芳纶/锦纶混纺帘线冠带条的开发及应用

吴祥鑫，车明明，刘昌波，王海艳，周献伟，王志楠

[浦林成山（山东）轮胎有限公司，山东 荣成 264300]

芳纶帘线具有高模量、低收缩、质量小等特点，很多企业开展了芳纶短纤维、芳纶/锦纶混纺帘线的开发，并取得了工业化应用[1-5]。根据某主机厂电动汽车开发需求，其配套轮胎滚动阻力要求达到欧盟标签法A级水平，高于市场上此规格轮胎滚动阻力要求。为满足主机厂配套轮胎要求，我公司开发了芳纶/锦纶混纺帘线冠带条，并研究冠带条缠绕方式和材质及带束层角度对成品轮胎外直径、接地印痕、高速性能和滚动阻力的影响。

1 规格选取及方案设计

1.1 规格选取

选择不同速度级别（V，W，Y）、不同断面宽（215，225，275 mm）、不同高宽比（45，55，60）的高性能和超高性能轮胎进行方案设计（花纹样式见图1—3），并对不同方案轮胎性能进行对比。

图1 225/60R18 100V轮胎花纹样式

图2 215/55R17 98Y轮胎花纹样式

图3 275/40R18 103W轮胎花纹样式

1.2 设计方案

主要从冠带条的缠绕方式和材料及带束层角度3个方面进行成品轮胎性能对比。设计方案如表1—3所示。其中，芳纶/锦纶混纺帘线冠带条的强度大于锦纶帘线冠带条；冠带条强度由大到小的缠绕方式依次为WC，FC，AC，BC。

表1 225/60R18 100V轮胎的设计方案

2 结果与讨论

2.1 各因素对轮胎外直径的影响

2.1.1 冠带条缠绕方式

冠带条缠绕方式对轮胎外直径的影响见表4。

表2 215/55R17 98Y轮胎的设计方案

从表4可以看出：冠带条缠绕方式对不同规格轮胎外直径的影响趋势不同，对于225/60R18 100V轮胎，冠带条缠绕强度越大，轮胎外直径越小；而对于275/40R18 103W轮胎，冠带条缠绕强度越大，轮胎外直径越大。

2.1.2 冠带条材料

冠带条材料对轮胎外直径的影响见表5。从表5可见：锦纶帘线冠带条轮胎外直径大于芳纶/锦纶混纺帘线冠带条轮胎，这是因为冠带条束缚能力增强，带束层膨胀减小，从而使轮胎外直径减小；锦纶帘线牌号对轮胎外直径的影响无明显规律。

表3 275/40R18 103W轮胎的设计方案

表5 冠带条材料对轮胎外直径的影响 mm

2.1.3 带束层角度

带束层角度对轮胎外直径的影响见表6。从表6可以看出：带束层角度减小，轮胎外直径趋于减小，这可能是由于带束层角度减小，带束层自身的束缚力增大导致的。

表6 带束层角度对轮胎外直径的影响 mm

以上结果表明：冠带条缠绕方式对不同规格轮胎外直径的影响不同；冠带条材料强度增大，轮胎外直径减小；带束层角度减小，轮胎外直径减小。

2.2 各因素对轮胎静态接地印痕的影响

2.2.1 冠带条缠绕方式

冠带条缠绕方式对轮胎静态接地印痕的影响见表7。从表7可以看出，冠带条缠绕强度越大，接地印痕的长轴长度、短轴长度和面积趋于增大，其中对短轴长度影响较小，但P方案与N方案的对比结果与其他不同，有待进一步验证。

表7 冠带条缠绕方式对轮胎静态接地印痕的影响

2.2.2 冠带条材料

冠带条材料对轮胎静态接地印痕的影响见表8。从表8可以看出：与锦纶帘线冠带条轮胎相比，芳纶/锦纶混纺帘线冠带条轮胎接地印痕长轴长度、短轴长度和面积基本呈增大趋势；不同牌号锦纶帘线冠带条对轮胎静态接地印痕的影响无明显规律性。

表8 冠带条材料对轮胎静态接地印痕的影响

2.2.3 带束层角度

带束层角度对轮胎静态接地印痕的影响见表9。从表9可以看出，随着带束层角度的减小，轮胎静态接地印痕的长轴长度、短轴长度和面积呈增大趋势（P″方案与H″方案对比例外），但变化幅度不大。

表9 带束层角度对轮胎静态接地印痕的影响

以上结果表明：随着冠带条缠绕强度和冠带条材料强度的增大以及带束层角度的减小，轮胎静态接地印痕长轴长度、短轴长度和面积基本呈增大趋势。

2.3 各因素对轮胎高速性能的影响

2.3.1 冠带条缠绕方式

冠带条缠绕方式对轮胎高速性能的影响见表10和11。从表10和11可以看出，随着冠带条缠绕强度的增大，轮胎高速性能提高（P方案与N方案对比结果除外）。

表10 冠带条缠绕方式对225/60R18 100V轮胎高速性能的影响

表11 冠带条缠绕方式对275/40R18 103W轮胎高速性能的影响

2.3.2 冠带条材料

冠带条材料对轮胎高速性能的影响见表12和13。从表12和13可以看出：随着冠带条材料强度的增大，轮胎高速性能提高；在其他条件相同的情况下，冠带条材料对轮胎高速性能提升效果由高到低依次为芳纶/锦纶混纺帘线、WD-2锦纶帘线、ND-2锦纶帘线。

表12 冠带条材料对225/60R18 100V轮胎高速性能的影响

2.3.3 带束层角度

带束层角度对轮胎高速性能的影响见表14—16。从表14—16可以看出：对于速度级别为V的轮胎，带束层角度增大，轮胎高速性能显著提升；对于速度级别为W和Y的轮胎，带束层角度增大，轮胎高速性能无明显提升；275/40R18 103W轮胎冠带条材料为锦纶ND-2时，轮胎高速性能很难达到法规要求，冠带条材料为芳纶/锦纶混纺帘线时，冠带条缠绕方式采用AC，高速性能也无法满足法规要求。

表14 带束层角度对225/60R18 100V轮胎高速性能的影响

高速性能试验轮胎损坏照片见图4。

图4 高速性能测试损坏轮胎照片

表13 冠带条材料对275/40R18 103W轮胎高速性能的影响

表15 带束层角度对215/55R17 98Y轮胎高速性能的影响

表16 带束层角度对275/40R18 103W轮胎高速性能的影响

以上结果表明：冠带条缠绕强度和材料强度增大，轮胎高速性能提高；带束层角度增大，V速度级别轮胎高速性能显著提升，W和Y速度级别轮胎高速性能基本无提升。

2.4 各因素对轮胎滚动阻力的影响

2.4.1 冠带条缠绕方式

冠带条缠绕方式对轮胎滚动阻力的影响见表17。从表17可以看出，冠带条缠绕强度增大，轮胎滚动阻力性能趋好（P方案与N方案对比结果除外，后续需验证），这主要是由于冠带条强度增大使带束层部位生热降低。

表17 冠带条缠绕方式对轮胎滚动阻力的影响 N·kN-1

2.4.2 冠带条材料

冠带条材料对轮胎滚动阻力的影响见表18。从表18可以看出：与锦纶ND-2冠带条轮胎相比，芳纶/锦纶混纺帘线冠带条轮胎滚动阻力系数可减小0.22～0.39 N·kN-1（2.5%～4.4%），这主要是由于芳纶/锦纶混纺帘线冠带条伸长率小，使得带束层变形小，胎冠部位生热降低，因此滚动阻力下降；芳纶/锦纶混纺帘线冠带条轮胎滚动阻力与锦纶WD-2帘线冠带条轮胎相当。

表18 冠带条材料对轮胎滚动阻力的影响 N·kN-1

2.4.3 带束层角度

带束层角度对轮胎滚动阻力的影响见表19。从表19可以看出，微调带束层角度，轮胎滚动阻力变化不大且无明显规律。

表19 带束层角度对轮胎滚动阻力的影响 N·kN-1

以上结果表明：冠带条缠绕强度和材料强度增大，轮胎滚动阻力趋于降低；带束层角度微调对轮胎滚动阻力影响不大。

3 结论

（1）冠带条缠绕方式对不同规格轮胎外直径的影响不同；冠带条材料强度增大、带束层角度减小，轮胎外直径趋于减小。

（2）随着冠带条缠绕强度和材料强度的增大、带束层角度的减小，轮胎静态接地印痕长轴长度、短轴长度和面积基本呈增大趋势。

（3）冠带条缠绕强度和材料强度增大，轮胎高速性能提高；带束层角度增大，V速度级别轮胎高速性能显著提升，W和Y速度级别轮胎变化不大；速度级别为W及以上轮胎冠带条材料强度大于锦纶ND-2强度或使用芳纶/锦纶混纺帘线时，冠带条缠绕方式强度大于AC缠绕方式时，轮胎高速性能可满足欧盟法规要求。

（4）冠带条缠绕强度和材料强度增大，轮胎滚动阻力降低；带束层角度微调对轮胎滚动阻力影响不大。