3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线在全钢载重子午线轮胎胎体中的应用

周君兰，姜文峰，吕 伟，张彦军，初坤龙

[浦林成山（山东）轮胎有限公司，山东 荣成 264300]

随着轮胎工业的迅猛发展和市场竞争的不断加剧，市场对轮胎的耐久性能[1]、安全性能[2]和高速性能等提出了更高的要求。对作为轮胎骨架材料的钢丝帘线的开发和应用也提出了新的要求[3-4]。为了实现轮胎低滚动阻力[5-6]、可翻新[7]、轻量化[8]等性能要求，我公司致力于高性能、高强度、小直径的超高强度胎体钢丝帘线的研发及应用[9-10]。

基于我公司生产的基本情况，本工作研究3×0.24/9×0.225CCST超高强度钢丝帘线替代3＋9＋15×0.175＋0.15钢丝帘线用于10.00R20全钢载重子午线轮胎胎体，并对其应用效果进行对比。

1 实验

1.1 主要原材料

3×0.24/9×0.225CCST超高强度钢丝帘线和3＋9＋15×0.175＋0.15钢丝帘线，江苏兴达钢帘线股份有限公司产品。

1.2 主要设备和仪器

四辊钢丝压延机，意大利鲁道夫公司产品；90°直角裁断机，德国费舍尔公司产品；全钢子午线轮胎一次法胶囊两鼓成型机，北京航空工业研究设计院产品；氮气双模硫化机，桂林橡胶设计院有限公司产品；电子万能材料试验机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；轮胎综合试验机和轮胎高速耐久试验机，汕头浩大轮胎测试装备有限公司产品；三辊疲劳试验机和橡胶渗透仪，江苏兴达智能制造公司产品；刚度仪，美国Taber仪器公司产品；疲劳试验机，德国Positool Technologies公司产品；塑料摆锤冲击试验机，美特斯工业系统（中国）有限公司产品。

1.3 性能测试

各项性能均按照相应国家标准或企业标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 钢丝帘线性能对比

2.1.1 结构

两种钢丝帘线结构和实际截面对比分别如图1和2所示。

2.1.2 基本性能

两种钢丝帘线性能指标对比如表1所示。

从图1和2及表1可以看出，与3＋9＋15×0.175 ＋0.15钢丝帘线相比，3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线的直径和线密度较小，钢丝帘线层数较少，单丝间隙大，渗胶性能提高。

表1 两种钢丝帘线性能指标对比

图1 两种钢丝帘线结构对比

图2 两种钢丝帘线实际截面对比

2.1.3 其他性能

2.1.3.1 破断力和抽出力

两种钢丝帘线破断力和抽出力对比见表2。

表2 两种钢丝帘线破断力和抽出力对比

从表2可以看出，两种钢丝帘线破断力和抽出力相当，综合钢丝帘线直径和线密度分析，3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线在单位直径破断力和单位线密度破断力上有明显优势，可以在更薄帘布和更小帘线用量下达到相同的强度要求。

2.1.3.2 耐疲劳性能

疲劳损伤是材料在交变应力、应变下发生并扩散，导致产生裂变纹的一种动态现象。径向伸缩、弯曲或者扭力都可能引起疲劳损伤，在恒定应力之上施加的交变应力也有可能导致疲劳损伤。这种情况下，应力的交变部分更易导致疲劳损伤。在轮胎中，充气压力决定了平均应力，而在滚动当中变化的胎侧曲率半径决定了交变应力。

两种钢丝帘线三辊弯曲疲劳次数测试结果如表3所示。

表3 两种钢丝帘线三辊弯曲疲劳次数对比

钢丝帘线耐疲劳性能与其结构、直径及单丝直径相关，相同钢丝根数不同结构钢丝帘线耐疲劳性能有差异，紧密型钢丝帘线耐疲劳性能好于层型钢丝帘线，单丝直径越小的钢丝帘线耐疲劳性能越好。因此从表3可以看出，3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线的三辊弯曲疲劳次数小于3＋9＋15×0.175＋0.15钢丝帘线，在大辊径（26 mm）条件下，两者的三辊弯曲疲劳次数接近。

2.1.3.3 冲击吸收功

在轮胎使用过程中带束层和胎体经常承受突然冲击，钢丝帘线的冲击吸收功决定了轮胎对障碍物的包容能力。表4示出了两种钢丝帘线冲击吸收功。

表4 两种钢丝帘线冲击吸收功对比 J

从表4可以看出，两种钢丝帘线冲击吸收功相差不大。

2.1.3.4 弯曲刚度

钢丝帘线的弯曲刚度决定了其耐弯曲性能。表5示出了两种钢丝帘线弯曲刚度。

表5 两种钢丝帘线弯曲刚度对比 TSU

从表5可以看出，3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线的弯曲刚度略大于3＋9＋15×0.175＋0.15钢丝帘线。

2.1.3.5 弹性模量

钢丝帘线的弹性模量在一定程度上反映其抵抗弹性变形的能力，其值越大，使材料发生一定弹性变形所需的应力越大。3×0.24/9×0.225CCST和3＋9＋15×0.175＋0.15钢丝帘线弹性模量分别为218 910和193 798 MPa。

可以看出，3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线的弹性模量较3＋9＋15×0.175＋0.15钢丝帘线有一定提升，即在受到相同应力作用时，使用3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线的轮胎发生弹性变形相对较小。

2.2 工艺性能

表6示出了3×0.24/9×0.225CCST和3＋9＋15×0.175＋0.15钢丝帘布压延工艺参数。

表6 两种钢丝帘布压延工艺参数对比

由表6可见，3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线基本以等压延密度替代3＋9＋15×0.175＋0.15钢丝帘线后，帘布强度下降3%，钢丝帘线质量、胶料质量和帘布质量分别减小了28%，4%和15%。

2.3 成品性能

采用3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线替代3＋9＋15×0.175＋0.15钢丝帘线用于10.00R20全钢载重子午线轮胎胎体，成品轮胎的强度、高速性能和耐久性能测试结果如表7所示。

表7 成品轮胎性能对比

从表7可以看出，胎体采用3×0.24/9×0.225 CCST钢丝帘线的轮胎强度、高速性能和耐久性能与胎体采用3＋9＋15×0.175＋0.15钢丝帘线的成品轮胎相当，满足轮胎使用要求。

3 结论

（1）与3＋9＋15×0.175＋0.15钢丝帘线相比，3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线直径和线密度小，渗胶性能好，疲劳寿命长，弹性模量大，其他性能相当。

（2）采用3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线替代3＋9＋15×0.175＋0.15钢丝帘线用于10.00R20全钢载重子午线轮胎胎体，成品轮胎强度、高速性能和耐久性能均满足轮胎使用要求，生产的1 000条轮胎投放市场正常使用，超过一年市场使用跟踪，无异常反馈。

（3）以3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线替代3＋9＋15×0.175＋0.15钢丝帘线可减小钢丝帘线、胶料、帘布质量，从而减小轮胎质量，降低能耗，符合绿色轮胎发展方向。