汽车轮胎胎面胶的性能与配方发展

BR) BR) BR) NR) NR)
15
52
16
15
13
65
55
20
64
60
52
6
17. 36 23. 51 25. 06 25. 14 15. 97 26. 11
1. 60 1. 30 1. 70 0. 72 1. 54 1. 55
0. 15 0. 30 0. 12 0. 48 0. 25 0. 22
氧化锌
2. 7 2. 1 2. 9 2. 3 2. 4 1. 8
总硫2)
2. 32 3. 17 3. 63 2. 57 1. 84 2. 43
合计
185. 56 207. 17 213. 44 166. 00 185. 87 188. 15
含胶率/ %
53. 89 48. 27 46. 85 60. 24 53. 80 53. 15
后增大 2～4 度 ; 扯断伸长率不大 ,一般为 410 % ～460 % ,但老化后下降很少 。在配方设计中 ,几
第 3 期 陈志宏 1 汽车轮胎胎面胶的性能与配方发展 13 3
表 5 使用白炭黑和炭黑的轿车轮胎胎面胶性能对比
项 目
配方 1 配方 2 配方 3
补强组分用量/ 份 炭黑 N347 高分散白炭黑 标准白炭黑 硅烷偶联剂 胎面胶性能 邵尔 A 型硬度/ 度 滚动阻力 tanδ(70 ℃) 转向因数 E 3 (70 ℃) 湿牵引性 tanδ(0 ℃) 干牵引性 E″/ E 3 (0 ℃) 冰面牵引性 1/ E 3 (0 ℃) DIN 磨耗指数
散性白炭黑 ,预计到 2005 年 ,85 %的轿车轮胎都 将使用白炭黑 。表 5 所示为使用不同品种白炭黑 与炭黑的轿车轮胎胎面胶性能对比 。
当然 ,轿车轮胎胎面胶材料中 ,除补强材料 外 ,聚合物材料的发展也不可忽略 。如高乙烯基 含量的溶聚丁苯橡胶 、集成橡胶 SIBR 等 ,它们的 使用结合白炭黑或低滚动阻力炭黑的应用 ,可根 据汽车配套轮胎性能的要求获得高防滑性和低滚
配方组分用量/ 份
生胶
100 ( SBR/ 100 ( SBR/
— 195/ 65VR15
—
80/ 20
炭黑 白炭黑 含胶率/ %
BR/ NR) 72 0
46. 91
BR/ NR) 58 15
48. 48
( SBR/ BR)
—
16
—
64
—
47. 77
注 :1) 固特异为 1995 年的数据 。
密度/
( Mg·m - 3) 1. 076 1. 214 1. 172 1. 091 1. 150 1. 139
注 :同表 1 。
表 4 不同年代轿车轮胎胎面胶配方特征
项 目
1994 年1)
1998 年 2000 年
米其林
规格
205/ 60R15 ,195/ 65R14 205/ 60R15 195/ 65R15
— 12. 3
拉伸强度/
M Pa
— 18. 9 18. 9 17. 9 — 18. 5
扯断伸长
率/ % tanδ
— 570 380 460
— 490
0 ℃
0. 176 0. 325 0. 294 0. 191 0. 198 0. 277
60 ℃
0. 104 0. 180 0. 194 0. 108 0. 141 0. 208
主要性能及配方特征见表 3 。从表 3 可以看出 , G 公司的 P245/ 70R16 轮胎与其 195/ 65VR15 轮胎 很相近 ,补强材料仍以白炭黑为主 ,估计也并用 BR ,因为 BR 有较高的低温弹性 ,冰雪防滑性较 好 。而 B 公司的轮胎硬度更低 ,相对也增大了白 炭黑用量 。我国的冬用轮胎 (尤其是非镶钉冬用
现了并用 BR ,可能是为了进一步降低滚动阻力 。 BR 用量为 10～20 份 ,氧化锌用量均很小 ,在 2 份 以下 ,含胶率较低 ,在 48 %～53 %之间 。此外 ,值 得注意的一点是各部件中均含有碳酸钙 ,气密层 胶中含量较大 ,这对降低成本和改善气密性均有 利 ;其它部件中的碳酸钙可能作为助剂的载体 ,也 可能是加入了纳米碳酸钙 。其它规格轮胎规律相 同 ,如表 2 所示 。
增大 ,增大了轮胎的滑移摩擦 ,不仅磨耗增大 ,生
热也增大 ,易引起轮胎的损坏 。因此 ,胎面胶的性 能应引起足够的重视 。综观国外各大轮胎公司的
产品 ,其胎面胶均具有很高的定伸应力和拉伸强 度 ,300 %定伸应力均在 20 MPa 左右 ,拉伸强度
达到 30 MPa ;硬度中等 ,一般在 65～67 度 ,老化
195/ 65R15 91V 轮胎的剖析结果见表 1 。由 表 1 可以看出 ,轮胎的防滑性能 (以 0 ℃的 tanδ 表征) 均很高 ,滚动阻力 (以 60 ℃的 tanδ表征) 相 对较低 ,硬度和定伸应力分别在 61～66 度和 9～ 12 MPa 之间 ,拉伸强度均在 20 MPa 左右 。
冰面牵引性 1/ E 3
(0 ℃) 0. 138 0. 053 0. 045 0. 101 0. 096 0. 069
配方组分用量/ 份
生胶
100 100 100 100 100 100
炭黑
36
15
75
54
52
68
白炭黑
20
62
—
—
7ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
—
增塑剂1)
23. 82 24. 84 33. 44 7. 75 16. 64 17. 37
0. 38 11. 13
0. 38 0. 35
0. 31 0. 18
0. 35 0. 15
T 0. 13 0. 06 6. 80 0. 35 0. 17 0. 05
N 0. 13 0. 05 25. 43 0. 14
— 0. 11
112 非镶钉冬用轮胎 P245/ 70R16 非镶钉冬用轿车轮胎胎面胶的
1 轿车子午线轮胎 众所周知 ,轿车子午线轮胎胎面胶性能的发
展是轮胎现代性能要求乃至材料发展的一个缩 影 ,如轮胎的干 、湿及冰雪路面的抓着性 、防滑性 、 低滚动阻力和耐用性等 ,均涉及到安全性 、环保性 和节能性 。因此 ,轿车子午线轮胎胎面胶的配方 设计发展很快 ,各轮胎公司都有自己的特点 ,在物 性配备方面也有较大差异 。下面列举几种典型规 格加以说明 。 111 欧洲市场的高性能轮胎
85
—
—
—
70
—
—
—
70
—
11. 2
11. 2
72 0. 262 11. 8 0. 720 0. 029 0. 023
137
73 0. 129 11. 9 0. 731 0. 034 0. 028
124
71 0. 120 12. 8 0. 651 0. 033 0. 030
135
注 :配方其它组分为 S2SBR (高乙烯基 ,充油) 103 ,BR 25 , 氧化锌 1. 5 ,硬脂酸 1 ,防老剂 4020 2 ,促进剂 CZ 1. 25 ,促 进剂 D 1. 25 ,硫黄 1. 5 。
表 2 国外轮胎( P245/ 70 R16) 各部件中
碳酸钙的用量
份
部件
胎冠胶 胎侧胶 内衬层胶 带束层胶 胎肩胶 三角胶
B 1. 13 0. 26 0. 56 0. 86 0. 44 0. 68
G 0. 19 0. 13 0. 47 0. 24
— 0. 28
公司代号
O
D
0. 51 0. 33
0. 28 0. 19
3. 84 4. 76 3. 73 4. 39 4. 00 4. 74
195. 92 201. 77 209. 33 205. 09 187. 62 201. 81
51. 04 49. 56 47. 77 48. 76 53. 30 49. 55
1. 218 1. 207 1. 238 1. 208 1. 206 1. 176
第 3 期 陈志宏 1 汽车轮胎胎面胶的性能与配方发展 13 1
汽车轮胎胎面胶的性能与配方发展
陈志宏
(北京橡胶工业研究设计院 ,北京 100039)
摘要 :介绍了世界各大轮胎公司各种典型规格的轿车子午线轮胎 、载重子午线轮胎和载重斜交轮胎的胎面胶性能 及配方特征 ,并分析了其发展趋势 。轿车子午线轮胎以降低滚动阻力为主导 ,着重强调加快白炭黑的开发及应用 ;载 重子午线轮胎胎面胶具有高定伸应力 、高拉伸强度 、高弹性及中硬度的共同特点 ,趋于采用全 NR ,大多数品牌未采用 白炭黑 ;载重斜交轮胎胎面胶的性能与配方趋于与载重子午线轮胎相近 。 关键词 :轿车子午线轮胎 ;载重子午线轮胎 ;载重斜交轮胎 ;胎面胶 中图分类号 : TQ33611 + 1 ;U4631341 + 16 文献标识码 :B 文章编号 :100628171 (2003) 0320131207
轮胎) 仍是空白 ,应引起重视 。 根据北京橡胶工业研究设计院 (以下简称北
院) 历年剖析轮胎结果 (见表 4) 也可以看出 ,世界 各大轮胎公司在轿车轮胎胎面胶中逐步增大了白
炭黑的用量 ,主体材料由单一的 SBR 变到 SBR/ BR 并用 ,含胶率也有所提高 。
目前欧洲轿车原配胎胎面胶已普遍使用高分
动阻力的最佳平衡 。
2 载重子午线轮胎 目前全钢载重子午线轮胎在国内市场畅销 ,
表 3 P245/ 70 R16 轮胎胎面胶的主要性能及配方特征
项 目
公司代号
B
G
O
T
D
N
主要性能
邵尔 A 型硬
度/ 度
60
66
69
62
61
64
300 %定伸应
力/ MPa
— 9. 2 15. 1 9. 9
注 :1) 应含丙酮能抽出的防老剂 、硬脂酸等组分 ; 2) 含偶联 剂 、促进剂中的硫 。炭黑及白炭黑用量均取整数位 。
由组分剖析结果可以看出 ,各配方的最大特
点就是均采用了白炭黑 ,用量最高达 64 份 ,成为
主要的补强材料 ;其次 ,除正常的采用 SBR 外 ,出
1 32 轮 胎 工 业 2003 年第 23 卷
M Pa
21. 0
扯断伸长
率/ %
510
tanδ
0 ℃
0. 442
60 ℃
0. 148
配方组分用量/ 份
生胶
90/ 10
B
66 12. 2 20. 4 490 0. 544 0. 223 80/ 20
公司代号
G
C
65
66
9. 2 8. 5
19. 1 18. 4
550 570
0. 506 0. 431 0. 209 0. 142
现有生产线的企业在扩大规模 ,同时 ,许多企业都 在积极策划上项目 。载重子午线轮胎的质量是其
发展的关键 。国内大多数厂家沿用倍耐力公司的
生产技术 ,它较适合我国的使用条件 ,但也存在不
耐磨 、胎圈部位裂口等主要质量问题 。超载情况
下的轮胎 ,尤其是大规格轮胎 ,胎面胶承受着巨大 的压缩应力 ,如果没有足够的挺性 ,胶料压缩形变
作者简介 :陈志宏 (19362) ,男 ,广东中山人 ,北京橡胶工业研 究设计院教授级高级工程师 ,从事橡胶与轮胎的研究开发工作 。
表 1 195/ 65 R15 轮胎胎面胶的主要性能及配方特征
项 目 M
主要性能
邵尔 A 型硬
度/ 度
61
300 %定伸应
力/ MPa 10. 6
拉伸强度/
80/ 20 60/ 40
P
66 12. 3 22. 4 500 0. 383 0. 145 80/ 20
T
62 10. 1 18. 3 490 0. 506 0. 234 100
( SBR/ ( SBR/ ( SBR/ ( SBR/ ( SBR/ ( SBR)
炭黑 白炭黑 增塑剂1) 氧化锌 碳酸钙 总硫2) 合计 含胶率/ % 密度/ ( Mg·m - 3)
轮胎的质量水平与整体配方设计有着密切关 系 。其中 ,胎面胶的性能不仅与轮胎的耐磨性有 直接关系 ,对轮胎的整体性能也起着关键作用。 随着我国汽车与公路的发展以及超载现象的普遍 出现 ,轮胎的设计针对使用条件作了许多改进。 本文就国 (境) 外轿车子午线轮胎 、载重子午线轮 胎以及载重斜交轮胎的剖析结果 ,对胎面胶性能 与配方发展进行分析 。
配方组分用量/ 份
生胶
100
100
100
90/ 10
炭黑 白炭黑 含胶率/ % 固特异
( SBR) 95 0
37. 54
( SBR) 85 0
42. 22
( SBR) 41 37
43. 68
( SBR/ BR) 15 55
51. 04
规格
225/ 60ZR16 ,205/ 55VR15