轮胎用骨架材料的性能及其与轮胎性能的关系

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米股线或帘线重量的克数 ; δ—纤维密度 ,g/ cm3 ; D —股线或帘线横断面的当量直径 ,mm ; Tt —股线或帘线的捻度 , T/ 10cm ; h —捻距 (加捻爬升螺距) ,mm , h = 100/ Tt ; θ—捻角 引进捻系数概念后 ,把股线或帘线的线密度
(Nt) 、原丝纤维的密度 (δ) 两个基本参数都被考虑 进去 ,使得利用捻系数就可对同种材料不同线密 度的股线或帘线间 、不同纤维材料的股线或帘线 间的加捻程度进行对比 ,捻系数相同表示加捻程 度相同 。应当指出的是 :关于捻系数的数学定义 式至今并不统一 ,不同文献上所载捻系数计算公 式中 ,参数相同但在定义时系数不同 ,所以不同文 献上的捻系数有时也不能用来对比加捻程度 ,若 需对比加捻程度 ,应校对捻系数公式 。如美国 Du Pont 公司用公式 F = TtNt1/ 2/ 957 ( Tt 单位为 T/ m) 、荷兰 A KZO - Nobel 公司用公式 F = TtNt1/ 2/ 1 000 ( Tt 单位为 T/ m) 计算捻系数 。 3. 2 捻度与其它物理性能的关系[5 ]
捻度对帘线或线绳的多项物理性能有影响 , 因此 ,世界上众多的骨架材料制造商至今未对究 竟给帘线 (或线绳) 加多大捻度才能使各项物理性 能取得最佳结果得出一致意见 。如对帘线 (或线 绳) 初 、复捻捻度的关系 ,有的主张采用对称捻度 (即初 、复捻捻度相同) ,有的则主张采用非对称捻 度 (即初 、复捻捻度不同) 的捻度 。在实际工作中 , 应根据“木桶原理”选取使各项物理性能相对匹配 的捻度 ,即根据帘线 (或线绳) 各项物理性能的总 体优化和平衡协调的原则来确定帘子线 (或线绳) 的捻度 。至于采用对称捻度还是非对称捻度 ,主 要取决于纤维材料 。芳纶 、聚酯 、人造丝帘线通常 为对称捻度 ,而锦纶 、维尼纶帘线为非对称捻度 。
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第5期
高称意. 轮胎用骨架材料的性能及其与轮胎性能的关系
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由表 5 可以看出 :两种帘线在一定的温度下 , 随应变速率提高 ,断裂强力提高 ;在一定的应变速 率下 ,随温度升高 ,断裂强力下降 。对锦纶帘线而 言 ,在绝干状态下其断裂伸长率几乎不变 ;人造丝 帘线 随 绝 干 温 度 升 高 , 其 断 裂 伸 长 率 增 大 ; 在 150 ℃应变速率 60 倍于试样标距时 ,其断裂伸长 率达到最大 。绝干状态下锦纶帘线的断裂功 ,在 温度较低时随应变速率提高而降低 ,在温度较高 时就不是这样了 ;绝干状态的人造丝帘线的断裂 功 ,在低应变速率时随温度升高而降低 ,但在高应 变速率时随温度升高增大 。
讲座
弹性体 ,2002210225 ,12 (5) :74~77 CHINA ELASTOM ERICS
轮胎用骨架材料的性能及其与轮胎性能的关系
高称意
(北京橡胶工业研究设计院 ,北京 100039)
摘 要 :全面介绍了轮胎用纤维骨架材料静态 、动态力学性能 ,分析了纤维骨架材料的性能与轮胎 性能的关系 。
3. 1 捻度基本概念[7 ] 在轮胎帘子线各项物理性能中 ,捻度是可以
人为调节的对其它性能有影响作用的参数 。 帘子线在加捻过程中 ,束丝或初捻股线受到
加捻张力的作用产生伸长变形 ,外层的纤维受到 的张力较内层纤维大 ,产生的伸长变形也是外层 纤维大于内层纤维 ,使得束丝的纤维间或组成帘 线的股线间产生方向指向股线或帘线轴向的向心 压力 。随着捻度的增加 ,纤维或股线的抱和力增 加 ,帘线的许多物理性能亦随之改变 ,线的密实程 度加大 ,强力增大 (在一定的捻度范围内) ,硬度提 高 ,耐冲击性能和耐疲劳性能提高 。
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弹 性 体
第 12 卷
均较为稳定 。 帘线加 捻 程 度 可 用 单 位 长 度 内 的 捻 回 数 表
征 ,称之为捻度 。但这个参数没有考虑进束丝或 帘子线 、线绳线密度的差异 ,因此在不同线密度的 帘线或线绳间不可比 。为真实反映帘线或线绳的 加捻程度 ,引入捻角概念 。捻角即束丝或股线因 加捻而呈螺旋爬升状 ,爬升方向相对于帘线或股 线轴的夹角即为捻角 ,见图 29 。捻角相同的帘线 或股线的加捻程度相同 ,捻角的概念已把“线密 度”这个因素考虑在内了 。
∴πD/ 100 = π ·( Nt/ 250πδ) 1/ 2/ 100 = (π/ 250) 1/ 2 (Nt/δ) 1/ 2/ 100 = (Nt/δ) 1/ 2/ 892
∴tgθ = Tt ( Nt/δ) 1/ 2/ 892 Tt = 892tgθ(δ/ Nt) 1/ 2
定义αt = 892tgθ·δ1/ 2 并称之为捻系数 ,则有 Tt =αt/ Nt1/ 2或αt = Tt Nt1/ 2 。 式中 :Nt —股线或帘线号数 ,tex ,数值上为 1 000
171. 3 13. 8 14. 4
185. 5 10. 4 11. 8
178. 0 11. 4 12. 0
162. 8 12. 5 12. 4
146. 8 13. 5 12. 2
146. 4 17. 6 12. 5
148. 6 21. 1 13. 9
129. 5 20. 9 11. 5
112. 1 21. 1 11. 2
Biblioteka Baidu
1
断裂伸长率/ %
13. 5 10. 2 10. 4 10. 8 11. 3 19. 9 20. 8 18. 9 20. 5 22. 2
断裂功/ (J ·m 帘线 - 1) 10. 9 9. 3
8. 6
7. 5
6. 7 11. 1 12. 0 8. 5
8. 6
8. 1
1 000
断裂强力/ N 断裂伸长率/ % 断裂功/ (J ·m 帘线 - 1)
由表 5 可以看出 :两种帘线在一定的温度下 , 随应变速率提高 ,断裂强力提高 ;在一定的应变速 率下 ,随温度升高 ,断裂强力下降 。对锦纶帘线而 言 ,在绝干状态下其断裂伸长率几乎不变 ;人造丝 帘线 随 绝 干 温 度 升 高 , 其 断 裂 伸 长 率 增 大 ; 在 150 ℃应变速率 60 倍于试样标距时 ,其断裂伸长 率达到最大 。绝干状态下锦纶帘线的断裂功 ,在 温度较低时随应变速率提高而降低 ,在温度较高 时就不是这样了 ;绝干状态的人造丝帘线的断裂 功 ,在低应变速率时随温度升高而降低 ,但在高应 变速率时随温度升高增大 。
O′Neil ,Dague 和 Kimmel 通过对帘线的冲击 试验和对轮胎的动态试验得出如下结论 :在低应 变速率下 ,锦纶帘线的断裂强力和断裂功随温度 升高而降低 ,速率比人造丝 、聚酯 、玻璃纤维帘线 都快得多 ,在高应变速率下情况也如此 。随温度 升高 ,人造丝帘线的断裂功升高 。参见图 27 。
178. 1 13. 3 14. 1
168. 4 15. 0 14. 7
156. 0 17. 5 12. 2
153. 4 21. 0 13. 3
129. 5 19. 8 10. 4
116. 2 19. 5 9. 6
99. 0 19. 0 7. 9
收稿日期 :2001211227 作者简介 :高称意 (1946 - ) ,男 ,河北任丘人 ,北京橡胶工 业研究设计院高级工程师 ,从事橡胶制品用骨架材料的 性能研究 、粘合技术研究 、产品开发和标准化工作 ,已发 表论 、译文近 60 篇 。
94. 8 21. 3 9. 1
3 000
断裂强力/ N 断裂伸长率/ % 断裂功/ (J ·m 帘线 - 1)
174. 4 14. 2 14. 1
194. 0 10. 4 12. 3
180. 6 12. 7 13. 7
170. 4 13. 3 13. 7
161. 5 14. 2 13. 9
153. 9 18. 5 12. 6
148. 6 20. 6 13. 0
129. 9 20. 1 11. 4
111. 7 19. 5 8. 7
98. 8 20. 2 8. 4
6 000
断裂强力/ N 断裂伸长率/ % 断裂功/ (J ·m 帘线 - 1)
181. 2 13. 7 14. 2
194. 5 10. 3 11. 3
186. 5 12. 4 13. 6
但在高应变速率下 ,则是聚酯帘线的断裂功最大。 与耐疲劳性能相仿 ,帘线的耐冲击性能实际
也是它的纤维分子结构的表现 。在宏观物理性能 方面 ,断裂功能较全面地反映帘线的耐冲击性能 。 同样 ,通过调节帘线捻度等措施 ,可以在一定程度 上改善帘线的耐冲击性能 。
3 轮胎帘子线的捻度对其它性能及轮胎 性能的影响
高速行驶中的轮胎受到冲击作用会使帘子线 评价其耐冲击性能 。
遭到破坏引起轮胎的损坏 。轮胎帘子线在高温 、 高速状态下的变形量 、拉伸强力和断裂功等物理 性能与常温 、低速下的性能大不相同 。用试验方 法确定帘子线的耐冲击性能是现代高速轮胎设计 的一项基础工作 。
Lot hrop 研究了 24 ℃~150 ℃、应变速率 10~ 60 倍于试样标距 (L0) 条件下人造丝帘线 、锦纶帘 线的强伸性能与温度和应变速率间的关系 ,结果 见表 5[1 ] 。
他们还研究了不同骨架材料的轮胎的耐冲击性 能 ,发现在低应变速率下 ,锦纶帘线的断裂功最大 ;
图 28 捻向示意图
加捻方向分 S 向和 Z 向 ,如图 28 所示 。一般 单股帘线多为 Z 向 ,经初捻 、复捻两次加捻制成的 双股或三股帘子线一般多用初捻 Z 向 、复捻 S 向 的捻向 ,但有些线绳与此相反 。有些帘子线或线 绳经三次加捻制成 ,如棉帘子线 、维尼纶帘子线 、 芳纶帘子线及线绳要经过束丝加捻 、股线加捻 、帘 子线或线绳加捻三道工艺才能完成 ,多采用 Z - S - Z 向的捻向 ,经三次加捻的帘线的结构和捻度
表 5 浸胶人造丝帘线锦纶帘线强伸性能与温度和应变速率的关系
应变速率 / (试样标距 %·s - 1)
项 目
人造丝帘线
锦纶帘线
24 ℃调 温调湿 24
绝干温度/ ℃
66
107
24 ℃调 150 温调湿 24
绝干温度/ ℃
66
107
150
断裂强力/ N
143. 7 155. 7 141. 9 123. 7 106. 8 125. 9 129. 9 106. 8 93. 9 74. 3
图 29 捻角示意图
实际工作中测定捻角比较困难 ,为比较股线 或帘线的加捻程度 ,又引入捻系数概念 ,捻系数相 同的股线或帘线的加捻程度相同 。
捻系数推导过程 :tgθθ( 为捻角) =πD/ h = = πD·Tt/ 100 ,由于(D/ 1 000) 2·π/ 4·1 000·106·δ= = Nt
关键词 :轮胎 ;纤维骨架材料 ;静态性能 ;动态性能 ;关系 中图分类号 : TQ 336. 1 文献标识码 : E 文章编号 :100523174 (2002) 0520074204
(接上期)
帘子线的耐冲击性能是其强度 、拉伸变形量
2 轮胎帘子线的耐冲击性能
与断裂功等性能的综合反映 ,试验室模拟冲击试 验就是以极快的应变速率检测帘线的力学性能来
加捻后 ,帘线的纤维由伸直排列变为对帘线 轴向有倾角 ,帘线的长度较束丝的长度缩短 ,这就 是捻缩 。这种捻缩在帘线受到外力作用时会伸 长 ,因此加捻后的帘线的伸长率较束丝大 。由于 加捻对帘线诸项物理性能都有影响 ,因此认真选 择帘线的捻度至关重要 。
图 27 温度对撕裂强力和断裂功的影响 , A、B 低速试验 ,C、D 高速试验
一般地讲 ,随捻度增加帘线 (或线绳) 的强力 、 初始模量 、耐往复拉伸疲劳性能下降 (强力在一定 捻度内随捻度增加提高 ,超过一定捻度后再提高 捻度会导致强力下降) ;断裂伸长率 、断裂功和耐 压缩疲劳性能则随捻度增加而提高 。对于不同纤 维材料 ,分子链刚性越强的纤维 (如芳纶 、聚酯 、人 造丝) 越应取较大捻度 ,而对柔性分子链的纤维 (如锦纶 、维尼纶) 应取相对低的捻度 。
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