4×0.225UT OC特高强度钢丝帘线在半钢子午线轮胎带束层中的应用

宁研彤，刘风丽，杨和涛，王丹灵，2

（1.中策橡胶集团股份有限公司，浙江 杭州 310018；2.浙江大学 高分子科学与工程学院，浙江 杭州 310027）

全球气候变暖关系到人类的可持续发展，随着绿色、环保、低碳出行理念的普及，未来轮胎的发展方向是轻量化和可多次使用[1]。为了适应轮胎市场变化、增强竞争力，轮胎企业须致力于提高产品质量、优化产品性能[2]。

带束层作为子午线轮胎的核心部件，起着缓冲和箍紧胎体的作用，对轮胎使用过程中的稳定性非常重要。因此带束层应采用高强力、高模量的钢丝帘线[2-4]，我公司引入小直径、特高强度钢丝帘线代替传统规格钢丝帘线用于轮胎带束层中。

本 工 作 研 究4×0.225UT OC特 高 强 度 钢丝帘线替代2＋2×0.25HT高强度钢丝帘线在245/70R17半钢子午线轮胎带束层中的应用。

1 实验

1.1 原材料

4×0.225UT OC钢丝帘线，贝卡尔特钢帘线有限公司产品；2＋2×0.25HT钢丝帘线和其他材料均为子午线轮胎制造常用原材料。

1.2 试验设备

四辊钢丝帘布压延机，意大利鲁道夫公司产品；钢丝帘布裁断机，德国Fisher公司产品；一次法成型机，荷兰VMI公司产品；转鼓试验机，天津久荣车轮技术股份有限公司产品。

1.3 测试方法

钢丝帘线性能按照GB/T 33159—2016《钢帘线试验方法》进行测试。成品轮胎性能测试参照GB/T 4502—2016《轿车轮胎性能室内试验方法》、GB/T 29040—2012《汽车轮胎滚动阻力试验方法 单点试验和测量结果的相关性》、ECE R30《关于机动车辆某种充气轮胎批准认证的统一规定》以及美国FMVSS 139等标准进行。

2 结果与讨论

2.1 钢丝帘线性能

4×0.225UT OC钢丝帘线采用特高强度钢丝，其为同向捻、无外缠丝结构，可避免交互捻结构中层与层之间钢丝点接触的磨损，提高钢丝帘线的耐疲劳性能[1]。两种钢丝帘线性能指标对比见表1。

由表1可知，4×0.225UT OC钢丝帘线的弯曲刚度低于2＋2×0.25HT钢丝帘线。在满足强度要求的前提下，4×0.225UT OC钢丝帘线弯曲刚度的降低有利于改善轮胎的乘坐舒适性，提高钢丝帘线的综合性能[5]。

表1 两种钢丝帘线性能指标对比

两种钢丝帘线覆胶后截面见图1。由图1可见，由于4×0.225UT OC钢丝帘线是开放型结构，单丝之间存在间隙，因此胶料在钢丝中呈现全渗透的状态。

图1 两种钢丝帘线覆胶后截面

2.2 钢丝帘布压延工艺

采用4×0.225UT OC钢丝帘线对2＋2×0.25 HT钢丝帘线进行等强度替代，使用同一压延、裁断设备，在相同正常生产工艺条件下进行钢丝大卷压延、钢丝帘布裁断生产。钢丝帘布压延过程中帘布表面平整，覆胶效果较好。生产的钢丝大卷帘布在裁断后无翘头、变形等现象。在钢丝帘线直径减小的情况下，帘布上下覆胶厚度基本保持不变，帘布厚度和覆胶量减小。两种钢丝帘布压延工艺参数对比见表2。

由表2可得，以4×0.225UT OC钢丝帘线替代2＋2×0.25HT钢丝帘线，在钢丝帘布强度相近的情况下，钢丝帘线质量减小18.6%，胶料质量减小16.7%，帘布质量减小17.7%。

表2 两种钢丝帘布压延工艺参数对比

2.3 成品轮胎性能

使 用4×0.225UT OC钢 丝 帘 线 替 代2＋2×0.25HT钢丝帘线在多个规格轮胎中进行应用，并进行成品轮胎性能检测，本文仅列举245/70R17成品轮胎检测数据并进行分析，具体数据见表3。

表3 两种钢丝帘线成品轮胎室内性能对比

由表3可见：采用4×0.225UT OC钢丝帘线替代2＋2×0.25HT钢丝帘线，轮胎外缘尺寸变化不大，符合国家标准要求；轮胎强度性能均远超标准要求，破坏能达到446.9 J（为测试标准的1.4倍）时轮胎仍未压穿；高速性能和耐久性能均远超标准要求，使用4×0.225UT OC钢丝帘线轮胎的耐久性能比2＋2×0.25HT钢丝帘线轮胎略有优势；滚动阻力相当，同时轮胎质量略有减小，满足设计预期目标，符合轮胎绿色节能的发展趋势。

245/70R17轮胎用于SUV车，除了安全性能外，也注重轮胎使用过程中的操纵稳定性。两种钢丝帘线轮胎侧偏刚度对比见图2。

图2 两种钢丝帘线轮胎侧偏刚度对比

由图2可见，在负荷率为80%～100%条件下，4×0.225UT OC钢丝帘线轮胎侧偏刚度略大。车辆的操纵稳定性与轮胎的侧偏刚度密切相关，侧偏刚度越大，车辆操纵稳定性越好[6]。使用4×0.225 UT OC钢丝帘线轮胎的车辆操纵稳定性较好。

2.4 成本分析

两种钢丝帘线轮胎成本分析见表4。

由表4可见，用4×0.225UT OC钢丝帘线替代2＋2×0.25HT钢丝帘线，每平方米带束层帘布成本降低约1.4元，根据半钢子午线轮胎生产施工情况，每条轮胎约用0.83 m2带束层，则每条轮胎可降低成本1.16元。按年产能200万条半钢子午线轮胎计算，年节约成本约为232万元，经济效益显著（本估算仅为新材料当时价格）。

表4 两种钢丝帘线轮胎成本分析

3 结论

4×0.225UT OC钢丝帘线是一种直径小、开放型结构全渗胶、特高强度新型钢丝帘线，以其代替2＋2×0.25HT钢丝帘线用于245/70R17半钢子午线轮胎带束层中，轮胎外缘尺寸、强度和高速性能相近，耐久性能和操纵性能有所提高。

此外，以4×0.225UT OC钢丝帘线替代2＋2×0.25HT钢丝帘线可以减小轮胎中钢丝帘线及胶料的用量，轮胎成本降低，满足轮胎轻量化和绿色环保要求。