3+8×0.21ST钢丝帘线在全钢轻型载重子午线轮胎胎体中的应用

于国鸿，孙志刚，韩 菁，李晓林，孙明霞

[浦林成山（山东）轮胎有限公司，山东 荣成 264300]

我国轻型载重汽车市场自2017年起逐步回升，受《全国安全生产专项整治三年行动计划》和《收费公路车辆通行费车型分类》两条政策的出台和汽车厂商对产品创新要求的双向驱动，2020年我国轻型载重汽车销量达到历史高峰，为219.9万辆，2021年销量持续较高，为211万辆。我公司在原有产品布局的基础上越来越关注轮胎细分市场的发展，近年来在全钢轻型载重子午线轮胎的研发及营销方面步入快速发展期，取得了较好的业绩。

胎体作为轮胎的重要承载部件，需要承受周期性的负荷和形变，并吸收和减轻汽车在行驶时产生的震动[1-3]。钢丝帘线作为轮胎的骨架材料，其特性对轮胎的综合性能起着重要作用，要求具有足够的破断力、优异的耐屈挠和耐疲劳性能以及良好的渗胶性能，同时对其与橡胶的粘合力、粘合力保持率及帘线结构的稳定性要求较高[4-6]。目前应用于全钢轻型载重子午线轮胎胎体的钢丝帘线主要有3+9×0.22+1NT/HT，3×0. 2 2/9×0. 2 0 C C H T 和 3×0. 2 4/9×0.225CCHT等，这些结构的钢丝帘线完全可以满足全钢轻型载重子午线轮胎胎体的使用要求，但随着轮胎制造技术的不断进步以及主机厂和终端用户对轮胎提出的绿色、可持续发展的要求，轻量化、低滚动阻力、高耐久性能的轮胎成为市场主流[7-9]。因此，结构简单、强度高、线密度低、直径小且渗胶性能好的钢丝帘线越来越受到轮胎研发人员的青睐。

本工作研究以3+8×0.21ST钢丝帘线替代3×0.24/9×0.225CCHT钢丝帘线在全钢轻型载重子午线轮胎胎体中的应用。

1 实验

1.1 主要原材料

3 + 8×0.21ST 和3×0.24/9×0.225CCHT钢丝帘线，贝卡尔特（青岛）钢丝产品有限公司产品。

1.2 主要设备和仪器

Z型四辊钢丝帘布压延生产线，意大利鲁道夫科美尼奥公司产品；90°钢丝帘布裁断机，软控股份有限公司产品；HD-PB型全钢子午线轮胎一次法两鼓成型机，中航工业北京贝特里戴瑞科技发展有限公司产品；GT-AI-7000M型电子拉力机，高铁检测仪器有限公司产品；L-4NG-200/340型轮胎高速耐久试验机和TMT-2B型五刚试验机，汕头市浩大轮胎测试装备有限公司产品。

1.3 性能测试

（1）钢丝帘线性能按照GB/T 33159—2016测试。

（2）帘布剥离测试按照企业标准测试，即从压延帘布上取尺寸为158 mm×248 mm的试样进行硫化，硫化试样经过停放及打磨处理后采用尺寸为25 mm×50 mm的矩形钢制夹头进行剥离测试。

（3）轮胎的外缘尺寸按照GB/T 521—2012测量。强度性能按照GB/T 4501—2023测试。高速性能按照GB/T 4501—2023进行前期测试，第4阶段以后速度每增大10 km·h-1，运行30 min，直至轮胎损坏为止。耐久性能按照GB/T 4501—2023要求进行前期测试，试验速度为72 km·h-1，充气压力为770 kPa，轮胎标准负荷为1 500 kg，第4阶段后每运行10 h负荷增大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+8×0.21ST和3×0.24/9×0.225CCHT钢丝帘线的结构如图1所示，基本性能如表1所示。

图1 两种钢丝帘线的结构

从表1可以看出，与3×0.24/9×0.225CCHT钢丝帘线相比，3+8×0.21ST钢丝帘线的直径小约10%，线密度小23%，破断力小9%。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，提高帘布的压延通过性能和成品轮胎的耐久性能；较小的线密度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，提高轮胎的性价比。

2.1.2 粘合性能

研究3+8×0.21ST钢丝帘线的粘合性能及其与粘合胶料的匹配性，以确保其在成品轮胎的整个生命周期不会发生脱层、锈蚀及异常的疲劳损坏。

老化前后3+8×0.21ST钢丝帘线的粘合性能如表2所示。

表2 老化前后3+8×0.21ST钢丝帘线的粘合性能

从表2可以看出，老化后钢丝帘线的抽出力较老化前有所下降，但覆胶性能良好，均达到8级以上，符合公司内控标准要求。

3+8×0.21ST和3×0.24/9×0.225CCHT钢丝帘布的剥离测试结果对比如表3所示，每种钢丝帘线做2组平行试验。其中，帘布的剥离测试过程中，随着胶料的撕裂，剥离力会出现多个波峰，波峰的最大值为最大剥离力，取2—3个波峰值的平均值为剥离力。

表3 两种钢丝帘布的剥离测试结果对比

从表3可以看出，3+8×0.21ST和3×0.24/9×0.225CCHT钢丝帘布的覆胶性能相当，均无钢丝裸露。

2.2 工艺性能

3+8×0.21ST和3×0.24/9×0.225CCHT钢丝帘布的压延工艺参数见表4。

表4 两种钢丝帘布的压延工艺参数对比

从表4可以看出，与3×0.24/9×0.225CCHT钢丝帘布相比，3+8×0.21ST钢丝帘布的强度减小9%，帘布质量指数下降12.9%，有利于轮胎轻量化，同时胎体安全倍数仍可达到8.04以上，满足轮胎使用安全要求。

3+8×0.21ST 钢丝帘布压延速度为24 m·min-1，1#和4#辊筒温度为70～71 ℃，2#和3#辊筒温度为75～76 ℃，压延厚度为1.88～1.89 mm，压延通过性能良好，裁断断面整齐、无翘角，自动拼接无异常，如图2和3所示。

图2 帘布压延质量

图3 帘布裁断质量

2.3 成品性能

将3+8×0.21ST钢丝帘线替代3×0.24/9×0.225CCHT 14PR 122/118M 钢丝帘线用于7.50R16LT全钢轻型载重子午线轮胎胎体试制成品轮胎，并进行成品轮胎性能对比。

2.3.1 外缘尺寸

轮胎的外缘尺寸对比见表5。

表5 轮胎的外缘尺寸对比 mm

从表5可以看出，两种钢丝帘线生产的轮胎的充气外缘尺寸相当，均符合GB/T 2977—2016的要求。

2.3.2 强度性能

轮胎的强度性能对比见表6。

表6 轮胎的强度性能对比

从表6可以看出，采用3+8×0.21ST钢丝帘线生产的轮胎的强度性能满足设计要求。

2.3.3 高速性能

轮胎的高速性能对比见表7。从表7可以看出，两种钢丝帘线生产的轮胎的高速性能相当，符合国家标准要求（≥60 min）。

表7 轮胎的高速性能对比

2.3.4 耐久性能

轮胎的耐久性能对比见表8。从表8可以看出，两种钢丝帘线生产的轮胎的耐久性能相当，符合国家标准要求（≥47 h）。

表8 轮胎的耐久性能对比

2.3.5 五向刚度特性

轮胎的五向刚度特性见表9。

表9 轮胎的五向刚度特性

从表9可以看出：两种钢丝帘线生产的轮胎的径向刚度、横向刚度、纵向刚度和扭转刚度相当；采用3+8×0.21ST钢丝帘线生产的轮胎的包络刚度减小约4%，这说明采用3+8×0.21ST钢丝帘线生产的轮胎的舒适性更好。

2.3.6 滚动阻力

采用3×0.24/9×0.225CCHT钢丝帘线生产的轮胎的滚动阻力系数为6.45 N·kN-1，采用3+8×0.21ST钢丝帘线生产的轮胎的滚动阻力系数为6.26 N·kN-1，比采用3×0.24/9×0.225CCHT钢丝帘线生产的轮胎的滚动阻力系数减小0.19 N·kN-1。

2.4 成本分析

以3 + 8×0.21ST 钢 丝 帘 线 替 代3×0.24/9×0.225CCHT钢丝帘线用于7.50R16LT全钢轻型载重子午线轮胎胎体中，单胎质量减小0.412 kg，单胎成本降低1.34元。

3 结论

与3×0.24/9×0.225CCHT钢丝帘线相比，3+8×0.21ST钢丝帘线的结构简单，帘线直径和线密度小，粘合性能相当，压延及裁断工艺性能良好；以3+8×0.21ST钢丝帘线替代3×0.24/9×0.225CCHT钢丝帘线应用于7.50R16LT全钢轻型载重子午线轮胎胎体中，轮胎的充气外缘尺寸、强度性能、高速性能和耐久性能符合国家标准要求，轮胎舒适性更好，滚动阻力降低，单胎质量减小，成本降低。