2024年2月18日发(作者：)
第2期邬全亮.全钢载重子午线轮胎制造基础知识(二)43技术讲座 全钢载重子午线轮胎制造 基础知识(二)邬全亮(接上期)2 子午线轮胎用骨架材料(3)紧密型钢丝帘线;(4)开放式钢丝帘线。2.1.3 钢丝帘线的成分随着汽车工业和高速公路的飞速发展,子午线轮胎也获得了普遍应用。而钢丝帘线是子午线轮胎最好的骨架材料,它具有伸长率小、模量高、强度高、韧性大、耐屈挠、蠕变性低等特点。以下主要介绍子午线轮胎用骨架材料中的钢丝帘线。2.1 钢丝帘线2.1.1 钢丝帘线生产工艺盘条→检验→表面处理→大拉→热处理→中拉→热处理与镀铜→湿拉→合股、成绳、外绕→成品检验→包装→入库以下为钢丝帘线生产工艺中的几个基本概念:(1)盘条:加工钢丝用的原材料是由不同化学成分组成的金属线材,一般直径为6mm,缠绕成盘状,称为盘条;(2)单丝:不同直径的单根细钢丝称为单丝,可用其组成股线;(3)股线:两根以上的细丝加工而成的丝束称为股线;(3)帘线:三根以上的单丝或两股以上的股线捻制而成的钢丝线绳称为钢丝帘线;(4)外缠线:缠绕在钢丝帘线表面的单丝称为外缠线。2.1.2 钢丝帘线的分类由于子午线轮胎的高速发展,钢丝帘线的研究和发展也很快。目前,世界上的钢丝帘线结构和规格有几十种,但归纳起来主要有以下四种类型:(1)普通钢丝帘线;(2)高伸长结构钢丝帘线;钢丝帘线所用钢丝的成分主要含铁、碳、锰、硅、硫、磷、铝、镍、铜等。钢丝帘线所用的钢属于高碳钢(C70),碳含量在0.6%～0.73%左右,碳元素是钢材中最主要的化学成分,碳元素多以碳化铁(Fe3C)的状态分布在钢中,它对钢材的软硬和机械性能影响很大。含碳量高,钢材的强度就高,但延伸率低,塑性差;含碳量低,则强度差,但延伸率高,塑性好。2.1.4 钢丝帘线的镀层由于钢丝与橡胶的粘合性能较差,所以橡胶工业用的钢丝(包括钢丝帘线和胎圈钢丝)均要在钢丝表面镀铜。子午线轮胎用的钢丝帘线一般都是在表面镀黄铜,所谓黄铜实际上是铜、锌合金,铜锌比为60%～70%∶30%～40%。根据用户要求,镀层中铜含量分为高铜和低铜两种,低铜含量一般在63%左右,高铜含量一般在67%。钢丝帘线的镀铜量一般为每公斤钢丝镀铜4～8克/公斤。钢丝帘线与橡胶的粘合性能直接决定着轮胎的使用寿命,粘合性能通常以粘合力和附胶等级来标示。粘合力是指将帘线从橡胶配料中抽出所需要的力(N);附胶等级是指帘线从橡胶配料中抽出后,帘线表面的附胶程度(%)。钢丝和橡胶是两种不同的材料,两者之间几乎没有粘合力,只有在钢丝的表面镀上一层材料后,才有不同程度的粘合性能。根据不同的要求,选用不同的镀层材料,在所有镀层材料中,其中黄铜镀层的粘合性能最好。影响粘合性能的主要因素很多,有钢丝帘线
44现代橡胶技术2009年第35卷 的表面镀层性质、钢丝帘线的结构、橡胶配料的组分、硫含量、促进剂等。2.1.5 钢丝帘线的特性钢丝帘线的特性分为物理特性、机械特性和化学特性。2.1.5.1 物理特性(1)帘线直径:帘线同一截面横向尺寸最大值和最小值平均值(mm);(2)捻距:单丝或股围绕着股或帘线的中心轴线旋转一周所进行的周向距离(mm);(3)捻向:将帘线垂直放置,观察帘线绕其中心轴旋转方向,如呈字母“Z”则称为Z捻,如呈字母“S”,则称S捻;(4)线密度:帘线单位长度的质量(g/m);(5)弓高:置于平板上的帘线在两个相距300mm的支点之间的弯曲高度(mm);(6)残余扭转:将一特定长度(6m)的帘线一端固定,另一端任其自由转动,旋转的次数即为残余扭转(转/6m);(7)部分载荷伸长(PLE):帘线从受载2.5～50N之间的长度伸长(%);(8)弹性:帘线承受特定的弯曲变形后恢复其状态的程度,用恢复能力的百分数表示(%);(9)松散:当帘线被剪断时,其端部的钢丝或条件下使试样产生一定的弯曲所需的力矩,1个刚度单位=0.098N・mm。2.1.5.3 化学性能(1)镀层重量:单位重量帘线的钢丝表面覆盖层的重量(g/kg);(2)镀层厚度:钢丝表面镀层的平均厚度;(3)铜含量:镀层中铜的比例(%);(4)粘合力:将钢丝帘线从橡胶中拉拔出来所需的力(N)。钢丝与橡胶的粘合机理是:镀铜钢丝埋入橡胶中,在硫化反应中形成交联键,在橡胶与钢丝的界面形成硫化物(Cu2-XS、ZnS),然后橡胶大分子与硫化物反应形成Cu2-XS-NR键和ZnS-NR键,从而达到粘合作用。2.2 钢丝帘线的结构和品种钢丝帘线的结构标示方法如下:(N×F)×D+(N×F)×D+(N×F)×D+F×D式中:N———股数;F———丝数;D———单丝的公称直径(mm)。当N或F等于1时,则N或F以及括号在表达式中可以省略;当在两个或两个以上项中的D相同时,则只需在最后一项中标示出来,而外缠丝通常是单独表示的。例:(1×3)×0.22+(1×9)×0.22+(1×15)×0.22+(1+1)×0.15可简化为:(3+9+15)×0.22+0.15或3+9+15×0.22+1特殊结构的钢丝帘线可通过在表达式后加注相应的英文字母来表示,例:NT:(NormalTensile)普通强度(通常可省略);HT:(HighTensile)高强度;ST:(superTensile)超高强度;UT:(UltraTensile)极高强度;HE:(HighElongation)高延伸帘线;OC:(OpenCord)开放式帘线;CC:(CompactCord)紧密型帘线;HI:(HighImpact)高耐冲击帘线。2.2.1 普通型结构股的散开程度(mm);(10)平直度:在不施加张力的情况下,将6m长的帘线放在两条相距7.5cm的平行线中间,帘线不与任何一条线相碰,便认为是平直的;(11)定长:根据标准,不同结构的帘线对应不同型式的工字轮按规定长度供货,每盘长度应满足其偏差要求。2.1.5.2 机械性能(1)破断拉力:在拉力试验中使试样断裂的最大力(N);(2)抗拉强度:钢丝或帘线的破断力除以其变2形前的横截面积(N/mm);(3)断裂伸长率:在拉力试验中,试样受拉力作用直至断裂时的伸长,用伸长与原试样长度的比例表示(%);(4)刚度:指钢丝帘线的抗弯曲性能。在规定普通型结构钢丝是使用最早的品种。帘线
第2期邬全亮.全钢载重子午线轮胎制造基础知识(二)45内、外层钢丝捻向相反,多层帘线在断面圆形半径方向上各层之间呈分离状态,不同层的钢丝之间为点接触,存在着潜在的磨损破坏问题,耐疲劳性差。另外,胶料的渗透性也差,影响橡胶与钢丝的粘合性能。2.2.2 紧密型结构冲击帘线可以改善耐冲击性和耐腐蚀性;帘线只需一次成型,制造成本低;帘线直径小,压延厚度减小,可以减小轮胎质量和降低成本。2.2.6 全渗透型全渗透型钢丝帘线是一种全新的子午线轮胎用钢丝帘线,其钢丝排列的断面呈多边型而不是圆型。具有如下优点:(1)更好的橡胶渗透性,阻止任何湿气通道的产生,还可以提高钢丝压延和挤出速度,提高生产效率;(2)帘线结构规整,帘线直径小且相对均匀,可以减小带束层帘线的密度和用胶量,减小轮胎质量,降低轮胎的滚动阻力;(3)更高的钢丝断裂强度,意味着更低的带束层密度,使钢丝间隙大,覆胶更好,同时质量也减小;(4)更高的带束层刚度和强度,增强轮胎抗磨损性和耐侧滑性,提高轮胎的安全性和操纵性;(5)具有较低的定负荷伸长,意味着更小的滞后损失,使轮胎具有更好的操纵响应性能,尤其是转向灵敏性能;(6)与橡胶的初始粘合强度高。总之,全渗透型钢丝帘线渗胶性能好、耐疲劳性能优异、帘线直径小、外观规整、粘合保持率高且工艺性能良好,特别适用于子午线轮胎带束层。如贝卡尔特公司的4+6×0.30HTBetru即属此类型。2.3 胎圈钢丝紧密型钢丝帘线是指那些由捻向和捻距相同的多根钢丝组成的帘线,其单根钢丝排列紧密。因而这种帘线的直径较小并且在不同断面位置各不相同。紧密型帘线各单根钢丝间为线接触,因此,接触面积较大,接触压力较小,磨损破坏的倾向较轻。紧密型帘线具有强度高,粘合保持性好,耐屈挠性、耐磨损性和耐冲击性好等优异性能,正在成为越来越受欢迎的子午线轮胎骨架材料。紧密型帘线对芯线迁移较敏感,即在帘线被切断或受到动态弯曲或压缩时,芯线钢丝会移动到帘线之外。用作胎体增强材料时,帘线被固定在胎圈上,若轮胎设计得较好,就不致出现芯线外移的现象。2.2.3 开放型结构开放型结构是将单丝捻制成松散结构的钢丝帘线。其捻度较低,单丝之间的缝隙较大,无封闭空间,因而胶料容易渗透入内,从而既提高了帘线与橡胶的粘合强度,又防止了钢丝锈蚀。2.2.4 高强度型高强度钢丝帘线不是帘线结构上的不同,主要是原材料盘条的化学成分和力学性能上与普通强度钢丝的要求有所不同。高强度钢丝帘线往往不采用普通结构型,而是采用紧密型或开放型。2.2.5 高伸长率和高抗冲击型普通钢丝帘线伸长率约为1.7%,而高伸长钢丝帘线的伸长率约为7.5%。高伸长钢丝帘线采用同捻向结构且捻距较小,因此其断裂伸长率和低负荷伸长率较大,能承受较大的冲击,且有较好的耐疲劳性能。与高伸长钢丝帘线相比,高抗冲击型钢丝帘线具有高伸长和高抗冲击性。帘线经过特殊变形,捻距大,胶料渗透充分,特别是帘线在覆胶后仍具有很高的断裂伸长率(大于6%),而普通高伸长帘线覆胶后其断裂伸长率往往会损失50%左右。故而,高抗轮胎用的胎圈钢丝要求有较高的拉伸强度,比较小的扯断伸长率,最好的平直度,抗弯曲性能好,并且具有良好的粘合性能。一般根据轮胎的不同规格和类型选用不同直径的胎圈钢丝。胎圈钢丝的生产方法与钢丝帘线的生产方法相同,只不过不用合股,直径比钢丝帘线直径大,加工工艺简单。子午线轮胎胎圈钢丝与斜交轮胎没有大的区别,原材料用高碳钢,表面镀黄铜,镀层重量为0.1～0.3g/kg左右。钢丝直径一般比同规格的斜交轮胎要大,如10.00-20-16PR胎圈钢丝为1.00mm,而10.00R20-16PR胎圈钢丝为165mm。根据引进技术不同,胎圈钢丝直径也有所区别,如英国邓录普技术为1.42mm,意大利倍耐力技术为1.65mm。
46现代橡胶技术2009年第35卷 3 全钢载重子午线轮胎各部件的结构、性能和特点3.1 全钢载重子午线轮胎的基本结构全钢载重子午线轮胎分为有内胎和无内胎两种。有内胎全钢子午线轮胎除外胎以外,还要配套内胎和垫带;而无内胎全钢子午线轮胎无需内胎、垫带而直接和轮辋装配,两者外胎除子口部位和内层胶(有内胎子午线轮胎称为内衬层,无内胎子午线轮胎称为气密层)不同外,其它基本相同。3.1.1 有内胎全钢载重子午线子午线轮胎结构及各部件名称有内胎全钢载重子午线轮胎结构及各部件名称见图2。大程度上决定着轮胎的强度和充气后的轮廓等。它的刚性对轮胎的耐磨性、操纵稳定性、乘坐舒适性等使用性能起着决定性的作用。同时,箍紧系数的大小也要适当,它关系到带束层和胎体之间的应力分配和轮胎的径向刚度。因此对带束层的设计与计算是子午线轮胎结构设计中的核心问题。采用意大利倍耐力技术生产的全钢子午线轮胎,在其两个胎肩部位各有两层与胎体帘布呈90°角的钢丝带,称之为0°带束层,其作用就是不使轮胎在高速行驶时在肩部产生较大离心力而导致轮胎肩部变形,从而起到保护轮胎、降低生热的作用。3.1.2.4 胎圈子午线轮胎胎圈部位承爱的内压应力和负荷下的附加应力都比斜交轮胎大,所以子午线轮胎胎圈要具备比斜交轮胎胎圈大得多的支撑刚度。而且从刚性的胎圈到柔软的胎侧之间的刚性变化要平顺过渡,这样才能把轮胎胎侧的屈挠点集中维持在轮胎断面水平轴附近,使胎侧能充分发挥其缓冲作用,减轻胎侧下部与轮辋的磨擦,防止由于应力集中而产生胎圈脱层、裂口或折断,并能有效地改善子午线轮胎的行驶稳定性。3.1.2.5 内衬层对于全钢载重子午线轮胎来说,有内胎轮胎胎里上的胶层称为内衬层;无内胎轮胎胎里上及其胎圈着合面上的耐透气胶层称为气密层。内衬层是个很重要的部件,因为如果内衬层解决不好,空气和水份透入胎体,钢丝帘线会锈蚀而断裂,造成轮胎早期报废。3.1.2.6 内胎为一环形橡胶圆筒,装于外胎中,然后充入压缩空气,使轮胎保持正常的形状,且富有弹性而获得缓冲性和承载能力。在内胎上装有金属气门嘴,供轮胎充气和放气用。内胎应有良好的气密性和耐热性。3.1.2.7 垫带为有一定形状的环形胶带,套在轮辋上,保护内胎不受磨损,垫带本身留有圆孔,以便让内胎气门嘴穿过,在深式轮辋上可不使用垫带。(待续)图2 有内胎全钢载重子午线轮胎结构和各部件名称3.1.2 各部件的作用3.1.2.1 胎冠是轮胎与地面接触的部位,是轮胎的最表层。所以要求胎冠必须有良好的耐磨性能,有一定的抓着力和防侧滑性,而且要耐日光老化和耐氧老化,耐刺扎,减少崩花掉块等性能。3.1.2.2 胎侧胎侧的作用是保护胎体帘布层免受损坏,是由3～5层厚胶层组成。胎侧靠近肩部有防擦线,防止胎侧受冲击撞伤,甩掉轮胎上的泥水以防流入胎圈和轮辋之间。3.1.2.3 带束层带束层是子午线轮胎的主要受力部件,在很
