全天候轮胎的研发

何毫明，李娜娜，邢伟运，吴美丹，黄大业

（中策橡胶集团有限公司，浙江 杭州 310018）

近年来随着法规的不断完善，轮胎工业得到快速发展[1]。欧洲很多国家要求随着季节变化而选择不同的轮胎，夏季轮胎与冬季轮胎交换过程中会产生轮胎安装和保管费用，且费时费力。因此很多客户希望使用全天候轮胎，以节省时间和费用。传统的夏季轮胎在低温下极易变硬变脆，导致抓着力急速下降，给行车安全带来极大隐患，故低温地区在冬季更换冬季轮胎已经得到了人们的广泛认可。但是很多地区冬季温度并非特别低，更换冬季轮胎会造成一定的资源浪费，此类地区适用全天候轮胎，既保证轮胎在雨季和旱季的使用性能，又保证在冰雪路面的使用性能。因此，我公司有针对性地对全天候轮胎进行研发。

1 研发设计

1.1 胎面花纹

（1）为了保证轮胎有足够的牵引力，胎面花纹采用有方向的单导向花纹，如图1所示。

（2）为了保证在冰雪路面良好的使用性能，花纹块上采用密集型刀槽花纹，同时为了兼顾夏季性能，刀槽花纹采用直行和弯折错位分布（见图1红色椭圆示意）。

图1 单导向胎面花纹

为了保证在冰雪路面良好的制动性能，花纹沟槽设计稍宽，沟槽方向与行驶方向夹角尽可能小。

1.2 胎面胶

传统夏季轮胎胎面胶较注重湿地抓着力、操控性能、滚动阻力及耐磨性能，但玻璃化温度（Tg）偏高，温度稍低就会使胶料硬度迅速增大，低温性能极差，不能保证冬季行车安全；而传统的冬季轮胎一般均以天然橡胶并用较大量的顺丁橡胶（BR），以使胶料拥有较低的Tg，提高胶料的低温性能，但会造成湿地抓着性能和耐磨性能大幅下降，无法在非低温的环境下使用。因此为了使轮胎在非极寒气候地区四季均可使用，结合夏季轮胎与冬季轮胎的优点，开发全天候轮胎胎面胶。

设计胎面胶采用高顺式BR、高苯乙烯含量乳聚丁苯橡胶（ESBR）和新型改性溶聚丁苯橡胶（SSBR）并用，补强体系采用高结构炭黑与高分散性白炭黑并用。

高顺式BR的低Tg保证了胶料的低温性能，使全天候轮胎在低温情况下仍可以保证良好的行驶安全性；双末端改性SSBR与白炭黑结合更佳，可以降低生热，保证燃油经济性；高苯乙烯含量ESBR可提高胶料的加工性能和抗湿滑性能；而高分散性白炭黑在表面形成极微小的凸起，以刺穿水膜，提高湿地抓着力，使全天候轮胎的湿地抓着性能可以媲美夏季轮胎；高结构炭黑与高分散性白炭黑并用提高了操纵性能和耐磨性能，远优于冬季轮胎。

综上所述，全天候轮胎胎面胶具有Tg较低、冰雪路面抓着性能良好、硬度适中、操纵性能良好、湿路面行驶安全性较好、耐磨性能较好和燃油经济性良好等特点。胎面胶的硫化特性和物理性能如表1所示。

表1 胎面胶的硫化特性和物理性能

从表1可以看出，全天候轮胎胎面胶的焦烧安全性较佳，硬度适中，介于夏季轮胎与冬季轮胎之间，物理性能良好。

1.3 轮胎结构

轮胎结构设计需要保证轮廓的行驶面宽度适中，接地印痕接近矩形，如图2所示。为了达到欧盟轮胎标签法规要求[2]，轮胎结构设计时需考虑接地印痕和轮胎质量等，要求滚动阻力系数不大于9.2 N·kN-1，抗湿滑性指数不小于1.25，噪声符合欧盟轮胎标签法规第2阶段噪声要求。

图2 轮胎的接地印痕

2 结果与讨论

2.1 室内性能

根据上述研究，我公司有针对性地开发了205/55R16 91V全天候轮胎样胎[3]，并对其进行了室内性能测试。该轮胎花纹编号为Z-401B，速度级别为V，负荷指数为91，标准充气压力为250 kPa，标准负荷为615 kg，采用标准测试轮辋6.5J。

（1）充气外缘尺寸[4]。测试条件：充气压力180 kPa，温度 30 ℃。

轮胎充气外直径和充气断面宽的标准值分别为625.2～638.8和205.4～222.6 mm，测试值分别为630.0和222.6 mm。可见轮胎充气外缘尺寸符合标准要求，轮胎质量为8.7 kg。

（2）压穿强度[4]。测试条件：充气压力 180 kPa，温度 30 ℃。

轮胎压穿强度标准要求不小于295.0 J，研发要求不小于324.5 J，测试值为443.2 J。可见轮胎压穿强度符合标准要求，轮胎质量为8.7 kg。

（3）脱圈阻力[4]。测试条件：充气压力 180 kPa，温度 30 ℃。

轮胎脱圈阻力标准和研发要求分别为不小于11 120.0和11 342.4 N，测试值为12 163.0 N。可见轮胎脱圈阻力符合标准要求，轮胎质量为8.7 kg。

（4）高速性能[5]。测试条件：充气压力 300 kPa，负荷 448.95 kg，温度 38 ℃。

高速性能标准和研发要求分别为高速行驶时间不短于60和75 min，实测值为120 min。可见轮胎高速性能达到研发要求，轮胎质量为8.6 kg。

（5）耐久性能[6]。测试条件：充气压力 180 kPa，速度 120 km·h-1，温度 38 ℃，采用标准负荷。

轮胎耐久性能标准要求耐久时间不短于34 h，研发要求不短于72 h，实测值为120 h。可见轮胎耐久性能达到研发要求，轮胎质量为8.66 kg。

（6）低气压耐久性能[6]。测试条件：充气压力140 kPa，速度 120 km·h-1，温度 38 ℃，采用标准负荷。

轮胎低气压耐久性能标准要求耐久时间不短于35.5 h，研发要求不短于60 h，实测值为62 h。可见轮胎低气压耐久性能达到研发要求，轮胎质量为8.72 kg。

（7）滚动阻力（单速法）。测试条件：充气压力210 kPa，负荷 4.822 kN，速度 80 km·h-1，温度 24.6 ℃，采用标准负荷。

轮胎滚动阻力（单速法）标准要求滚动阻力系数不大于10.5 N·kN-1，研发要求不大于9.0 N·kN-1，实测值为8.925 7 N·kN-1。可见轮胎滚动阻力达到研发要求，轮胎质量为8.64 kg。

2.2 室外性能

已推向市场的275/30R20 Z-401B轮胎抗湿滑性指数测试值为1.34，噪声为73 dB，雪地制动指数为1.07，通过欧盟R117法规认证。

轮胎室外雪地性能对比测试结果如图3所示。从图3可以看出，Z401-B花纹轮胎的性能远胜于对比设计方案Z401-A花纹轮胎，比公司上一代产品SW602花纹轮胎有很大提高，部分雪地性能达到国际领先水平，与世界知名品牌GY的性能差距进一步缩小，达到公司研发要求。

图3 轮胎室外雪地性能对比测试结果

3 结论

我公司自主研发的Z-401B系列全天候轮胎符合现有生产工艺要求，已通过欧盟R117法规认证，部分雪地性能达到国际领先水平，操纵性能和稳定性表现优异。

Z-401B轮胎花纹已取得外观专利（CN 304722672S），该系列产品投放于欧盟市场，能够满足顾客要求，得到客户的好评。