕地抓著性能和耐磨性能大幅下降，無(wú)法在非低溫的環(huán)境下使用。因此為了使輪胎在非極寒氣候地區(qū)四季均可使用，結(jié)合夏季輪胎與冬季輪胎的優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)發(fā)全天候輪胎胎面膠。

設(shè)計(jì)胎面膠采用高順式BR、高苯乙烯含量乳聚丁苯橡膠（ESBR）和新型改性溶聚丁苯橡膠（SSBR）并用，補(bǔ)強(qiáng)體系采用高結(jié)構(gòu)炭黑與高分散性白炭黑并用。

高順式BR的低Tg保證了膠料的低溫性能，使全天候輪胎在低溫情況下仍可以保證良好的行駛安全性；雙末端改性SSBR與白炭黑結(jié)合更佳，可以降低生熱，保證燃油經(jīng)濟(jì)性；高苯乙烯含量ESBR可提高膠料的加工性能和抗?jié)窕阅?；而高分散性白炭黑在表面形成極微小的凸起，以刺穿水膜，提高濕地抓著力，使全天候輪胎的濕地抓著性能可以媲美夏季輪胎；高結(jié)構(gòu)炭黑與高分散性白炭黑并用提高了操縱性能和耐磨性能，遠(yuǎn)優(yōu)于冬季輪胎。

綜上所述，全天候輪胎胎面膠具有Tg較低、冰雪路面抓著性能良好、硬度適中、操縱性能良好、濕路面行駛安全性較好、耐磨性能較好和燃油經(jīng)濟(jì)性良好等特點(diǎn)。胎面膠的硫化特性和物理性能如表1所示。

表1 胎面膠的硫化特性和物理性能

從表1可以看出，全天候輪胎胎面膠的焦燒安全性較佳，硬度適中，介于夏季輪胎與冬季輪胎之間，物理性能良好。

1.3 輪胎結(jié)構(gòu)

輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要保證輪廓的行駛面寬度適中，接地印痕接近矩形，如圖2所示。為了達(dá)到歐盟輪胎標(biāo)簽法規(guī)要求[2]，輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮接地印痕和輪胎質(zhì)量等，要求滾動(dòng)阻力系數(shù)不大于9.2 N·kN-1，抗?jié)窕灾笖?shù)不小于1.25，噪聲符合歐盟輪胎標(biāo)簽法規(guī)第2階段噪聲要求。

圖2 輪胎的接地印痕

2 結(jié)果與討論

2.1 室內(nèi)性能

根據(jù)上述研究，我公司有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)了205/55R16 91V全天候輪胎樣胎[3]，并對(duì)其進(jìn)行了室內(nèi)性能測(cè)試。該輪胎花紋編號(hào)為Z-401B，速度級(jí)別為V，負(fù)荷指數(shù)為91，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力為250 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷為615 kg，采用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試輪輞6.5J。

（1）充氣外緣尺寸[4]。測(cè)試條件：充氣壓力180 kPa，溫度 30 ℃。

輪胎充氣外直徑和充氣斷面寬的標(biāo)準(zhǔn)值分別為625.2～638.8和205.4～222.6 mm，測(cè)試值分別為630.0和222.6 mm?？梢?jiàn)輪胎充氣外緣尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)要求，輪胎質(zhì)量為8.7 kg。

（2）壓穿強(qiáng)度[4]。測(cè)試條件：充氣壓力 180 kPa，溫度 30 ℃。

輪胎壓穿強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)要求不小于295.0 J，研發(fā)要求不小于324.5 J，測(cè)試值為443.2 J?？梢?jiàn)輪胎壓穿強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，輪胎質(zhì)量為8.7 kg。

（3）脫圈阻力[4]。測(cè)試條件：充氣壓力 180 kPa，溫度 30 ℃。

輪胎脫圈阻力標(biāo)準(zhǔn)和研發(fā)要求分別為不小于11 120.0和11 342.4 N，測(cè)試值為12 163.0 N。可見(jiàn)輪胎脫圈阻力符合標(biāo)準(zhǔn)要求，輪胎質(zhì)量為8.7 kg。

（4）高速性能[5]。測(cè)試條件：充氣壓力 300 kPa，負(fù)荷 448.95 kg，溫度 38 ℃。

高速性能標(biāo)準(zhǔn)和研發(fā)要求分別為高速行駛時(shí)間不短于60和75 min，實(shí)測(cè)值為120 min?？梢?jiàn)輪胎高速性能達(dá)到研發(fā)要求，輪胎質(zhì)量為8.6 kg。

（5）耐久性能[6]。測(cè)試條件：充氣壓力 180 kPa，速度 120 km·h-1，溫度 38 ℃，采用標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷。

輪胎耐久性能標(biāo)準(zhǔn)要求耐久時(shí)間不短于34 h，研發(fā)要求不短于72 h，實(shí)測(cè)值為120 h?？梢?jiàn)輪胎耐久性能達(dá)到研發(fā)要求，輪胎質(zhì)量為8.66 kg。

（6）低氣壓耐久性能[6]。測(cè)試條件：充氣壓力140 kPa，速度 120 km·h-1，溫度 38 ℃，采用標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷。

輪胎低氣壓耐久性能標(biāo)準(zhǔn)要求耐久時(shí)間不短于35.5 h，研發(fā)要求不短于60 h，實(shí)測(cè)值為62 h?？梢?jiàn)輪胎低氣壓耐久性能達(dá)到研發(fā)要求，輪胎質(zhì)量為8.72 kg。

（7）滾動(dòng)阻力（單速法）。測(cè)試條件：充氣壓力210 kPa，負(fù)荷 4.822 kN，速度 80 km·h-1，溫度 24.6 ℃，采用標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷。

輪胎滾動(dòng)阻力（單速法）標(biāo)準(zhǔn)要求滾動(dòng)阻力系數(shù)不大于10.5 N·kN-1，研發(fā)要求不大于9.0 N·kN-1，實(shí)測(cè)值為8.925 7 N·kN-1?？梢?jiàn)輪胎滾動(dòng)阻力達(dá)到研發(fā)要求，輪胎質(zhì)量為8.64 kg。

2.2 室外性能

已推向市場(chǎng)的275/30R20 Z-401B輪胎抗?jié)窕灾笖?shù)測(cè)試值為1.34，噪聲為73 dB，雪地制動(dòng)指數(shù)為1.07，通過(guò)歐盟R117法規(guī)認(rèn)證。

輪胎室外雪地性能對(duì)比測(cè)試結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，Z401-B花紋輪胎的性能遠(yuǎn)勝于對(duì)比設(shè)計(jì)方案Z401-A花紋輪胎，比公司上一代產(chǎn)品SW602花紋輪胎有很大提高，部分雪地性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，與世界知名品牌GY的性能差距進(jìn)一步縮小，達(dá)到公司研發(fā)要求。

圖3 輪胎室外雪地性能對(duì)比測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

我公司自主研發(fā)的Z-401B系列全天候輪胎符合現(xiàn)有生產(chǎn)工藝要求，已通過(guò)歐盟R117法規(guī)認(rèn)證，部分雪地性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，操縱性能和穩(wěn)定性表現(xiàn)優(yōu)異。

Z-401B輪胎花紋已取得外觀專利（CN 304722672S），該系列產(chǎn)品投放于歐盟市場(chǎng)，能夠滿足顧客要求，得到客戶的好評(píng)。