3×0.225/9×0.205CCUT特高强度钢丝帘线在全钢载重子午线轮胎胎体中的应用

石礼冉，张 超，张思喜，孙文文，杨 丽，倪建胜

（1.八亿橡胶有限责任公司，山东 枣庄 277800；2.江苏兴达钢帘线股份有限公司，江苏 兴达 225721）

世界轮胎工业发展至今已有160多年历史。从全球市场看，目前世界轮胎产业已发展成为一个规模庞大、高度发达的产业，并已进入相对稳定的发展时期[1-2]。

当前国际轮胎产业发展呈现出几大趋势[3-7]：一是市场竞争日益激烈，发展中经济体竞相快速发展，轮胎生产重心呈现由西方到东方、从美欧向亚洲倾斜扩大的趋势；二是轮胎生产的增长方式由数量扩张向提高产品质量和增加产品种类的方向发展，企业主要靠降低轮胎成本以及发展高性能、超高性能和多功能性新轮胎来提高效益；三是轮胎产业要实现绿色化、循环经济化，而国际化更是世界轮胎工业未来的总趋势。

根据轮胎产品性能的发展需求，钢丝帘线生产企业应致力于以下方向的研究：一是开发超高强度、特高强度钢丝帘线，既能有效地提高轮胎胎体和带束层的强度以及轮胎的安全性能，也能减小钢丝帘线的用量，降低轮胎生产成本[8-12]；二是提高钢丝帘线的渗胶性能和耐腐蚀性能；三是提高钢丝帘线的耐疲劳性能。

本工作研究以3×0.225/9×0.205CCUT特高强度钢帘线代替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。

1 实验

1.1 主要原材料

3×0.225/9×0.205CCUT 和3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线，江苏兴达钢帘线股份有限公司产品。

1.2 主要试验设备

钢丝帘布四辊压延机，日本IHI公司产品；90°钢丝帘布裁断机和全钢载重子午线轮胎三鼓成型机，软控股份有限公司产品；轮胎综合性能试验机，中国台湾优美集团产品；四工位高速耐久试验机，青岛高校测控技术有限公司产品。

1.3 性能测试

钢丝帘线性能（直径、线密度、破断力等）按照GB/T 11183—2016测试；成品轮胎外缘尺寸按照GB/T 521—2012进行测量；强度性能按照GB/T 4501—2016进行测试；耐久性能按照GB/T 4501—2016要求进行前期测试，试验速度为65 km·h-1，充气压力为930 kPa，47 h后停机检查，第4阶段后每10 h速度增大5 km·h-1，负荷率增大10%，直至轮胎损坏为止。

2 结果与讨论

2.1 钢丝帘线性能

2.1.1 基本性能

3×0.225/9×0.205CCUT 和3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线的结构如图1所示，性能指标如表1所示，性能检测结果如表2所示。

图1 两种钢丝帘线结构示意

从图1可以看出，3×0.225/9×0.205CCUT和3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线的结构排列相同，截面均为三角形。

从表2可以看出，与3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线相比，3×0.225/9×0.205CCUT特高强度钢丝帘线的帘线直径减小9.62%，破断力减小12.8%，较小的帘线直径可在保证相同胎体强度和压延帘布厚度的同时，增大钢丝帘线的覆胶厚度，以提高帘布的压延通过性能和成品轮胎的耐久性能。同时3×0.225/9×0.205CCUT特高强度钢丝帘线的线密度比3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线减小17.2%，可减小钢丝帘线和胶料的用量，有利于轮胎轻量化，降低生产成本，提高轮胎性价比。

2.1.2 渗胶性能

3×0.225/9×0.205CCUT 和3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线的渗胶性能对比如图2所示。

从图2可以看出，与3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线相比，3×0.225/9×0.205CCUT特高强度钢丝帘线因其较小的帘线直径和较大的钢丝间距而具有更好的渗胶性能。

2.1.3 耐疲劳性能

3×0.225/9×0.205CCUT 和3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线的耐疲劳性能对比如图3所示。

图3 两种钢丝帘线的耐疲劳性能对比

从图3可以看出，3×0.225/9×0.205CCUT特高强度钢丝帘线的耐疲劳性能优于3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线。

2.2 工艺性能

3×0.225/9×0.205CCUT 和3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线的帘布压延工艺数据见表3。

表3 两种钢丝帘布压延工艺数据对比

从表3可以看出，与3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘布相 比，3×0.225/9×0.205CCUT钢丝帘布的强力指数减小1.2%，帘布质量指数减小2.3%，帘布压延密度增大10%。

由 于3×0.225/9×0.205CCUT特高强度丝帘线直径比3×0.24/9×0.225CCST 钢丝帘线小9.62%，压延时根据钢丝帘线直径对压延主张力进行调整[13-16]，压延厚度相同时，3×0.225/9×0.205CCUT钢丝帘布的压延通过性能和压延平整度更好（见图4和5），裁断过程中钢丝无翘头、冒芯等质量缺陷（见图6），自动接头质量符合工艺要求，成型过程无异常，成品轮胎外观经X光检测后无异常。

图4 帘布压延通过性能

图6 帘布裁断质量

2.3 成品性能

将3×0.225/9×0.205CCUT 和3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线用于12R22.5全钢载重子午线轮胎生产，并进行成品轮胎性能检测。

2.3.1 外缘尺寸

两种钢丝帘线生产的轮胎外缘尺寸见表4。

表4 轮胎外缘尺寸对比 mm

从表4可以看出，两种轮胎充气外缘尺寸均符合GB/T 2977—2016的要求。

2.3.2 强度性能

对两种钢丝帘线生产的轮胎进行强度性能测试，结果表明两种轮胎的破坏能均不小于2203J，与国家标准值的比值均大于200%。同时，由于3×0.225/9×0.205CCUT特高强度钢丝帘线比3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线的帘线密度大10%，在强度试验中采 用3×0.225/9×0.205CCUT特高强度钢丝帘线生产的轮胎第五点未被压穿，而采用3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线生产的轮胎第五点压穿，这表明采用3×0.225/9×0.205CCUT特高强度钢丝帘线生产的轮胎抗冲击爆破性能优于采用3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线生产的轮胎，轮胎的安全性能更好。

2.3.3 耐久性能

对两种钢丝帘线生产的轮胎进行耐久性试验，试验条件见表5，试验结果见表6。

表5 轮胎耐久性试验条件

表6 成品轮胎耐久性试验结果

从表6可以看出，与采用3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线生产的轮胎相比，采用3×0.225/9×0.205CCUT特高强度钢丝帘线生产的轮胎耐久性能更好，轮胎的使用寿命更长。

2.3.4 压力分布

对两种钢丝帘线生产的轮胎进行压力测试，轮胎的压力分布数据如表7所示，压力分布情况如图7所示。

表7 两种轮胎的压力分布数据

图7 两种轮胎的压力分布情况

从表7可以看出，与采用3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线生产的轮胎相比，采用3×0.225/9×0.205CCUT特高强度钢丝帘线生产的轮胎在80%负荷率下的接地面积相差不大，在100%负荷率下减小0.44%，在120%负荷率下增大1.49%。

从表7还可以看出，与采用3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线生产的轮胎相比，采用3×0.225/9×0.205CCUT特高强度钢丝帘线生产的轮胎在不同负荷下与地面的接触压力明显减小，在80%，100%和120%负荷率下分别减小24.53%，30.8%和29.64%。

由图7可见，采用3×0.24/9×0.225CCST和3×0.225/9×0.205CCUT钢丝帘线生产的轮胎压力分布情况差别很小且接地印痕的矩形率较高[17]，成品轮胎在使用过程中均不会产生异常磨损现象。

综合来看，以3×0.225/9×0.205CCUT特高强度钢丝帘线代替3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线应用于全钢载重子午线轮胎胎体中，可以明显提高轮胎的接地性能。

2.4 成本分析

以3×0.225/9×0.205CCUT特高强度钢丝帘线代替3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线应用于12R22.5全钢载重子午线轮胎胎体中，单胎质量减小0.22%，单胎成本降低0.24%。

3 结语

与3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线相比，3×0.225/9×0.205CCUT特高强度钢丝帘线的帘线直径减小，在帘布厚度相同的情况下覆胶厚度更大，钢丝帘线的渗胶性能和耐久性能提高，压延及裁断工艺性能良好；以3×0.225/9×0.205CCUT特高强度钢丝帘线代替3×0.24/9×0.225CCST钢丝帘线应用于12R22.5全钢载重子午线轮胎胎体中，轮胎充气外缘尺寸和强度性能符合国家标准要求，耐久性能提高，使用寿命延长；同时单胎质量减小0.22%，单胎成本降低0.24%。