RFID电子标签在全钢子午线轮胎中的应用

牛 飞，马鹏之，晋 琦，胡 源，邱新新，王素芳，牟成乾，高 明

（1.华勤橡胶工业集团，山东 济宁 272100；2.山东华勤橡胶科技有限公司，山东 济宁 272100；3.通力轮胎有限公司，山东 济宁 272100；4.济宁齐鲁检测技术有限公司，山东 济宁 272000）

射频识别（Radio Frequency Identification，简称RFID）是自动识别技术的一种，利用无线射频方式对电子标签进行读写，实现非接触双向数据通信，从而达到识别目标和数据交换的目的，这一技术被认为是21世纪具有发展潜力的信息技术之一。

RFID电子标签的应用前景广阔，具备扫描速度快、体积小、容量大、寿命长、数据可读写等优点，作为物联网行业的兴盛技术，被广泛运用在轮胎物流仓储管理、身份信息追溯以及全生命周期管理等方面[1-4]。

2016年7月1日，由工业和信息化部准许的轮胎用RFID电子标签等4项行业标准正式实施，标准对RFID电子标签的功能、植入方法和编码方法等进行了规范，确保植入电子标签后的轮胎安全。该标准的使用将加速RFID技术在轮胎行业内的推广，促进国内智能轮胎快速发展。

RFID电子标签在轮胎产业化中被广泛应用，RFID电子标签可写入轮胎生产数据、销售数据、使用数据、翻新数据等，将其植入轮胎内部，随时可以通过终端采集读取相应数据，再结合相应的管理软件，即可实现对轮胎全生命周期数据的记录及追溯。但是RFID电子标签在轮胎产业化中的使用仍然存在多项技术难点，尤其是对于结构较为复杂的全钢子午线轮胎，电子标签的可靠性及其对全钢子午线轮胎性能的影响有待验证。

针对上述问题，本工作对于RFID电子标签在全钢子午线轮胎植入位置和植入方法的合理性、识别功能的可靠性进行了验证，并通过轮胎内部质量检查、室内机床测试和道路测试，对RFID电子标签对全钢子午线轮胎质量及性能的影响进行了研究。

1 RFID电子标签的应用

1.1 RFID电子标签类型

目前轮胎用RFID电子标签主要有两种形式：（1）植入式，需要使用复合胶料封装，封装后在成型过程中植入；（2）内贴式，可直接粘贴于内衬层表面。两种RFID电子标签参数[5]对比见表1。

表1 两种RFID电子标签参数对比

1.2 RFID电子标签使用方法

1.2.1 植入式RFID电子标签

1.2.1.1 电子标签准备

对于植入式RFID电子标签的封装，本研究使用自行开发的标签复合胶料压延胶片，胶料的性能参数为剥离力（与填充胶和胎侧胶） ≥50 N，撕裂强度 104 kN·m-1，拉伸强度 ≥29.3 MPa，拉断伸长率 ≥655%，介电常数 3.6 F·m-1。

对胶片进行裁断，并进行两面复合。由于复合后的基板与天线之间存在高度差，会有气体存在，因此在复合时要进行刺扎排气，以保证RFID电子标签质量。复合后的封装电子标签上、下表面均衬有包装材料，用以保护封装电子标签不受污染。

1.2.1.2 电子标签植入

对于全钢子午线轮胎，RFID电子标签的最佳植入位置为胎体反包端点[6]。轮胎该位置变形小、无钢丝，既可以减少信号被屏蔽，又可以减轻对RFID电子标签的撕裂扭变。同时该位置与轮辋边缘相差20 mm以上，在一定程度上能够防止信号被干扰。

在工业阶段，根据轮胎材料分布图确认RFID电子标签可植入在三角胶外端点位置，跟踪结果表明，RFID电子标签经过压合、反包后不产生变形，扫描不会失效，对成型周期也不会产生影响，且贴合后RFID电子标签无移位，仍处于胎体反包端点位置（见图1）。由此可以得出，RFID电子标签植入在三角胶外侧不会影响工艺过程及电子标签质量。

1.2.2 内贴式RFID电子标签

1.2.2.1 电子标签准备

内贴式RFID电子标签采用高耐磨材料塑封，表面涂有耐高温粘合剂，贴于内衬层表面，经过高温硫化后可与内衬层牢固贴合。

1.2.2.2 电子标签贴合

电子标签贴合于内衬层表面，贴合位置为趾口内侧胎圈包布反包上端点上方10 mm左右（见图2）。其优点是贴合容易，成型修胎人员2 s即可完成，且经过高温硫化，电子标签不会发生损坏、失效、移位。但贴合时要注意避开内衬层接头、趾口接头位置。

2 RFID电子标签的可靠性验证

2.1 静态识别验证

对RFID电子标签进行测试验证，测试环境、设备及软件按照HG/T 4955—2016《轮胎用射频识别（RFID）电子标签性能试验方法》要求。RFID电子标签采用非金属工装固定，需使问询器与电子标签保持在同一水平面（如图3所示）。

对主流轮胎使用的RFID电子标签进行对比分析，结果如表2所示。

表2 主流轮胎使用的RFID电子标签对比

通过对比，分析如下。

（1）电子标签形式。植入式RFID电子标签为轮胎厂使用的主流形式，原因基于RFID电子标签的稳定性及防伪可靠性[7]。植入式RFID电子标签植入到轮胎内部，更能防止信息篡改和恶意损坏，提高轮胎的防伪性能。

（2）识别距离。基本都在1 m左右，满足工厂及客户使用需求。

（3）编码规则。以“字母A—F＋数字”居多，既可以提高轮胎防伪性能，又可以通过特定的编码规则，对每位数字赋意，便于写入和获取更全面的轮胎信息[8]。

（4）植入位置。植入式RFID电子标签的植入位置都选择在胎体反包端点、三角胶外侧，主要是考虑到植入过程易操作和减少轮胎变形等因素。

2.2 充气停放识别验证

对植入RFID电子标签的成品轮胎，按规定轮辋进行装配，充气后在25 ℃环境下停放，每48 h进行一次读写验证，经过2个月持续识别验证RFID电子标签不会失效，识别距离未发生变化。

2.3 室内机床测试识别验证

植入RFID电子标签的成品轮胎进行胎面耐久性能、胎圈耐久性能、高速性能机床测试后，对RFID电子标签进行扫描识别，检测数据见表3。

表3 RFID电子标签及其成品轮胎测试前后识别距离 m

对于无内胎轮胎，植入式RFID电子标签和内贴式RFID电子标签都可以被正常识别；对于有内胎轮胎，植入式RFID电子标签可以被正常识别，但内贴式RFID电子标签出现失效现象。

两种电子标签识别距离情况分析如下。

（1）对于植入式RFID电子标签，用于常规轮胎时，复合胶料后电子标签识别距离为1.2 m，植

入轮胎硫化后的识别距离为1.2 m，耐久性能测试结束后的识别距离为1.2 m；对于295/60R22.5规格低扁平比轮胎，RFID电子标签植入轮胎硫化后出现了识别距离衰减的情况。通过切割轮胎断面分析，低扁平比轮胎由于断面高较小，胎体反包端点与轮辋较近，轮胎在室内机床测试中发生了胎圈部位的变形，因而造成电子标签识别距离出现衰减现象。

（2）对于内贴式RFID电子标签，其裸标签识别距离为1 m，植入轮胎硫化后的识别距离为1 m，室内机床测试结束后，用于无内胎轮胎上的内贴式RFID电子标签识别距离仍为1 m，不会发生信号衰减现象，但用于有内胎轮胎上的内贴式RFID电子标签会出现移位、表层脱离现象，根据电子标签移位方向，可推断内胎和垫带的蠕动带动了内贴式RFID电子标签的移位，使电子标签表层脱离，造成内贴式RFID电子标签失效。

综上所述，植入式RFID电子标签可应用于有内胎和无内胎轮胎，内贴式RFID电子标签在有内胎轮胎上的使用还需继续验证。

2.4 道路测试识别验证

基于室内机床测试的验证结果，分别选取有内胎轮胎和无内胎轮胎，对植入式RFID电子标签进行道路测试识别验证，并按工况进行分类，按照每1万km跟踪识别1次的频率，验证RFID电子标签轮胎的道路使用可靠性，试验参数如表4所示。

表4 道路测试识别验证参数

采用12R22.5规格长途高速标载轮胎验证植入式RFID电子标签在长时间高速高温负载下的耐温性能，采用13R22.5规格重载轮胎验证植入式RFID电子标签在长时间受力变形负载下的耐冲击变形性能，采用12.00R20规格重载轮胎验证植入式RFID电子标签在有内胎和垫带内部蠕动变形状况下的稳定性，采用445/45R19.5规格超低扁平比轮胎验证植入式RFID电子标签在轮胎断面高度小、胎体反包高度较小的状况下的耐剪切性能，采用255/70R22.5规格城市公交用轮胎验证植入式RFID电子标签在轮胎频繁刹车启动的状况下的稳定性。

在跟踪道路测试RFID电子标签轮胎时，因轮胎在车辆上会出现双胎屏蔽等因素，以车辆外侧轮胎测试数据为标准数据，具备拆卸轮胎条件时，可从车辆上卸下轮胎进行扫描识别。对所有道路测试轮胎进行读写识别，植入式RFID电子标签可以正常读写识别，识别距离始终在0.6～1.0 m，但植入式RFID电子标签会随轮胎行驶里程的增加出现信号衰减、识别距离减小的现象。

3 RFID电子标签对轮胎性能的影响

3.1 轮胎外观检测

对植入RFID电子标签的成品轮胎进行外观检测。植入式RFID电子标签位置未出现因胶量不足造成的凹陷现象、因表面胶料中或层间有气泡而鼓起的现象，以及胎里脱层现象。由此可以得出RFID电子标签不会影响轮胎外观质量。

3.2 轮胎X光检测

轮胎制造要经过成型、高温高压硫化等过程，因此对植入RFID电子标签的成品轮胎进行X光检测，以探知电子标签是否有损坏。

检测结果表明：植入式RFID电子标签未发生弯折、断裂现象；RFID电子标签附近钢丝帘线未出现稀疏、弯曲、打褶、拉伸、波动、折断等现象（如图4所示）。由此可以得出，植入式RFID电子标签不会影响轮胎钢丝帘布的质量。

3.3 轮胎全息气泡检测

对植入RFID电子标签的成品轮胎进行全息气泡检测，发现RFID电子标签植入位置没有气泡（见图5和6）。由此可以得出，植入式RFID电子标签不会影响轮胎部件之间的粘合，不会产生气泡。

3.4 轮胎均匀性、动平衡检测

对植入RFID电子标签的成品轮胎进行均匀性、动平衡检测，轮胎各项检测数据均在标准范围之内。检测打点位置与RFID电子标签植入位置没有相关性。检测数据见表5。由此可以得出，植入式RFID电子标签不会影响轮胎的均匀性和动平衡性能。

表5 轮胎均匀性和动平衡检测数据

3.5 室内机床性能检测

对植入RFID电子标签的成品轮胎进行胎面耐久性能、胎圈耐久性能、高速性能室内机床测试，对比结果显示：含电子标签的轮胎试验数据与正常轮胎相同，且测试后的充气压力不低于初始充气压力；轮胎外观没有脱层、帘布层裂缝、帘线剥离、帘线断裂、胎体异常变形等缺陷。对RFID电子标签植入位置进行断面切割，分析得出轮胎内部损坏位置与RFID电子标签植入位置没有相关性（见图7），同时发现RFID电子标签未发生移位。由此可以得出，植入式RFID电子标签不会影响轮胎室内机床性能。

3.6 道路测试

进行多种工况的道路测试后，对植入RFID电子标签的轮胎进行检查，未发现轮胎有起鼓、凹陷等缺陷。对植入RFID电子标签的位置进行断面切割，电子标签位置未出现脱层和分离现象，含电子标签轮胎与正常轮胎的实际行驶里程和损坏形式没有差异。由此可以得出，植入式RFID电子标签不会影响轮胎实际道路使用性能。

4 结论

对于RFID电子标签的可靠性验证得出以下结论：（1）RFID电子标签在轮胎安装轮辋充气后可正常识别；（2）植入式RFID电子标签在轮胎室内机床测试后，可正常识别；（3）内贴式RFID电子标签用于有内胎轮胎，经过室内机床测试后电子标签发生移位、失效，可靠性需继续验证；（4）植入式RFID电子标签在轮胎道路测试后可正常识别。

对于植入式RFID电子标签对轮胎性能的影响研究得出以下结论：（1）RFID电子标签复合胶料不会影响电子标签自身性能及轮胎质量；（2）RFID电子标签的植入位置选择在胎体反包端点、三角胶外侧是合理的，不会带来轮胎质量风险及性能损耗；（3）RFID电子标签不会影响轮胎外观质量；（4）RFID电子标签不会影响轮胎钢丝帘布质量；（5）RFID电子标签不会影响轮胎均匀性和动平衡性能；（6）RFID电子标签不会影响轮胎室内机床性能；（7）RFID电子标签不会影响轮胎实际道路使用性能。

作为轮胎的电子身份证，RFID电子标签可以为轮胎整个产业链信息追溯提供准确的数据，拥有广阔的市场应用前景。