新型钢丝帘线在全钢轻型载重子午线轮胎轻量化设计中的应用

王传志，刘连波，王天石，张 杰，许 冰

（青岛双星轮胎工业有限公司，山东 青岛 266400）

近几年，根据国家节能减排要求，同时伴随我国环保治理力度的不断加大，全球范围内原材料价格上涨，通过材料替代，降低生产能耗和材料成本、提高产品性能已成为轮胎行业发展的必然趋势[1]。新型钢丝帘线的研究与应用也成为提升轮胎企业竞争力的重要手段[2-3]。

随着我国经济的发展，公路运输业发展迅速，超载治理力度不断增大，车型、车辆的使用环境也发生了很大变化[4]。大中型城市已禁止大型货车进入市区，市区内的物流运输主要由轻型、微型卡车承担；同时伴随乡村经济的迅速发展，轻型、微型卡车的需求量也逐年增大[5]。在此发展背景下，轻型载重轮胎的需求量将迎来新的增长，其使用规格主要集中在6.50R16，7.00R16和7.50R16等上[6-7]。

本工作从骨架材料方面入手，对7.50R16LT全钢轻型载重子午线轮胎轻量化产品开发进行钢丝帘线升级换代[8]，从而减小轮胎质量、降低成本，同时提高产品性能。

1 实验

1.1 主要原材料

4＋3×0.33ST，3＋8×0.22ST，3×7×0.175HE，3×0.20＋6×0.35HT，3＋9×0.22HT＋0.15和3×7×0.20HE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

四辊钢丝帘布压延生产线，日本IHI株式会社产品；15°钢丝帘布裁断机和90°钢丝帘布裁断机，德国费舍尔热工有限公司产品；全钢一次法成型机，中航工业北京航空制造工程研究所产品；全钢耐久试验机，天津久荣工业技术有限公司产品；电子拉力测试机，美国MTS系统科技公司产品；Taber刚度仪，美国泰伯机械公司产品；环带疲劳试验机，济南联工测试技术有限公司产品。

1.3 性能测试

钢丝帘线性能按照GB/T 11181—2016《子午线轮胎用钢帘线》进行测试。

成品轮胎性能按照企业标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 钢丝帘线结构与特性

6种钢丝帘线的截面对比如图1所示。

图1 钢丝帘线截面对比

从图1（a）和（b）可以看出：3×0.20＋6×0.35HT钢丝帘线为普通双层缠绕圆形结构，中间由3根股线捻制而成，外层由6根股线环绕中心3根股线异向捻制而成，层与层之间为点接触，压延时中间芯股易出现渗胶不完全现象；而4＋3×0.33ST钢丝帘线为更易渗胶的开放型结构（略带轻微不规则），股线数量更少，能有效减小轮胎质量，排列更简单，且股线均为同向捻制而成，线与线之间为线接触，钢丝帘线压延时的渗胶性能更优异。

从图1（c）和（d）可以看出：3＋9×0.22HT＋0.15和3＋8×0.22ST钢丝帘线均为传统圆形分层缠绕结构，两层股线为同向缠绕捻制而成；3＋9×0.22HT＋0.15钢丝帘线比3＋8×0.22ST钢丝帘线多1层异向捻制的外缠丝，对3＋9×0.22HT＋0.15钢丝帘线压延时的渗胶有一定限制，但外缠丝会增大钢丝帘线的紧密程度，提高帘线的刚性，防止裁断后出现帘线散头问题。

从图1（e）和（f）可以看出：3×7×0.20HE钢丝帘线与3×7×0.175HE钢丝帘线的结构相同，仅股线直径不同。

6种钢丝帘线的性能对比如表1所示。

表1 钢丝帘线性能对比

从表1可以看出，在带束层中，4＋3×0.33ST钢丝帘线与3×0.20＋6×0.35HT钢丝帘线的破断力相同，但4＋3×0.33ST钢丝帘线的直径减小了约3%，线密度减小了11%，弯曲刚度增大了4%，覆胶弯曲刚度增大了43%，冲击吸收率提高了14%，渗胶率提高了3%。在不增大压延帘布密度的前提下，与3×0.20＋6×0.35HT钢丝帘线相比，4＋3×0.33ST钢丝帘线的强度相同，质量减小，成本降低，性能更优。

在胎体中，3＋8×0.22ST钢丝帘线比3＋9×0.22HT＋0.15钢丝帘线的直径减小了约20%，破断力减小了约3%，线密度减小了13.5%，弯曲刚度减小了45%，覆胶弯曲刚度减小了14%，但两种钢丝帘线的冲击吸收率基本相同，且3＋8×0.22ST钢丝帘线的渗胶率提高了20%。

0°带束层主要起到箍紧轮胎的作用，减小轮胎胎冠部位的周向变形，降低1#带束层与2#带束层端部层间剪切应力和带束层端部区域的应变能[9-10]，大幅提高轮胎的耐久性能，减少轮胎肩空现象。与3×7×0.20HE钢丝帘线相比，3×7×0.175HE钢丝帘线的直径减小了29%，线密度减小了24%，在不改变压延密度的前提下，3×7×0.175HE钢丝帘线的质量和成本都更具优势。

2.2 工艺性能

采用四辊钢丝帘布压延机压延，在压延过程中6种钢丝帘线无打褶、稀线、跳线等问题，压延帘布表面光滑平整，覆胶性能良好，裁断后帘布边部切口整齐，钢丝帘线不松散，无变形，边部无翘头问题。

6种钢丝帘布的压延参数对比见表2。

表2 钢丝帘布压延参数对比 %

2.3 渗胶性能

胶料的渗透性能对于轮胎用钢丝帘线十分重要，钢丝帘线渗胶性能好，可有效地阻止外界水、汽等对钢丝帘线的侵蚀，保证钢丝帘线与胶料之间有长期稳定的粘合力，减少轮胎使用过程中的脱空问题，从而延长轮胎的使用寿命。

钢丝帘线渗胶后的截面对比如图2所示，钢丝帘线与胶料的粘合性能对比见表3和4。3×7×0.20HE钢丝帘线与3×7×0.175HE钢丝帘线的结构相同，仅股线直径不同，渗胶情况相当，在此不做赘述。

从图2（a）和（b）可以看出，3×0.20＋6×0.35HT钢丝帘线中心股丝间存在渗胶不完全现象，而4＋3×0.33ST钢丝帘线是由直径相同的股丝同向捻制而成的全渗胶结构钢丝帘线，渗胶性能良好。

从图2（c）和（d）可以看出，受钢丝帘线结构影响，3＋8×0.22ST和3＋9×0.22HT＋0.15钢丝帘线的中心股丝之间均存在不同程度的渗胶不完全现象，但3＋9×0.22HT＋0.15钢丝帘线渗胶不完全现象相对严重。

图2 钢丝帘线渗胶后的截面对比

从表3可以看出，与3×0.20＋6×0.35HT钢丝帘线相比，4＋3×0.33ST钢丝帘线的粘合力、剥离强度和剥离力分别提高了39%，14%和14%。

表3 4＋3×0.33ST与3×0.20＋6×0.35HT钢丝帘线的胶料粘合性能对比 %

从表4可以看出，与3＋9×0.22HT＋0.15钢丝帘线相比，3＋8×0.22ST钢丝帘线的粘合力、剥离强度和剥离力分别提高了9%，5%和5%。

表4 3＋8×0.22ST与3＋9×0.22HT＋0.15钢丝帘线的胶料粘合性能对比 %

钢丝帘线粘合性能的提高有助于提高轮胎的耐久性能。

2.4 成品性能

采用4＋3×0.33ST，3＋8×0.22ST和3×7×0.175HE钢丝帘线（方案1）分别替代3×0.20＋6×0.35HT，3＋9×0.22HT＋0.15和3×7×0.20HE钢丝帘线（方案2）应用于7.50R16LT全钢轻型载重子午线轮胎的带束层、胎体和0°带束层中，由于钢丝帘线的线密度减小，因此轮胎的质量也相应减小。

两种方案轮胎的成品性能对比如表5所示。

从表5可以看出，两种方案轮胎的成品性能相当，且均满足国家标准和我公司内控指标要求。

表5 成品轮胎性能对比

2.5 成本分析

两种方案轮胎的质量对比如表6所示。

从表6可以看出，与方案2轮胎相比，方案1轮胎的带束层、胎体和0°带束层的帘布质量分别减小了7%，7%和17%，帘布质量整体减小了7.6%，整胎质量减小近2%。由此可见，采用新型钢丝帘线4＋3×0.33ST，3＋8×0.22ST和3×7×0.175HE制造的轮胎更具成本优势。

表6 轮胎的质量对比

3 结论

采 用 新 型 钢 丝 帘 线4＋3×0.33ST，3＋8×0.22ST和3×7×0.175HE分别替代传统钢丝帘线3×0.20＋6×0.35HT，3＋9×0.22HT＋0.15和3×7×0.20HE应用于7.50R16LT全钢轻型载重子午线轮胎的带束层、胎体和0°带束层中，在保证成品轮胎使用性能的前提下，可以减小轮胎质量，降低生产成本。