轮胎用骨架材料全面接触

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轮胎用骨架材料全面接触

在轮胎中，骨架材料约占全胎重量的10%~15%，它承受轮胎的负荷，经受行驶过程中周期性应力和变形的作用，是轮胎工业的主要原材料之一。同时，骨架材料的改进与发展、性能的提高，影响着轮胎性能的提高和结构的发展。
第一节 轮胎对骨架材料的性能要求
    骨架材料是轮胎的主要受力部件——胎体和缓冲层（带束层）的增强材料，它的性能对轮胎的力学性能和使用寿命均有重要影响。
    一、基本性能要求
    1.强度和初始模量要大
    2.由于轮胎行驶时橡胶和纤维产生滞后损失，同时轮胎与路面产生摩擦，使轮胎生热，故要求骨架材料有良好的耐热性，再湿热干热下亦不易降解；
    3.轮胎行驶时帘线在橡胶中受拉伸、压缩、弯曲等作用会老化，故疲劳性要好；
    4.在常温和升温时尺寸稳定性要好，加负荷时伸长率要小，蠕变现象要小，否则轮胎行驶过程中胎体要胀大。
    5.要和橡胶有良好的粘和性能。
    二、帘线质量的主要技术特性（指标）
    1.强度特性
    帘线在使用负荷下的强度特性表征帘线受力和伸长之间的关系，可在强力试验机上得到。
    2.帘线扯断强力和伸长率
    胎体强度（尤其轮胎受集中负荷时）取决于帘线的扯断强力。当轮胎越过障碍物时，帘线产生极大的爆破程度。扯断强力和伸长率是相互关联的。降低伸长率而不从根本上提高胎体强度会引起里程的下降。扯断强力和伸长率不仅应在标准实验条件进行测定，而且应当在高温、低温和高变形速率下进行测定。帘布在浸胶压延过程中，轮胎在行驶过程中帘线受到伸张作用，应力在每根帘线之间的分布取决于扯断强力和伸长率的不均匀度。
    3.帘线捻度
    加捻的目的在于提高帘线的耐疲劳性能。用捻向和每米内的螺纹圈数来表征捻度，确定捻度的原则，是在保持足够高扯断强力的同时，力求使帘线具有最优的疲劳强度。用于子午胎带束层的帘线，除了有较高的扯断强力外，保持高模量是极为重要的，这可用降低捻度的方法来达到。
    4.帘线粗度和密度
    对高速度、高负荷和坏路面上行驶的轮胎来说，最好使用加粗帘线和减层帘布来制造，着有利于轮胎的轻量化。帘线的最佳粗度主要取决于所用纤维的质量，对不同规格轮胎来说，其最佳粗度也不相同。
    提高帘布经线密度能使轮胎重量减轻，滚动阻力减小；但随着密度的提高，轮胎帘布层帘线间应力增大，帘布层间的附着力减小，会导致轮胎行驶中脱层。故实际应用时要权衡两方面的利弊，取得性能之间的综和平衡。
    5.帘布热收缩和湿强度变化
    按专门方法测定，这两个指标对轮胎生产工艺有很大影响。对新品种帘布来说这两个指标尤为重要。
    6.长时间负荷下帘线的不可逆伸长
    在固定起始应力和行驶时的附加应力作用下，轮胎中帘线的长度逐渐增加，因此，轮胎在使用过程中尺寸会增大。为了掌握这一特征，必须测定帘线的松弛特性和在多次变形下的不可逆伸长。

第二节 骨架材料（帘线）的种类和性能
    用于轮胎帘线材料的，一般有钢丝、尼龙、人造丝、聚酯、玻璃纤维、芳纶、棉纤维。
   由于我国目前尚生产大量的斜交胎和苛刻的使用条件，因此尼龙帘线用量最多，约占帘线总量的70%。
    一、钢丝帘线
    钢丝帘线的特点是耐热性和导热性极好；强度高，且强度受温度影响极小，当温度高到其他纤维熔化点时，钢丝还能保持原强度的93%；初始模量高，伸长率极小，这对保持轮胎的尺寸稳定性很有利。其缺点是密度大，与橡胶难以粘合，耐疲劳腐蚀和化学腐蚀差。
    钢丝帘线主要用于子午胎的胎体和带束层、子午胎胎圈和外侧的补强带，也用于斜交胎中工程胎的缓冲层。为满足各种轮胎性能的要求，对于钢丝帘线的结构、钢丝表面的镀层以及钢丝帘线与橡胶的粘合问题，各国都作了很多研究。
    1.钢丝帘线的结构
    钢丝帘线是根据其结构，将单丝直接捻成帘线，或先捻成股线，然后再拼成帘线。钢丝帘线的结构可归纳成以下四种类型：
   （1）普通结构钢丝帘线
    一般来说，胎体用帘线要求柔软和耐屈挠性能好，以单丝直径细一些为好。带束层则要求单丝直径粗一些。
   （2）高伸长结构钢丝帘线
    在捻线时采用较小捻距，让单丝在股内捻向和各股在帘线内捻向一致，制成具有较高伸长率的钢丝。普通结构钢丝伸长率为1.7%，这种帘线的伸长率约为7.5%，主要用于子午胎带束层的顶层。因为它的反复压缩变形性能优异，当轮胎受外来冲击时，它能起缓冲作用，保护其内部的带束层不受损坏，从而提高轮胎使用寿命。
   （3）开放结构钢丝帘线
    这种结构的钢丝是将钢丝制成疏松的钢丝帘线，即捻度较低，帘线缝隙较大。这种结构的钢丝，再压延和硫化时，胶料易于渗透到钢丝帘线间隙中去，从而使胶料与钢丝的粘附性能提高。
   （4）密集型结构钢丝帘线
    这种钢丝是用12根或27根单丝捻成松而无规则的帘线，外缠一根直径0.15mm的单丝。它避免了点接触引起的应力集中，使拉伸强度、耐疲劳性能提高。同时，因其制造工艺和结构比较简单，帘线价格也比较便宜。
    2.钢丝表面的复镀
    为了提高钢丝帘线与橡胶的粘合性能，钢丝表面都需经过复镀处理。一般多采用镀黄铜法，也有镀锌法，镀锡和镀镍法。为了提高帘线的耐腐蚀和粘合性能，研究了镀镍、黄铜、铜锌镍、和铜锌锡的。此外，为了提高钢丝帘线的强度和耐腐蚀性等，对帘线的制造，钢丝中碳的含量或黄铜中铜的含量进行了研究，如采用熔喷法制造钢丝帘线，降低了成本以及简化了加工设备，钢丝中碳的含量由0.7提高到0.8~0.9%，可使帘线的强度提高15~20%。将黄铜含量由0.3~0.5%降至0.2%，同时黄铜中铜的含量从67.5%降至63.5%，能提高帘线与橡胶的粘合。
    二、尼龙帘线
    尼龙纤维的性能特点是：强度高，其单位重量强度比人造丝高1.5~1.8倍；吸湿率低，故湿强度也很高；弹性好，耐屈挠性能比人造丝高10倍；耐磨性优于其他纤维。但耐热性差，受热即收缩，强度有损失；耐光性能差，和橡胶不易粘合。
    尼龙帘布使用前必须进行浸胶和热伸张处理，以改善其粘合性能和热变形性能，使之在制成轮胎后有较好的尺寸稳定性。尼龙帘布压延时必须保持一定的张力，轮胎硫化出模后应立即进行后充气，使轮胎在充气状态下冷却，避免在自由状态下因受热而引起的帘布急剧收缩。
    用尼龙帘布制造的轮胎，使用中会产生“平点”。这是由于轮胎行驶停止后，胎体温度上升，轮胎接地面积的区域内冷却条件与其他部分不同，故应变不同，当轮胎再次滚动时，这种应变的差别就造成“平点”。轮胎继续滚动，这种差别就会逐渐消失。
    在尼龙帘线中，目前主要有尼龙6和尼龙66，两者性能上有些差异，尼龙6耐冲击、耐疲劳、耐干热老化性好些、强力略高、成本低；尼龙66则尺寸稳定性好、热稳定性好、耐老化、高温下收缩小、强力损失小。但在轮胎的使用性能中，轮胎在苛刻的行驶条件下，采用尼龙6作骨架材料的轮胎行驶温度较尼龙66的低，而且行驶温度超过100C时两种帘线的动态模量大致相当。因此，尼龙6多用于斜交轿车胎，载重胎，拖拉机胎和工程胎。
    尼龙帘线的结构主要有以下几种：140Tex/2(1260D/2)、187Tex/2(1680D/2)、93Tex/2(840D/2)。140Tex/2(1260D/2)多用于轮胎胎体，93Tex/2(840D/2)多用于缓冲层，为减少大型轮胎胎体的层数，有采用210Tex/2、250Tex/2、279Tex/2等结构的帘线。140Tex/1等帘线则用于手扶拖拉机胎、摩托车胎、力车胎等。
    三、聚酯帘线
    聚酯(我国称涤纶、俗称的确凉)帘线的主要特点是初始模数较高，伸长率小，尺寸稳定性比尼龙好，比人造丝差些；密度介于人造丝与尼龙之间，用聚酯制造的轮胎，其重量比人造丝的轻10%；强度较高，因而操纵稳定性和乘坐舒适性好；聚酯轮胎耐磨性好，没有"平点"。
    聚酯的缺点是：与橡胶的粘合比尼龙差；摩擦系数大，聚酯轮胎在使用时生热大，在高温下产生胺解，高温和高湿条件下强力和黏着力下降幅度大；若胶料中有水分和胺基团，也会使帘线降解；由于生热高，若轮胎中其他材料有胺类物质存在时，也会分解。因此聚酯轮胎配方中忌用有胺类的原材料，如：含有胺类的天然胶，属于胺类的促进剂、防老剂；聚酯帘线也要进行热处理，热处理的温度比尼龙帘线的要高，而且对伸长及控制温度要求比较严格。
    聚酯帘线 一般用于小型轻型载重胎和轿车胎。在美国，由于解决了高温下胺解问题，故轿车子午线胎的胎体基本上采用了此种帘线。我国也开始应用于轿车子午胎的生产。
    聚酯帘线的结构主要有以下几种：111TEX/2(1000D/2)、116.7TEX/2(1500D/2)、144.4TEX/3(1300D/3)、111TEX/3(1000D/3)、222TEX/2(2000D/2)、111TEX/2、116.7TEX/2主要用于轿车胎胎体。
    四、人造丝帘线
    人造丝干强度较高，湿强度较低，弹性模量较高，回弹率不太高，伸长率较低，耐热性能较好，温度升高时强力还稍有提高，耐磨性能较差，密度与棉纤维相近，吸湿率较高，和橡胶粘合性能较差，耐酸耐碱性能较差，对有机溶剂稳定，抗虫蛀，但不耐菌蚀。
    随着人造丝帘线强度和耐疲劳性能的不断改进，相继出现了一超、二超、三超和高定伸等品种帘线，适应于子午线轮胎发展的需要。虽然人造丝帘线在强度和耐疲劳性能不如尼龙和聚酯帘线，但其伸长率比尼龙帘线小，摩擦生热比聚酯帘线低，热收缩性和尺寸稳定性也比尼龙和聚酯帘线好，因此人造丝帘线应用于子午线轮胎仍有一定的市场。尤其是西欧目前应用的较多。
    人造丝帘线的结构主要有184TEX/2、184TEX/3、也有134TEX/3、245TEX/2及245TEX/3等。
    由于人造丝易吸湿，用于轮胎的人造丝帘布控制含水率至关重要，允许的含水率应低于2%。
    五、玻璃纤维帘线
    轮胎工业用的玻璃纤维主要是无碱或低碱的玻璃纤维，他的基本特性是：有很高的强度，它的初始模量很高，伸长率很低；耐热性能极好，高温下性能不受影响。主要缺点是耐屈挠性能最差，耐磨性能亦差，与橡胶的粘合性能不好。
    玻璃纤维制成帘线后，在动态屈挠下，帘线因单丝间摩擦而断裂，以致疲劳性能很差，国外采用间苯二酚－甲醛胶乳浸渍单丝再合股成帘线，这样单丝之间有橡胶中间层，避免了帘线在屈挠过程中单丝之间的摩擦，从而能使单丝保持高强度，又改善了耐疲劳性能。这种玻璃纤维可用于带束斜交轮胎的带束层或子午线轮胎的带束层。
    六、芳纶帘线
    芳纶（芳香族聚酰胺纤维，也称B纤维〔帘线具有合成纤维和钢丝的优点，有"合成钢丝"之称。它具有强度高(单位强度为钢丝的5倍)，伸长小(3.7~4.2%)，几乎不收缩(0~0.2%)和疲劳性极好等优点。这种帘线主要用于高级子午线轿车胎的带束层，代替钢丝帘线，这样减轻了轮胎的重量，乘坐舒适性好.据说,还可提高耐磨性和降低滚动阻力.应用于子午线载重胎或斜交载重胎和工程胎,目前正在研究中.
    芳纶帘线与橡胶的结合也象聚酯一样较尼龙帘线困难些.帘线的价格也较昂贵,因此,此种帘线要推广应用于轮胎中要有一段过程,短期内将不会大批量生产和使用.
第三节 各种骨架材料性能对比与发展
    轮胎骨架材料的基本性能有材料力学性能,耐热性能和耐疲劳性等.
    一、力学性能
    一般说来,模量随强度的增加而增加,但尼龙帘线例外,其模量随强度的增加显著降低.但采用热伸长工艺处理可以解决这个问题.
     从轮胎帘线典型的应力-应变曲线图可以看出几种轮胎帘线强力随伸长率变化的规律.尼龙帘线强度随伸长率的增加而缓慢增加;芳纶纤维则随着伸长率增加强度急剧增加.芳纶纤维有很高的强力和模量,而尼龙则有较高的强力和较低的模量.
    二、耐热性能
    随着温度的提高，帘线的强力损失有两种类型：第一种是“可逆损失”。即温度升高时强力降低，温度降低时强力又恢复。第二种是“降解损失”，即温度升高时损失的那部分强力在温度下降后不能恢复，这是由于在升温过程中材料发生了化学或物理变化所至。
    众所周知，化纤材料在氧、水分和配合剂影响下会发生老化降解。尼龙和聚酯在升高温度时对湿气是很敏感的。聚酯在水分和配合剂中氨基团的作用下会加速降解；在较高的温度下(比如在170~180℃下)，尼龙在湿气作用下会使其结构产生取消定向的作用。
    芳纶纤维在温度高达200℃的情况下能保持很高的强力和模量；人造丝的强力和模量随温度升高变化不大；尼龙和聚酯随温度的升高，强力和模量均下降。
    帘线的耐热性能影响轮胎的尺寸稳定性和质量均匀性。
    尼龙和聚酯帘线受热后会收缩，其余帘线却保持其自然特性。为了防止这两种帘线的热收缩，通常采用预伸张的方法处理处理后的帘线大大减轻热收缩的弊病，但仍不能完全消除。
    三、耐疲劳性能
    制造轮胎帘线时必须加捻，用无捻帘线做轮胎骨架材料其耐久性差。一般来说，随着捻度的增加，帘线的强度和耐疲劳性能亦提高，但没有必要对帘线过度加捻。对人造丝帘线进行试验表明，低捻度帘线试验后打扭，只有当捻度大于300捻/m时才能避免帘线的疲劳破坏。当捻度为470捻 /m ，即在常用的捻度范围时，帘线的耐疲劳性能将获得改善。
    国产184tex/3变捻人造丝帘线，通过改变帘线加工捻度，提高了帘线的断裂强力和耐疲劳性能。
    钢丝帘线的情况相反，捻度过高不利，故常取低捻度。最典型的轮胎钢丝帘线结构之一是用3根直径为0.15mm的钢丝做中心股，用相同的6股钢丝围绕着中心股编成帘线，每一股的捻度为120捻/m，帘线的捻度也是120捻/m。
    经过浸胶后集束合股编成的玻璃纤维帘线，在美国也用于带束层。这种帘线与钢丝帘线相似，也采用较低的捻度。
    四、骨架材料的发展概况
    当前的普通斜交轮胎中，尼龙是骨架材料的主要品种。而在子午线轮胎中，钢丝帘线是带束层和胎体帘线的主要品种，人造丝、聚酯和玻璃纤维均占一定的比例，芳族聚酰胺(芳纶)也有一定的发展，这是一种很有前途的轮胎骨架材料。无论那一种骨架材料都各有其优缺点，使用时应根据轮胎的规格和结构要求，选择合适的骨架材料，充分发挥其特点，以保证轮胎有最佳的行驶特性和经济效益。
    (一)国外帘线发展概况
    从世界情况看，目前钢丝用量最大，其次是尼龙，聚酯和人造丝帘线，其他帘线很少。今后的趋势是：钢丝、芳纶帘线增长较快；聚酯帘线增长也较快；尼龙帘线略有增长，人造丝帘线继续下降。帘线构成的这种变化主要是随轮胎结构的发展，钢丝和芳纶帘线耗量上升较快的主要原因是轮胎子午化水平日益提高所至。人造丝日益淘汰，是因为其在生产中造成环境污染以及受原料资源限制所至。从性能上，人造丝帘线仍很适用于轿车子午线轮胎帘布层，因此西欧许多厂家迟迟不愿改换其他帘线，人造丝帘线在纤维帘线中仍占较大的比例。聚酯帘线因自身性能的改进（如模量提高〕，成本减少等，而逐步取代人造丝帘线，使用量日益增加。尼龙帘线在斜交胎中是主要骨架材料，由于它的不断改进，在子午胎中的应用也在逐步推广。
    （二）国内帘线发展概况
    目前国内轮胎帘线仍以尼龙帘线为主，占70％以上，其次是人造丝、钢丝，聚酯帘线只有少量应用。人造丝资源有限，必须采用聚酯帘线代替一部分，尤其是在轿车和轻型载重子午胎中。
    国产各种帘线生产将着重解决以下问题：
    尼龙帘线将生产不同粗度的系列产品，增加93TEX/2、140TEX/3、 210TEX/2 等规格的产品，以满足轮胎优质轻量化的需要。同时应开发高模量低变形等新品种帘线。
    钢丝帘线将扩大生产能力，关键还要发展各种新结构钢丝帘线和提高钢丝帘线的质量稳定性，轿车子午胎用钢丝帘线的改进途径主要是减少帘线中单丝根数而加粗单丝的直径，使帘线直径减少，提高胶料的渗透性能，改进钢丝的抗腐蚀性能：载重子午胎用钢丝帘线采用密集型帘线，具有减轻轮胎重量、提高轮胎动态安全性、提高粘合性等优点。
    聚酯帘线的生产能力将增加，已有不少帘子布厂引进整套设备，建成投产。
    人造丝帘线将不断提高质量，开发新品种。国产弹性纬线人造丝帘布将作为新型骨架材料在轿车子午胎和载重子午胎中使用。解决了一般人造丝胎体子午胎二段成型时，容易由于纬线断裂而导致帘线排列疏密不均的问题。
    第四节 胎圈用材料
    胎圈用材料主要包括钢丝圈中的钢丝、钢圈包布、胎圈包布。
    一、钢丝规格及性能
    国内轮胎厂目前仍多数采用直径1.00的钢丝，只有少数子午胎用直径为0.89的钢丝用于轿车子午胎；而直径为1.42的钢丝则用于载重子午胎。
    二、胎圈用帆布规格与性能
    钢圈包布一般采用与胎体帘布相同结构的帘布或帆布。帆布有尼龙帆布和维纶帆布。
    胎圈包布一般采用帆布，帆布可采用尼龙帆布或维纶帆布。
    维纶帆布强度比尼龙帆布略低，但其综合性能较好，耐磨，且纤维表面有较多的醛基和羟基，因此与橡胶的粘着性比尼龙的好，其化学稳定性也比较好，耐酸、碱、油、水等侵蚀。同时，维纶帆布比尼龙帆布的价格便宜一些。如20S/6×4结构的维纶帆布20.93元/公斤；而140TEX/93TEX结构的尼龙帆布36元/公斤.

wonderful100

看完这篇文章之后才知道轮胎是有骨架的，真的是孤陋寡闻啊。

戒你如烟

非常详尽非常专业的骨架材料知识介绍，谢谢！

tianwaifeiniaoz

看了这个之后  我感想很多  呵呵