轮胎钢帘线的发展现状与趋势

轮胎钢帘线的发展现状与趋势

当今世界轮胎工业趋于发展技术含量大、精度高、性能优异的“三化”产品，即子午化、无内胎化和扁平化轮胎。子午线轮胎以其高速、耐磨、节油和行驶里程高等优异性能日益受到青睐。汽车工业的迅猛发展对子午线轮胎的安全性、舒适性和经济性等方面的要求不断提高，进而对其骨架材料——钢丝帘线提出了如下更高的要求。

（1）质量一致性。轮胎工业日益提高的工艺自动化水平对钢丝帘线的残余扭转和帘线长度的均一性、平直度以及弹性等提出了更苛刻的要求。

（2）高强度。钢丝帘线强度的提高可减小钢丝帘线的用量，从而减小轮胎质量，降低成本。

（3）高粘合强度和耐腐蚀性。不断提高的轮胎寿命和耐久性对胶料与帘线的粘合性能也提出了更高的要求，同时要求不断改进钢丝帘线的结构以提高耐腐蚀性。

（4）轮胎可翻新性。中型和重型载重轮胎通常平均翻新次数为2～3次，因此对胎体的耐疲劳性能提出了更高的要求。近年来，轮胎用钢丝骨架材料的发展主要体现在新技术、新产品（新结构钢丝帘线）方面，主要的目的是为轮胎行业提供性能更优、选用范围更宽的钢丝骨架材料。

1．发展钢丝制造技术，开发出强度更高的帘线

钢丝帘线具有许多优异的力学性能，用钢丝帘线增强的轮胎与尼龙帘线增强轮胎相比，强度为4／1；耐冲击性能为330／2；行驶速度快（轿车可达160 km／h、货车可达120 km ／h）；受温度影响极小，当温度高到其他纤维熔化点时钢丝还能保持原强度的93%；寿命长，耐磨程度可提高30%～50%，行驶里程约可提高50%～100%；滚动阻力小，节油10%；耐穿刺、耐冲击、抗湿滑；汽车行驶时，缓冲性能和乘坐舒适性好，车辆零部件损伤小；附着力大，爬坡性能好；翻新次数多（2～3 次以上）等。因此，钢丝帘线是子午线轮胎重要的骨架材料。钢丝帘线的缺点是密度大，与橡胶难以粘合，耐疲劳和化学腐蚀性差等。

帘线用钢丝的强度决定钢丝帘线的强力，钢丝帘线强力的提高可使轮胎在确保一定强度的情况下，节省钢丝帘线用量以使轮胎质量和滚动阻力减小，油耗降低。现在大量在用的钢丝帘线的强度为2.5 GPa。近年来，高强度钢丝帘线在国外轮胎制造业被大量使用，其强度超出普通钢丝帘线20％～40%。法国米其林公司轿车子午线轮胎带束层使用的钢丝帘线强度达到3.0 GPa；轻型载重子午线轮胎胎体帘线强度达到3.77 GPa，带束层钢丝帘线强度达到2.97 GPa；全钢载重子午线轮胎胎体帘线强度达3.41 GPa。德国大陆公司轿车子午线轮胎带束层钢丝帘线强度达到2.99 GPa。日本普利司通公司载重子午线轮胎带束层钢丝帘线强度达到3.20 GPa。意大利倍耐力公司全钢载重子午线轮胎胎体帘线强度达到2.95 GPa，冠带层高伸长帘线强度达到3.09 GPa。日本横滨公司全钢载重子午线轮胎带束层帘线强度达到3.46GPa。美国固特异公司的超强钢丝帘线不仅强度高（达3.5 MPa），而且还具有较普通钢丝帘线耐疲劳性能好的特点。据透露，该公司获得专利的超强钢丝帘线已用于全钢结构一级方程式赛车高机动性能轮胎和跑气保用轮胎中。其中采用超强钢丝帘线的跑气保用轮胎尺寸稳定性好，在零压力时能以55英里／小时的速度继续行驶50英里。

据报道，提高帘线钢丝强度的下一步开发目标是超出现有钢丝帘线强度50％以上，即研制强度达到约4.0GPa的超高强度钢丝。开发工作正在实验室加紧进行，主要是通过调整钢丝合金微晶结构、革新拔丝和热处理技术等手段达到目的。

贝卡尔特Betru 帘线通过对钢丝施加特定的持久预变形，使钢丝断面的投影呈多边形，而不像传统的或开放型帘线呈圆形投影。相对于截面形状不规则的2+2结构帘线，N×1型Betru 帘线具有规则的截面形状，因而直径相对减小，从而可以使帘布更薄，减小了帘布层的胶料用量。规则的断面形状也改善了帘线在轮胎生产中的工艺性能，在一定程度上减免了帘线分布不均、跳线等瑕疵，提高了帘布的生产效率和产品质量。同时，贝卡尔特Betru 帘线具有优异的橡胶渗透性能。

开放型帘线是通过增大帘线的直径（采用变形工艺）使钢丝之间的间距增大来实现渗胶的。这样做虽然使钢丝的渗胶性能得到了改善，但增大了帘线直径和低载荷延伸（结构伸长），对帘线的工艺性能和最终轮胎的操纵灵敏性不利。试验已证明，3×1HT OC帘线在20 N应力下硫化时，由于帘线闭合，胶料无法渗入帘线中。

子午线轮胎钢帘线一般由2～39根直径为0.15～0.38mm镀黄铜钢帘线用钢丝绞合而成, 而每根钢丝是用碳化钨或金刚石模经湿式拉拔而成。市场对更轻质量轮胎的需求推动着钢帘线用钢丝的强度不断提高。1970年，直径为0.2 mm的钢帘线用钢丝强度大约为2800 MPa，20世纪80年代为3200～3400MPa，20 世纪90 年代初增加到3600 MPa，1998年进一步提高到4000MPa，目前4000MPa级钢帘线用钢丝已经商业化并且其强度要求进一步提高。为了使钢帘线用钢丝强度不断提高，一直在加大钢丝的碳含量,从碳的质量分数为0.7%的亚共析钢丝到碳的质量分数为0.8 %的共析钢丝,再到碳的质量分数为0.9 %的过共析钢丝。目前，子午线轮胎钢丝帘线用钢丝多以过共析珠光体钢丝为主,这是因为碳含量高有利于提高加工硬化率和强度，而珠光体结构钢丝既具有高的加工硬化率,又有良好的塑性。

2．适用于轮胎不同部位的各种钢丝帘线

2.1 胎体用钢丝帘线

胎体用钢丝帘线的要求是高强度和高的耐屈挠性能、结构均匀性、粘合性能、粘合保持性能及耐久性能（帘线耐水、湿气侵蚀作用的能力）。

紧密型帘线间的接触压力和相互磨损均较小，并且具有良好的耐磨损疲劳性。紧密型钢丝帘线也存在弱点——芯线的迁移性，特别是被用作带束层增强帘线时，芯线迁移将成为现实的危险因素。采用较粗钢丝作为紧密型帘线的芯线可防止芯线迁移。此外，用紧密型钢丝帘线比用层状钢丝帘线可获得更好的耐屈挠疲劳性能，而且节省钢丝帘线用量。

对中轻型载重轮胎胎体帘线而言，3+9和3+8帘线的抗弯刚度、耐压缩、抗冲击性能都差不多，而3+8及3+8+13帘线由于外层钢丝之间的间隙较大，胶料渗透性好；3+9CC 紧密型帘线内接触应力小，因而两种帘线均具有最高的抗磨能力，但所有的无缠丝、紧密型帘线和3＋8帘线的工艺性能对帘线制造商和轮胎生产商都是个挑战。对于重型载重子午线轮胎胎体而言，在里程寿命小于50万km的地区，3＋9＋15＋1和3＋8＋13帘线依然扮演主要角色，平均翻新2～3次的欧美市场，19CC（1＋18CC）的紧密型帘线正越来越受欢迎。

美国固特异公司开发出超高强度、超细钢丝的制造技术，7000根这样的钢丝并排只有25 mm宽，而强度比普通钢丝高40％。这种钢丝制成的帘线有极好的柔韧性，可用作轿车子午线轮胎的胎体增强材料，打破了轿车轮胎胎体不能使用钢丝帘线的禁区，开拓了钢丝帘线应用的新领域。

2.2 带束层用钢丝帘线

对带束层用钢丝帘线的特定要求包括：良好的胶料渗透性、低伸长率、芯线不迁移、良好的粘合保持性和适当的刚度。