现代子午线轮胎钢丝骨架材料及其发展研究

现代子午线轮胎钢丝骨架材料及其发展研究

徐伟泉

徐伟泉

万力轮胎股份有限公司510940

摘要：世界轮胎向子午化、无内胎化、扁平化、高速化和环保化方向发展,要求轮胎帘线的品种、规格和使用性能不断更新和改进。随着轮胎产量的增长,帘线的总需求量随之增大,但其中某些帘线有可能因更替而有所减少。本文介绍子午线轮胎钢丝骨架材料及其发展趋势。

关键词：子午线轮胎；钢丝骨架材料；发展

现代轮胎制造技术的快速发展，推动着轮胎工业不断生产出更节能、更安全、成本更低、寿命更长的轮胎。作为极具竞争力的子午线轮胎骨架材料，钢丝帘线不断适应并引领着这种发展趋势。国外载重子午线轮胎胎体大多选用密集型钢丝帘线，有不用外缠丝的趋势；带束工作层大部分采用幵放型高强度钢丝帘线；带束保护层多采用全渗胶型钢丝帘线；大部分厂家的轮胎胎圈加强层采用专门的钢丝帘线，也有轮胎厂家采用多层锦纶帘布。全钢轻载子午线轮胎胎体和带束层钢丝帘线的选择趋势与载重子午线轮胎基本相同。轿车子午线轮胎带束层主要采用开放型高强度钢丝帘线，部分轮胎厂家仍采用传统结构钢丝帘线.有的轮胎胎圈采用钢丝帘线替代胎圈钢丝。综观近年来胎体和带束层帘线的发展，其共同之处在于不断采用更高强度的高等级材料。由于作用不同，对带束层帘线而言，通过改善渗胶性能来避免腐蚀至关重要；对胎体帘线而言，无外缠丝的紧密型帘线由于不存在内层和外缠丝的磨损，因而具有较高的抗疲劳性能；对于保护层帘线，覆胶后具有高破断伸长率的抗冲击帘线则很好地满足了吸收冲击能的要求。子午线轮胎的骨架材料及其发展受到业内的关注。

1高强度子午线轮胎骨架材料

捻制时钢丝表面容易出现分层，甚至断丝。因此，子午线轮胎钢丝帘线是按一定的结构由几根高强度钢丝帘线对其所用的原料提出了更高的要或多根表面镀有黄铜镀层的高强度微细钢丝捻制求。

而成的钢丝绳，用于轮胎的骨架材料。轮胎用钢近年来，高强度钢丝帘线在国外轮胎制造业丝骨架材料的发展是提高钢丝强度。钢丝帘线强被大量使用，其强度超出普通钢丝帘线20％度的提高可使轮胎在确保一定强度的情况下40％。法国米其林公司轿车子午线轮胎带束层使省钢丝帘线用量以使轮胎质量和滚动阻力减小，用的钢丝帘线强度达到3.0ＧＰａ；轻型载重子午线油耗降低。现在大量在用的钢丝帘线的强度为轮胎胎体帘线强度达到3.77ＧＰａ；带束层钢丝帘线2.5ＧＰａ。高强度钢丝帘线用原材料从理论上来讲，强度达到2.97ＧＰａ；全钢载重子午线轮胎胎体帘线只要增大钢丝冷拔时的总压缩率，就可以得到高强度达3.41ＧＰａ。德国大陆公司轿车子午线轮胎带强度的钢丝。但在实际操作中因受到多种因素的束层钢丝帘线强度达到2.99ＧＰａ。日本普利司通制约，难度很大，如钢丝被冷拔到一定程度之后，公司载重子午线轮胎带束层钢丝帘线强度达到断丝率就会很高，使工业化生产无法正常进行，3.20ＧＰａ。意大利倍耐力公司全钢载重子午线轮胎未断钢丝的塑性和韧性也会逐渐下降，由此引发胎体钢丝帘线强度达到2.95ＧＰａ；冠带层高伸长钢丝帘线强度达到3.09ＧＰａ。日本横滨公司全钢载重子午线轮胎带束层钢丝帘线强度达到3.46ＧＰａ。美国固特异公司的超高强度钢丝帘线不仅强度高，而且还具有较普通钢丝帘线耐疲劳性能好的特点。据报道，提高钢丝帘线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，Ｎｘｌ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。贝卡尔特Ｂｅｔｒｕ帘线还具有优异的橡胶渗透性能。

2钢丝帘线镀层的发展

为了提高钢丝帘线与橡胶的粘合性能，钢丝表面都需经过电镀处理。一般多采用镀黄铜法，也有镀锌、镀锡和镀镍法。子午线轮胎骨架材料钢丝帘线表面都镀有黄铜，一方面有利于钢丝帘线与橡胶的粘合；另一方面也有利于钢丝的拉拔，以获得较小的单丝直径。长期以来，我国全钢子午线轮胎使用的钢丝帘线以高铜镀层（铜质量分数为0.670）为主。这是由于我国在发展全钢子午线轮胎初期引进的倍耐力技术要求使用高铜镀层钢丝帘线，也是由于高铜镀层钢丝帘线与橡胶具有很好的初始粘合性能的缘故。

国外轮胎在使用钢丝帘线方面已从高铜镀层向低铜镀层转变，这主要是由于低铜镀层具有很好的耐老化性能，在轮胎使用后期仍能够保持优异的粘合性能。而高铜镀层虽然与橡胶的初始粘合性能很好，但耐老化性能较差。

子午线轮胎生产初期，欧洲的轮胎公司多使用高铜镀层的钢丝帘线。20世纪90年代后，低铜镀层的钢丝帘线开始被使用，并逐渐得到大量应用。如普利司通、固特异和锦湖公司等均大量使用低铜镀层钢丝帘线，但米其林公司仍沿用高铜镀层的钢丝帘线。倍耐力公司在其轿车轮胎中使用低铜镀层的钢丝帘线，在载重轮胎中仍然使用高铜镀层钢丝帘线，这与转让给我国轮胎企业的技术中指定的钢丝帘线相同。今后，用作带束补强层的钢丝，其含碳量将从0.7％提高到0.8％或0.85％左右以使其大的比重减到最小。

由4根或少于4根长丝捻成的多股帘线将是与成本和质量密切相关而又普遍使用的帘线。镀黄铜量现在一般为0.3％-0.5％（以前为0.6％），未来十年将减少到0.2％。这样低的锻黄铜量简直无法想像，但作为一种能在长期受热和受潮的环境下保持与橡胶粘合的手段，这种低的镀黄铜量正获得普遍应用。除上述的钢丝碳含量提高和黄铜镀层更薄外，轮胎工业将继续采用由粗丝捻成的多股钢丝帘线。意大利倍耐力公司研制的ＺｎＭｎ镀层钢丝帘线与传统的Ｃｕ镀层钢丝帘线相比，性能优异，制造工艺简单，成本较低。ＺｎＭｎ镀层钢丝帘线的粘合性能优异，尤其是老化后的粘合性能，无论是室内还是室外ＺｎＭｎ镀层的钢丝帘线的综合性能均高于传统Ｃｕ镀层的钢丝帘线。由于ＺｎＭｎ镀层的钢丝帘线的耐湿汽老化性能优异，故更适合远东国家。随着人们对环境意识的不断增强，轮胎的翻新次数将不断增加，这种新镀层的钢丝帘线有可能实现商品化，为促进轮胎的发展作出贡献。

结语

钢丝帘线作为轮胎橡胶制品中的增强材料，较之尼龙丝、粘胶丝等织物具有显著的优点：钢帘线的强度高，是尼龙帘线的4倍，人造丝帘线的6倍。而且，钢丝抗拉强度的热稳定性好，当达到轮胎正常运转温度（约1200Ｃ）时，钢丝能保持原强度的95％左右，尼龙和人造丝分别是85％和70％。而且，钢丝帘线是唯一具有明确疲劳极限的骨架材料。钢丝帘线还具有比其它纤维织物好得多的热传导率。由于它的导热性能好，因此用它作为骨架材料的轮胎在高速运转时产生的热量，通过钢丝帘线的传导，较易散发。钢丝帘线具有比其它纤维织物高得多的动态弹性率，耐冲击性能好；而且拉伸蠕变小，尺寸稳定；钢丝帘线柔软，用它作为增强材料的轮胎乘坐舒适性好。

参考文献:

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