冬季轮胎的开发及性能测试

排胶。
1. 5
性能测试 胶料动态力学性能采用动态热力学分析仪测 25% ; 振幅 0. 25% ; 频率 2 - 40~ + 100 e ; 升温 速率
试, 测试条件: 预拉伸 20 H z; 温度
- 1
e # min 。 胶料抗湿滑性能采用室内磨耗试验机测试, 测 试条件: 玻璃 盘; 倾角 km # h 2 e 。
2, 芳烃油
2. 2, 促进剂 D/ CZ
主要设备与仪器 GK520E 啮合型密炼机 , 德国克虏伯公司产
品; GK250E 型密炼机, 益阳橡胶塑料机械集团有 限公司产品; F 370 型密炼机, 大连橡胶塑料机械 股份 有 限 公 司 产 品 ; T S - 2 0 0 0M 型 拉 力 试 验 机, 中国台湾高 铁检测 仪器有 限公司 产品; VR 7120DM T A 型动态热力学分析仪, 日本上岛制作 公司产品; C2000E 型无转子硫化仪 , 北京友深电 子仪器有限公司产品; L AT- 100 型室内磨耗试验 机, 荷兰 VM I 公司产品; 轮胎高速和耐久试验机, 天津久荣车轮技术有限公司产品; 轮胎强度和脱 圈静负荷试验机, 北京橡研院机电技术开发有限 公司产品。
- 1
物理性能对比见表 1。从表 1 可以看出, 冬季轮 胎胎面胶硬度较低, 物理性能较好。
表1 冬季轮胎与普通轿车轮胎胎面胶 硫化特性和物理性能对比
项 目 冬季轮胎 58 14. 5 1. 65 15. 19 2. 15 3. 16 5. 74 60 9. 7 20. 6 538 67 64 12. 4 16. 0 382 51 普通轿车轮胎 65 18. 6 1. 86 15. 79 2. 35 3. 80 6. 27 66 10. 3 18. 3 489 72 73 13. 3 15. 2 353 52
105 e
门尼粘度 [ M L( 1+ 4) 100 e ] 门尼焦烧时间 ( 127 e ) / min 硫化仪数据 ( 160 e ) ML /( N# m ) M H / ( N # m) t 10 / min t 50 / min t 90 / min 硫化胶性能 ( 160 e @ 15 min ) 邵尔 A 型硬度 / 度 300% 定伸应力 / M Pa 拉伸强度 / M Pa 拉断伸长率 / % 撕裂强度 / ( kN # m - 1 ) 100 e @ 48 h 老化后 邵尔 A 型硬度 / 度 300% 定伸应力 / M Pa 拉伸强度 / M Pa 拉断伸长率 / % 撕裂强度 / ( kN # m - 1 )
项 目 测量点 ( 205/ 65R 15) 1 6 294. 8 93. 7 294. 9 未压穿 100. 3 2 6 271. 6 94. 1 295. 1 未压穿 100. 4 3 6 279. 1 94. 0 295. 1 未压穿 100. 4 4 6 288. 2 93. 8 294. 9 未压穿 100. 3 5 7 608. 3 116. 2 442. 0 未压穿 150. 3 1 6 630. 8 89. 0 295. 1 未压穿 100. 3 测量点 ( 195/ 65R 15) 2 6 613. 6 89. 2 295. 0 未压穿 100. 3 3 6 616. 5 89. 2 295. 1 未压穿 100. 3 4 6 611. 1 89. 2 294. 9 未压穿 100. 3 5
- 1
1 5b ; 速 度
1. 5
; 负荷
75 N; 距离
100 m; 喷淋水温
图1 冬季轮胎与普通轿车轮胎胎面胶硬度对比
1 ) 常温 ; 2 ) - 15 e 。
胶料其它物理性能按相应国家标准测试, 成 品性能按企业标准测试。
32
轮
胎
工
业
2009 年第 29 卷
的硬度变化较小。冬 季轮胎胎面胶 使用了白炭 黑, 可在较宽温度范围内保持胶料的柔软性, 在低 温下的 冰雪路面 上 , 可以提 供轮胎 更好的 抓着 性能。 利用室内磨耗试验机测试胶料在低温下的抗 湿滑性能。它是利用玻璃圆盘表征冰雪路面 , 磨 耗轮在玻 璃盘面 上转动 , 当 磨耗轮 的倾角 大于 15b时, 磨耗轮与盘面的摩擦因数决定侧滑力的大 小。试验测得冬季轮胎和普通轿车轮胎胎面胶的 侧滑力分别为 35. 7 和 32. 8 N, 表明冬季轮胎胎 面胶在低温湿滑冰雪路面上的抗湿滑性能高于普 通轿车轮胎胎面胶。 采用动态热力学分析仪对冬季轮胎和普通轿 车轮胎胎面胶的分析结果如图 2 所示。由图 2 可 见, 冬季轮胎胎面胶的玻璃化温度较低 , 在低温下 的损耗因子( tan D ) 较大 , 60 e 附近的 t anD 较小。 由此可以推断, 在低温冰雪路面上 , 冬季轮胎胎面 胶的抓着性能优于普通轮胎胎面胶, 而行驶的滚 动阻力较小。
第1期
何毫明等 . 冬季轮胎的开发及性 能测试
Leabharlann Baidu
31
1. 4
试样制备 ( 1) 冬季轮胎胎面胶 采 用 三 段 混 炼 工 艺。 一、二 段 混 炼 在
2 结果与讨论 2. 1 胎面胶性能 冬季轮胎与普通轿车轮胎胎面胶硫化特性和
GK520E 啮合型 密炼 机 中进 行, 转子 转速 为 45 r # m in , 一段混炼工艺为: 生胶、 炭黑、 白炭黑、
表2
项 目
冬季轮胎外缘尺寸测试结果
205/ 65R15 645. 2 211. 9 195/ 65R 15 632. 5 204. 2
mm
外直径 断面宽
图 2 轿车轮胎胎面胶动态 热力学分析 ( DMA) 曲线
1 ) 冬季轮胎 ; 2 ) 普通轮胎。
注: 按 Q / HZR 03171 ) 2006( 外缘 ) 试验 , 试验气压为 180 kPa。
9000, 中国石化 上海高桥 分公司产 品。 SBR, 牌 号 1712, 申 华 化 学 工 业 有 限 公 司 产 品; 牌 号 1500, 中国石油吉林石 化分公司产品。白炭黑 , 牌号 Z1165M P, 罗地亚 ( 韩 国 ) 公司产 品。 炭黑
作者简介 : 何毫明 ( 1976 - ) , 男 , 湖北武汉人 , 杭 州中策橡胶有 限公司工程师 , 主要从事轮胎结构设计工作。
近年来, 随着人们生活水平的提高 , 对出行的 安全性要求也不断提高。轮胎的选择随着季节的 变化而不同 ( 如欧洲法规规定汽车在一年中有 6 个月必须使用冬季轮胎 ) 。夏季轮胎在雨天和干 地使用具有很好的操控性。而冬季轮胎则是专门 针对冰雪路面设计的 , 可以更好地避免行驶中的 打滑现象。 在欧洲和北美客户的要求下 , 我公司针对冬 季轮胎主要是在低温、 冰雪路面上提高了对地面 的抓着力和牵引力 , 同时兼顾松软雪地中横向操 控性及行驶稳定性的特点进行了冬季轮胎开发。 在胎面胶配方设计中使用 NR 和 BR, 以降低胶料 的玻璃化温度 ; 采用白炭黑/ 炭黑并用补强体系, 以减小胎面胶硬度在低温下的变化, 保证轮胎在 极低温度下的柔软性。在 花纹设计中采 用 Z 字 形细小沟槽设计 , 以增大轮胎的抓着力和牵引力, 提高轮胎在松软雪地里的横向操控性和行驶稳 定性。 1 实验 1. 1 主要原材料 NR, SM R20, 马 来 西 亚 产 品。 BR, 牌 号
活性剂和防老剂等 y 压压砣 烃油 y 压压 砣
140 e 155 e
140 e
提 压砣 y 芳
排胶 ( 实测排 胶温度 低于
155 e
160 e ) ; 二 段混 炼工 艺为 : 一 段混 炼 胶 y 压压 砣 提压砣 y 压压砣 排胶 ( 实测排胶 温度低于 160 e ) 。三段混炼在 GK250E 型密炼 机中进行 , 转子转速为 25 r # min - 1 , 混炼工艺为: 二段混炼胶、 硫黄和促进剂
平均值分别达到 11 290. 0 和 9 436. 8 N, 分别超 过 11 120 和 8 890 N 的检测指标值。由表 5 可 见, 205/ 65R15 和 195/ 65R15 轮 胎 的 高 速性 能 分别达到 270 km # h - 1 @ 3 min和 250 km # h- 1 @ 1 min, 均远超过 210 km # h - 1 @ 10 m in 和 190 km # h @ 10 m in 试验标准要求, 高速性能优异。 由表 6 和 7 可见, 205/ 65R15 和 195/ 65R15 轮胎 的耐久性试验在 120 km # h - 1 的速度下分别累计
- 1
2. 2
胎面花纹 为了增加轮胎牵引力 , 同时便于排水、 雪和泥
以及 增 强 横 向 操 控 性 和 行 驶 稳 定 性 , 开 发 了 SW601 不对称花纹和 SW602 单导向花纹 ( 分别 如图 3 和 4 所示 ) 。 2. 3 成品轮胎室内性能 冬季轮胎室内性能试验结果分别见表 2~ 7。 表 2 所列轮胎外缘尺寸符合企业标准要求。 由表 3 可见, 冬季轮胎压穿强度与标准值的百分 比达到 150% 仍未压 穿, 强 度性能良 好。由表 4 可见 , 205/ 65R15和 195/ 65R15 轮胎的脱圈阻力
N234, 上 海 卡 博 特 化 工 有 限 公 司 产 品。 炭 黑 N375, 杭州富 春江化工 有限公 司产品。硅 烷偶 联剂 H P 15 89 C , 江 西宏 铂 化 学 科 技有 限 公 司 产品。 1. 2 配方 冬季轮胎胎面胶试验配方 ( J165) : NR 20, BR 20, SBR1712 82. 5( 充 22. 5 份高芳烃油 ) , 白炭黑/ 炭黑 N234 60, 氧化锌 2. 5, 硬脂酸 1. 3, 硅烷偶联剂 H P1589C 6, 芳烃油 8, 防老 剂 4020/ RD 3. 3, 硫黄 1. 8, 促进剂 D/ CZ 3 。 普通 轿 车 轮 胎 胎 面 胶 生 产 配 方 ( J167) : SBR1712 SBR1500 酸 1. 3 70. 12 ( 充 19. 12 份 高 芳 烃 油 ) , 49, 炭黑 N375 78, 氧化锌 3, 硬脂 13, 防老剂 4020/ RD 2. 3。 4, 硫黄
排胶。
为保证白炭黑和硅烷偶联剂的硅烷化反应充 分进行, 无硫 黄胶料 必须保 证胶料 温度不 低于 140 e 并混炼 30 s 以上 , 否则挤出胎面上存在大 量气 孔。同 时 为 防 止 焦 烧, 排 胶 温 度 应 低 于 155 e 。 ( 2) 普通轿车轮胎胎面胶 采用三段混炼工艺 , 均在 F370 型密炼机中 进行。一、 二段混炼转子转速为 55 r # m in- 1 , 一 段混炼工艺为 : 生胶、 炭黑、 活性剂和防老剂等 y 压压砣 提压砣 y 芳烃油 y 压压砣 排胶 ; 二 段 混 炼 工 艺 为 : 一 段 混 炼 胶 y 压 压 砣
120 e 110 e 155 e
提压砣 y 压压砣
140 e
排胶 ( 实测排胶
温度 低 于 160 e ) 。三 段 混 炼 转 子 转 速 为 25 r # m in- 1 , 混炼工艺 为二段混 炼胶、 硫黄和 促进 剂
105 e
冬季轮胎与普通轿车轮胎胎面胶在不同温度 下的硬度对比如图 1 所示。由图 1 可以看出 , 冬 季轮胎胎面胶在 - 15 e 下邵 尔 A 型 硬度为 65 度, 比常温下的硬度上升 5 度 , 普通轿车轮胎胎面 胶的 硬度上升 10 度。 冬季轮 胎胎面 胶在 低温下
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轮
胎
工
业
2009 年第 29 卷
冬季轮胎的开发及性能测试
何毫明 , 叶李青, 张建军 , 李 华, 张
310008)
典
( 杭州中策橡胶有限公司 , 浙江 杭州
摘要 : 开发了 205/ 65R15 SW601 和 195/ 65R 15 SW 602 两款冬季轮胎。胎面 采用 N R/ BR / SBR 并用胶料 和白炭 黑 / 炭黑并用补强的耐低温胶料配方以及便于排水和增强横向操控及行驶稳定性的不对称和单导向花纹 ; 轮胎各项室 内性能符合企业标准要求 ; 冬季路面制动性和耐寒性与锦湖同类轮胎相当 , 满足冬季轮胎性能要求。 关键词 : 冬季轮胎 ; 胎面胶 ; 花纹; 耐寒性 ; 制动性 中图分类号 : T Q336. 1; U 463. 341+ . 4/ . 6 文献标识码 : B 文章编号 : 1006 -8171( 2009) 01 - 0030 -06
行驶 104. 32 和 104. 82 h, 均超过 34 h 的试验标 准要求 ; 耐久 / 低气压 试验累计行驶 达到 100 h, 超过 35. 5 h 的试验标准要求。 送欧洲客户进行轮胎性能试验 , 结果见表 8。
第1期
何毫明等 . 冬季轮胎的开发及性 能测试 表 3 冬季轮胎强度试 验结果