芳纶复合帘布在半钢子午线轮胎骨架材料中的应用

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芳纶复合帘布在半钢子午线轮胎骨架材料中的应用
杨京辉，李红卫，袁金琪，陈 松
[特拓（青岛）轮胎技术有限公司，山东 青岛 266061]
摘要：用芳纶复合帘布替代钢丝帘布作为半钢子午线轮胎冠带层和带束层骨架材料。

结果表明：与正常轮胎相比，芳纶复合帘布作为带束层骨架材料的轮胎高速性能较好，接地压力分布较均匀，胎肩接地压力较小，电阻较大；芳纶复合帘布可有效提高轮胎的脱圈阻力，轻量化效果明显；芳纶复合帘布胎坯与正常胎坯的外周长差异较大，芳纶复合帘布轮胎的压延、裁断、成型、硫化工艺中需作调整。

关键词：芳纶复合帘布；半钢子午线轮胎；骨架材料；冠带层；带束层；高速性能；轻量化
中图分类号：U463.341＋.4；TQ342＋.72 文章编号：2095-5448（2020）03-0158-04
文献标志码：A DOI ：10.12137/j.issn.2095-5448.2020.03.0158
芳纶纤维是芳香族聚酰胺类纤维的通称，是一种高强度、高模量、低密度、耐高温、耐化学腐蚀、耐疲劳的人工合成有机纤维[1-3]。

日本帝人株式会社、美国杜邦公司、韩国晓星集团，我国山东海龙博莱特化纤有限责任公司、联新（开平）高性能纤维有限公司、神马实业股份有限公司等企业的芳纶纤维占据主要市场。

芳纶帘布越来越多地被国内外轮胎企业认可，并应用到冠带层、胎侧、三角胶芯、胎圈、带束层等不同部件中[4-6]。

与轮胎常用纤维材料相比，芳纶纤维具有较高的强度和伸长率、较小的密度、优良的耐热性能，强度和干热收缩率堪比钢丝。

采用芳纶帘布对轮胎轻量化的效果非常明显。

本工作用芳纶复合帘布替代钢丝帘布作为半钢子午线轮胎冠带层和带束层骨架材料，研究其对轮胎性能的影响。

1 芳纶复合帘布性能及骨架材料替换方案
联新（开平）高性能纤维有限公司的Aramid 1670dtex /2＋N66 1400dtex /1芳纶复合帘布性能见表1。

其中，Aramid 1670dtex /2为芳纶，N66 1400dtex /1为锦纶66。

采用205/55R16 91W SR71半钢子午线轮胎，骨架材料替换方案见表2。

2　生产工艺2.1　压延
（1）采用意大利科米里奥公司的S 型四辊压延机，芳纶复合帘布压延采用冠带覆胶胶料，压延帘布厚度为1.45 mm 。

（2）芳纶复合帘布压延幅宽要求为110 cm ，压延后实际幅宽为95～108 cm 。

分析认为，压延
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作者简介：杨京辉（1983—），男，山东招远人，特拓（青岛）轮胎技术有限公司工程师，学士，主要从事轮胎工艺和新材料应用研究。

E -mail ：kell -yang@
表1 芳纶复合帘布性能
项 目
测试值测试方法断裂强力/N 458ASTM D 885断裂伸长率/%
11.2ASTM D 885干热收缩率（177 ℃×2 min ）/% 1.8ASTM D 4974H 抽出力/N 193ASTM D 4776帘线直径/mm
0.89ASTM D 885锦纶66初捻捻度（Z 向）/（捻·m -1
）227ASTM D 885芳纶初捻捻度（Z 向）/（捻·m -1
）366ASTM D 885芳纶复捻捻度（S 向）/（捻·m -1）362ASTM D 885
经线密度/（根·dm -1
）
90
注：测试温度 24 ℃，湿度 55%。

表2 轮胎骨架材料替换方案
项 目正常方案一方案二
带束层骨架材料 1#带束层3×0.30HT 钢丝帘布芳纶复合帘布3×0.30HT
钢丝帘布
2#
带束层
3×0.30HT 钢丝帘布
芳纶复合帘布芳纶复合帘布
带束层帘线角度/（°）
2724
24
冠带层骨架材料1400dtex /2 锦纶帘布
芳纶复合帘布芳纶复合帘布
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过程中仅靠3组弓形扩布器进行扩布，帘布边部无法扩布。

由于压延时未使用三爪扩布装置，本工作采取调整弓形扩布辊弧度的方法来提高扩布能力。

2.2　裁断
采用德国Fischer 公司斜裁设备，由于磁吸式夹持输送设备无法夹持芳纶复合帘布，不能进行自动裁断，因此使用立裁设备进行手动裁断。

2.3　成型
（1）成型机采用萨驰集团一次法成型机，用芳纶复合帘布作为冠带层缠绕时，因芳纶帘线断裂强力比锦纶帘线大，冠带层不容易裁断。

因此，裁断时提高裁刀气缸风压，并对剪切刀刃间隙进行微调。

（2）芳纶复合帘布带束层在成型时因成型机贴合鼓为磁吸式而无法正常贴合，因此采用手动调整灯标线并手动用可移动磁铁固定贴合。

（3）采用芳纶复合帘布的胎坯外周长比标准值小，当轮胎贴合鼓周长与正常施工值相同时，成型胎坯外周长比轮胎贴合鼓周长大6 mm 。

因此，作业时将轮胎贴合鼓周长在正常施工值基础上增加35 mm 。

2.4　硫化
采用韩国东和产机株式会社1 219.2 mm （48英寸）硫化机，硫化工艺为：高压蒸汽温度 203 ℃，外温 182 ℃，定型高度 300 mm ，高压蒸汽压力 1.6 MPa ，低压蒸汽压力 0.95 MPa ，高压氮气压力 2.5 MPa ，硫化时间 12.77 min 。

非充气状态下轮胎外周长见表3。

从表3可以看出，试验轮胎在非充气状态下外周长比正常轮胎小。

表3 非充气状态下轮胎外周长 mm
项 目正常方案一方案二轮胎外周长 1 955 1 900 1 924与正常轮胎差值
－55
－24
3　成品轮胎性能3.1　质量
正常轮胎质量为9.47 kg ，方案一轮胎质量为8.53 kg ，方案二轮胎质量为9.29 kg 。

可以看出，方案一轮胎质量最小，说明带束层和冠带层骨架材料全部采用芳纶复合帘布能有效减小轮胎质量。

3.2　断面
方案一轮胎断面见图1。

图1 方案一轮胎断面
3.3　室内试验性能
成品轮胎室内试验性能见表4。

从表4可以看出，方案一轮胎的充气外直径较大，高速性能明显改善，脱圈阻力较大。

说明芳纶复合帘布可以有效提高轮胎的高速性能和脱圈阻力。

成品轮胎室内试验后损坏形式见图2。

从图2可以看出，损坏形式的变化反映出骨架材料对成品轮胎损坏位置和损坏程度的影响比较明显。

3.4 接地压力
成品轮胎接地印痕见图3。

从图3可以看出，与正常轮胎相比，方案一轮
表4　成品轮胎室内试验性能
项 目正常方案一方案二企业标准充气外直径/mm 627635626625～639充气断面宽/mm 211
209
210
205～220
高速性能300 km ·h -1
行驶3 min （爆胎）/290 km ·h -1行驶9 min （胎肩脱层）
350 km ·h -1
行驶9 min
（胎冠掉块）310 km ·h -1
行驶1 min
（胎肩花纹掉块）280 km ·h -1行驶10 min
低气压耐久性试验 累计行驶时间/h 70（胎侧裂口）45.33（胎侧起鼓）/72.98（胎肩脱层）153.35（胎圈裂口）＞44脱圈阻力/N 11 417（第4点脱开）12 816（第4点脱开）12 798（第4点脱开）＞11 120强度/J
507.3（第5点触及未压穿）
292（触及轮辋未压穿）
276.7（触及轮辋未压穿）
＞325
静负荷下沉量/mm
26.3
24.9
27.4
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………………………………
（a）正常轮胎高速试验后胎肩脱层（b）
正常轮胎耐久性试验后胎侧裂口
………………………………
（c）方案一轮胎高速试验后胎冠掉块（d）方案一轮胎耐久性试验后胎肩脱层
…………………………………
（e）方案二轮胎高速试验后胎肩花纹掉块（f）方案二轮胎耐久性试验后胎圈裂口
图2 成品轮胎室内试验后损坏形式
…………
（a）正常轮胎（b）方案一轮胎…………………………………………………………………………………（c）方案二轮胎
图3 成品轮胎接地印痕
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胎的接地压力分布较均匀，胎肩接地压力较小，因此生热较低。

生热从大到小顺序为正常轮胎，方案二轮胎，方案一轮胎。

由于芳纶复合帘布作为带束层骨架材料使轮胎刚性下降，接地印痕面积增大，因此滚动阻力从大到小顺序为方案一轮胎，方案二轮胎，正常轮胎。

3.5　电性能
采用纤维替代钢丝作为骨架材料的轮胎导电性能可能会下降，因此有必要进行电阻测试。

正常轮胎电阻为2.56×1011 Ω，方案一轮胎电阻为2.16×1012 Ω，方案二轮胎电阻为1.97×109 Ω。

可以看出，带束层骨架材料全部采用芳纶复合帘布的轮胎电阻较大，但对整车的导电性能影响不大。

4　结论
（1）与正常轮胎相比，芳纶复合帘布作为带束层和冠带层骨架材料的成品轮胎高速性能较好。

（2）采用芳纶复合帘布可以有效提高轮胎的脱圈阻力。

（3）芳纶复合帘布轮胎的接地压力分布较均匀，胎肩接地压力较小。

（4）芳纶复合帘布轮胎比正常轮胎平均质量减小900 g 左右，轻量化效果明显，但胎面刚性降低会导致滚动阻力增大。

（5）在成型机贴合鼓周长相同的情况下，芳纶复合帘布胎坯与正常胎坯外周长差异较大，轮胎成型过程中需要根据实际情况调整贴合鼓周长。

（6）采用芳纶复合帘布作为带束层的轮胎电阻较大，但对整车的导电性能影响不大。

我国轮胎企业应积极研发新的轮胎结构，以应对日益严苛的环保和性能要求。

芳纶复合帘布综合性能优良，将被更多的轮胎企业接受。

但芳纶复合帘布轮胎的压延、裁断、成型、硫化工艺需作调整。

总的来看，我国芳纶行业将进入高速发展期，逐步赶超国外品牌，迎来更广阔的市场前景。

参考文献：
[1] 刘希华，张玉友.芳纶复合帘布的开发生产[J ].轮胎工业，2006，26（6）：358-360.
[2] 王丽娥，吕强，苟登峰.芳纶纤维在轮胎胎面胶中的应用研究[J ].
广东化工，2018，45（14）：89-90.
[3] 刘肖英，何雪涛，邓世涛.芳纶纤维在子午线轮胎中的应用[J ].橡
胶工业，2016，63（3）：169-173.
[4] 肖建斌，杨鹏.芳纶短纤维增强天然橡胶复合材料性能研究[J ].中
国橡胶，2019，35（1）：50-54.
[5] 高渭淞，于得江，姜伟，等.化学纤维在橡胶骨架材料中的应用及发
展趋势[J ].山东化工，2019，48（13）：76-77，89.
[6] 萨日娜，王文才，王磊，等.对位芳纶纤维的表面修饰及其与橡胶粘
合性能的研究[J ].橡胶科技，2018，16（6）：10-18.
收稿日期：2019-10-02
Application of Aramid Composite Cord as Skeleton Material of
Steel -belted Radial Tire
YANG Jinghui ，LI Hongwei ，YUAN Jinqi ，CHEN Song
（Tire Technology Alliance ，Co.，Ltd ，Qingdao 266061，China
）Abstract ：Aramid composite cord had a broad application prospect in tire industry, and in this study, Aramid composite cord was used to replace steel cord as the skeleton material of cap ply and belt of steel -belted radial tire. The results showed that ，compared with the normal tire ，the tire with the aramid composite cord as the skeleton material had better high -speed performance ，more uniform ground pressure distribution ，smaller shoulder ground pressure and larger electric resistance. The aramid composite cord could effectively improve the bead unseating resistance of the tire and the tire weight was also reduced. However, the difference of outer perimeter between aramid composite cord tire and normal tire was large under non inflation condition. Therefore, the calendaring, cutting, building and curing process of the tire with aramid composite cord needed to be adjusted.
Key words ：aramid composite cord ；steel -belted radial tire ；skeleton material ；cap ply ；belt ；high speed performance ；light -weight。