全钢载重子午线轮胎的滚动阻力与胎面胶性能相关性研究

张文广，赵 敏

（1.朝阳浪马轮胎有限责任公司，辽宁 朝阳 122009；2.北京橡胶工业研究设计院有限公司，北京 100143）

全钢载重子午线轮胎行驶路面复杂，其胎面胶配方设计时需要与轮胎用途相结合。研究轮胎使用性能与胎面胶性能的相关性，根据路面苛刻度及使用情况选择低滚动阻力、耐磨或抗切割胎面胶配方[1]，对轮胎性能改进和新配方开发目标值设定具有很好的指导意义。

本工作主要研究全钢载重子午线轮胎滚动阻力与胎面胶性能的相关性。

1 性能评价

1.1 胎面胶性能

采用常规混炼工艺制备3种天然橡胶（NR）配方（编号为1290B，1270和1600A）胎面胶，按照相应国家标准进行物理性能测试（粘弹性委托江苏麒祥高新材料有限公司进行测试），并将各项物理性能指数化，结果见表1。

表1 胎面胶物理性能测试结果

1.2 轮胎滚动阻力

分别使用1290B，1270和1600A配方胎面胶试制12R22.5 18PR LM288全钢载重子午线轮胎（轮胎设计和生产工艺相同），委托国内某检测机构对轮胎的滚动阻力进行测试，结果见表2。

表2 轮胎滚动阻力测试结果

2 轮胎低滚动阻力指数与胎面胶性能的相关性

2.1 低滚动阻力指数与胎面胶硬度指数和拉伸性能指数的相关性

根据表1和2的测试数据进行制图并计算得到轮胎低滚动阻力指数与胎面胶邵尔A型硬度指数、300%定伸应力指数、拉伸强度指数、拉断伸长率指数和回弹值指数的线性回归方程及相关因数（R2）。

低滚动阻力指数与邵尔A型硬度指数的线性回归方程为

低滚动阻力指数与回弹值指数的线性回归方程为

通过上述线性回归方程得出轮胎低滚动阻力指数与胎面胶硬度指数和拉伸性能指数的相关性，结果如表3所示。

表3 轮胎低滚动阻力指数与胎面胶硬度指数和拉伸性能指数的相关性

从表3可以看出，轮胎低滚动阻力指数与胎面胶硬度指数、拉伸强度指数和拉断伸长率指数没有相关性，与回弹值指数疑似相关，与300%定伸应力指数有强相关性。

2.2 低滚动阻力指数与胎面胶粘弹性指数的相关性

根据表1和2的测试数据进行制图并计算得到轮胎滚动阻力指数与粘弹性指数的线性回归方程。

低滚动阻力指数与低tanδ（20 ℃）指数线性回归方程为

低滚动阻力指数与G′（60 ℃）指数线性回归方程为

通过上述线性回归方程得出轮胎低滚动阻力指数与胎面胶粘弹性指数的相关性，结果见表4。

表4 轮胎低滚动阻力指数与胎面胶粘弹性的相关性

从表4可以看出：轮胎低滚动阻力指数与胎面胶的低tanδ（20和100 ℃）指数疑似相关，与低tanδ（60 ℃）指数的相关性很好；与G′指数和低G″指数没有相关性，与低G″/G*2（20和100 ℃）指数没有相关性，与低G″/G*2（60 ℃）指数疑似相关。虽然前述研究表明，轮胎低滚动阻力指数与300%定伸应力指数的相关性最好，但由于此次评价的配方均为NR系配方，可以推测胶料的300%定伸应力与tanδ的变化趋势间接一致，因此300%定伸应力只作参考，不作为轮胎滚动阻力的代用性能；轮胎低滚动阻力指数与低tanδ（60 ℃）指数的R2为0.98，tanδ（60 ℃）可以作为轮胎滚动阻力的代用性能，这也与传统经验理论相一致[2]。

2.3 与轮胎滚动阻力相关的tan δ（60 °C）修正因数的确定

由于胎面以外的部件亦会对轮胎滚动阻力产生影响，因此胎面tanδ不会对轮胎滚动阻力产生100%的影响，也受到胎面体积占轮胎整体体积的比例以及各部件变形量差值的影响，tanδ修正因数即胎面对轮胎滚动阻力的影响比例[3]。为使各配方轮胎低滚动阻力指数的差与代用性能低tanδ（60 ℃）指数的差一致，必须确定tanδ（60 ℃）修正因数。

为确定胎面胶性能对轮胎滚动阻力的影响比例，低tanδ（60 ℃）指数必须与轮胎低滚动阻力指数的绝对值一致，因此需设定修正因数。表5示出了不同tanδ修正因数下低tanδ（60 ℃）指数。

根据表5制图并计算得出轮胎低滚动阻力指数与使用修正因数修正后低tanδ（60 ℃）指数的线性关系。

表5 不同tan δ修正因数下的低tan δ指数

修正因数为1/3时，两者线性回归方程为

由于回归直线的斜率越近似于1、截距越近乎为0，轮胎低滚动阻力指数与低tanδ指数的绝对值越一致，因此斜率为1、截距为0时的修正因数即为所求的修正因数。从上述分析可知，胎面胶低tanδ（60 ℃）指数修正因数为1/5时，回归直线的斜率最接近1、截距最接近0，此时与轮胎低滚动阻力指数的绝对值基本保持一致，即表明胎面胶tanδ（60℃）对轮胎滚动阻力的影响比例约为20%。

根据以上数据可以得出轮胎低滚动阻力指数与胎面胶低tanδ（60 ℃）指数相关性的线性方程，根据回归直线的斜率计算影响比例[4]。

轮胎低滚动阻力指数与胎面胶低tanδ（60 ℃）指数相关性的线性方程为

y＝－164.5x＋107.55，R2＝0.863 8

根据公式可以预测出tanδ（60 ℃）减小0.1，则轮胎的滚动阻力可以下降16.4%。

3 结论

全钢载重子午线轮胎低滚动阻力指数与胎面胶硬度指数、拉伸强度指数和拉断伸长率指数没有相关性，与回弹值指数疑似相关，与300%定伸应力指数有强相关性；与胎面胶的低tanδ（20和100℃）指数疑似相关，与tanδ（60 ℃）指数的相关性很好；与G′指数和低G″指数没有相关性，与低G″/G*2（20和100 ℃）指数没有相关性，与低G″/G*2（60℃）指数疑似相关。胎面胶的tanδ（60 ℃）可作为轮胎滚动阻力的代用性能，低tanδ（60 ℃）指数修正因数为1/5，即胎面胶60 ℃时的tanδ减小0.1，轮胎滚动阻力下降16.4%。