第１０期罗奕文等．国内全钢载重子午线轮胎市场分析及新型钢丝帘线的应用
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国内全钢载重子午线轮胎市场分析及新型钢丝帘线的应用
罗奕文，姜培玉，田浩，高岩
（贝卡尔特亚洲钢帘线技术中心，江苏江阴２１４４３４）
摘要：分析当前国内全钢载重子午线轮胎的市场特点及常见轮胎失效模式，介绍载重子午线轮胎用新型钢丝帘线的应用优势。在目前国内载重汽车超载、长途行驶较多的情况下，全钢载重子午线轮胎常出现抽丝爆、胎体钢丝帘线胎圈部位断爆和胎侧拉链爆等损坏现象；全钢载重子午线轮胎胎体用３＋９＋１５×０．２２５ＺＺＺＨＴ，０．２２＋６＋１２×０．２０
ＨＴ，３×０．２４＋９×０．２２５ＣＣＨＴ，０．２５＋６×０．２２＋１２×０．２０ＨＴ等钢丝帘线。带束层用４＋６×０．３８／０．３０ＨＴＢｅｔｒｕ＠。
３＋８×０．３３ＳＴＢｅｔｒｕ＠，４＋３×０．３５ＨＴ，０．３６５＋６Ｘ０．３５ＨＴＢｅｔｒｕ＠等钢丝帘线以及带束保护层用５×０．３５／０．３８ＨＩ高性能钢丝帘线可有效减少以上破坏。
关键词：全钢载重子午线轮胎；钢丝帘线；胎体；带束层；强度中图分类号：ＴＱ３３０．３８＋９ｌＵ４６３．３４１＋．３／．６文献标志码：Ｂ文章编号：１００６—８１７１（２０１１）１０—０５７９—０６
随着我国“十二五”规划目标的逐步明确，预计在未来的５～１０年间，我国经济仍将保持较高速度发展，就拉动ＧＤＰ增长的三大动力要素——投资、消费以及出口而言，轮胎行业无疑起着举足轻重的作用。近年来全钢载重子午线轮胎生产规模迅速扩大，市场竞争不断加剧，轮胎生产企业越来越重视轮胎的承载能力、高速性能、耐久性能、安全性能和可翻新性。１载重子午线轮胎市场细分不同于欧美等发达地区成熟规范的使用条件，全钢载重子午线轮胎在中国市场上的应用条件更为苛刻，高充气压力和高负荷的使用环境将在一定时期内无法避免。根据使用环境的不同，我国全钢载重子午线轮胎可以细分为４个主要市场，即长途市场、超载市场、城市公交以及全钢轻载。其中长途和超载两大市场占据了过去５年间国内全钢载重子午线轮胎生产量及销售量的９０％以上。１．１超载市场在超载市场上，大多数载重汽车常处于公路作者简介：罗奕文（１９７０一），男。浙江慈溪人，贝卡尔特亚洲钢帘线技术中心中国技术中心总监，博士，主要从事轮胎骨架材料的研发及技术服务工作。与非公路的混合使用状况，有时完全使用在路面极其粗糙的非公路，出入建筑作业场地，通常是各种路面的中短途驾驶，容易受到意外损伤，具体使用条件如表１所示。
表１超载市场轮胎使用条件
对超载市场上返回的退赔轮胎进行分析可知，７０％以上的失效模式为以下４种：胎圈问题（脱层、裂纹或抽丝爆）、肩部脱层、胎冠爆以及胎侧拉链爆。其中，胎圈问题占总体失效模式的５０％以上。‘１．２长途市场在长途货运及客运使用市场，车辆大多行驶在平直的高速公路或各种国道公路上，车辆长距离行驶，很少停车，具体使用条件如表２所示。在长途市场，无内胎轮胎优势得以体现，因此
万方数据轮胎工业２０１１年第３１卷表２长途及中长途市场轮胎使用条件
注：两种使用条件下的新胎大多可使用６个月或８万ｋｍ，可实现翻新。被越来越多的消费者采用。肩空和偏磨是当前国
内长途市场使用的全钢载重子午线轮胎主要失效模式，其中肩空占该市场退赔比率的６０％以上。
２超载市场常见失效模式分析在我国部分地区车辆超载严重，轮胎充气压力高达１．４～１．６ＭＰａ，轮胎静态负载率超过２６０％，在高充气压力、高负荷的使用条件下，轮胎使用寿命非常短，通常是以轮胎爆破为止。一方面轮胎在如此高压、高载条件下的爆破对车辆行驶的安全性造成直接威胁，另一方面对轮胎翻新再利用极其不利。解决这些典型轮胎早期损坏和提高轮胎翻新率的根本途径是规范轮胎使用环境，与此同时，应使用具有优良耐疲劳性能的钢丝帘线。通过对一些损坏轮胎的分析，了解其失效的机理，对轮胎设计和制造以及轮胎骨架材料的开发有指导意义。下面对常见失效模式进行分析。２．１抽丝爆全钢载重子午线轮胎抽丝爆是指轮胎行驶过程中轮胎局部区域（宽度２０～３０ｃｍ）胎体钢丝帘线从钢丝圈底部抽出，导致轮胎爆破，如图１所示。超载市场上１１．００Ｒ２０和１２．００Ｒ２０等大规格轮胎的抽丝爆尤为常见。通过市场走访发现，轮胎抽丝爆基本发生在双胎并装的非压条侧。严重超载车辆启动和制动时，刹车片与制动鼓之间摩擦力增大，生热增加，导致制动鼓温度升高并传递到轮辋，从而使轮胎胎圈部位温度过高。在这种情况下，胎圈部位橡胶易发生高温降解并导致胎圈部位脱层，使轮胎发生失效。钢丝圈内侧凸角以及钢丝圈底部处与胎体帘线之间胶料较少，其粘合较差，是脱层的重要因素之一。同时，反包端点应力集中产生裂纹，需优化轮胎胎圈部
毋●（ｂ）图１抽丝爆位设计，降低胎体帘线反包端点处应力集中，延缓反包端点处裂纹的产生。另外一个影响因素是轮胎的着合直径和钢丝圈直径设计不合理，钢丝圈对胎体帘线的锚定力较小。２．２胎体钢丝帘线胎圈部位断爆胎体钢丝帘线胎圈部位断爆是指胎体钢丝帘线在钢丝圈内侧凸角处断裂，其胎体钢丝帘线断口部位非常整齐，如图２所示。将断裂钢丝帘线去除附胶后用扫描电子显微
（ａ）（ｂ）图２胎体钢丝帘线胎圈部位断爆
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镜进行断口分析可以看出，胎体钢丝帘线断口类型主要有疲劳断口、磨损断口和颈缩断口３种。疲劳断口和磨损断口主要发生在钢丝帘线外层单丝上，颈缩断口主要集中于内层钢丝；疲劳断口的疲劳源来自于胎体钢丝帘线与胎圈钢丝之间的磨损，磨损断口主要由胎圈钢丝对钢丝帘线外层单丝的切割导致。综合钢丝帘线的断口形貌和磨损程度分析可知，胎体钢丝帘线胎圈部位断爆是由于钢丝圈内侧凸角处胎圈钢丝对胎体钢丝帘线磨损和切割造成的，外层部分单丝因疲劳、切割断裂后，剩余单丝因强度不足而发生过载断裂。２．３胎侧拉链爆胎侧拉链爆通常发生在上胎侧防擦线区域，胎体钢丝帘线沿周向断裂。胎侧拉链爆断口有两种形式：一种是整齐裂口，如图３（ａ）所示；另一种为非整齐裂口，裂口形状不规则且不在同一纬度上，如图３（ｂ）所示。（ａ）整齐裂口拉链爆埘ｔＵ。ｒ，丁嗍料㈣。￡＝＝：．．Ｊ●土！ｍｌｌｌｌ！坚！燮！！’：（ｂ）非整齐裂口拉链爆圈３胎侧拉链爆对于整齐裂口拉链爆轮胎，轮胎爆裂中心的钢丝帘线断口类型主要有颈缩断口、疲劳断口和冲击断口３种，疲劳断口数量居多且分布于钢丝帘线的外层和内层钢丝上。该种爆裂类型轮胎的钢丝帘线主要为疲劳断裂，与钢丝帘线反复弯曲、外缠丝对钢丝帘线外层钢丝切割与磨损、帘线锈蚀等多种因素有关；同时也与轮胎的使用状况有一定关系，轮胎充气压力过低，在反复刹车、转弯时钢丝帘线易发生疲劳断裂。轮胎充气压力过低、负荷过大的情况下，容易导致双胎碰胎，这易造成胎体钢丝帘线耐疲劳性能下降。对于非整齐裂口拉链爆轮胎，轮胎爆裂中心钢丝帘线的断口类型主要以颈缩断口为主。由此可知，该种轮胎爆裂类型主要是钢丝帘线过载导致，轮胎爆裂的根源主要与轮胎的使用有关，即轮胎负荷过大、充气压力过高或轮胎受到外部撞击所致。
２．４小结在所有类型的超载轮胎失效模式中，应力集中导致生热过多是一个主要因素。轮胎在超载使用条件下，钢丝帘线。尤其是胎体钢丝帘线同样承受过载，从而引起更多的钢丝磨损，缩短轮胎使用寿命。钢丝帘线的腐蚀也是影响因素之一，提高其耐腐蚀性能可以有效延长轮胎使用寿命。以下措施可有效防止或减少轮胎失效的发生：①使用强度更高、具有更好的耐腐蚀和耐磨损性能的钢丝帘线；②加强胎圈部位设计和提高胎体帘布强度；③使用生热低、耐老化的胶料配方；④加强轮胎制造过程中胎圈部位的质量控制以及防止湿气侵入各部件之间，同时提高轮胎的加工均匀性。
３载重子午线轮胎用高性能钢丝帘线应用于载重子午线轮胎胎体和带束层的高性能钢丝帘线方案分别见表３和４。以下对３种全新的钢丝帘线产品作简要介绍。
表３载重子午线轮胎胎体用高性能钢丝帘线传统结构新型结构适用市场
３＋９＋１５×ｏ．２２＋ｏ．２５＋６＋１２×ｏ．２２５ＨＴ长途及超载
ｏ．１５ＮＴ３＋９＋１５×０．２２５ＺＺＺＨＴ严重超载３＋９＋１５×ｏ．１７５＋ｏ．２２＋６＋１２Ｘｏ．２０ＨＴ长途及超载
ｏ．１５ＮＴ３×０２４＋９×０．２２５ＣＣＨＴ长选及超载
０．２５＋６×０．２２＋１２×０．２０ＨＴ长途及超载３＋９ｘ０２２＋３×０．ｚ２／９×０ＺＯＨＴ长途及超载
０１５ＮＴ／ＨＴ
３．１３＋９４－１５ｘ０．２２５ＺＺＺＨＴ钢丝帘线
３．１．１钢丝帘线性能提高载重子午线轮胎的承载能力和延长轮胎的使用寿命，胎体骨架材料的强度、耐磨性能和耐疲劳性能尤为重要。３＋９＋１５×０．２２５ＺＺＺＨＴ
钢丝帘线具有以下优点：①高强度，提高了轮胎承
万方数据５８２轮胎工业２０１１年第３１卷
表４载重子午线轮胎带柬层用高性能钢丝帘线部位传统结构新型结构工作层３＋９＋１５ｘｏ．２２＋ｏ．１５ＮＴ４＋６ＸＯ．ａＳ／ｏ．３０ＨＴＢｅｔｒ，ａ曲
３＋８Ｘ０．３３ＳＴＢｅｔｒｕｏ
３＋８Ｘ０．３３／Ｏ．３５ＨＴ４＋６Ｘ０．３０ＨＴＢｅｔｒｕｏ
３＋８×０．３３ＳＴＢｅｔｒｕｏ
３×０．２０＋６×０．３５ＮＴ／ＨＴ４＋３×０３５ＨＴ
保护层３Ｘ４×０．２２ＨＥ４×４Ｘ０．２２ＨＥ４×２×０．３４ＨＥ
０．３６５４－６×０３５ＨＴＢｅｔｒｕｏ５×０．３５／Ｏ．３８ＨＩ
载能力；②无外缠丝，内外层同向捻制，可有效避免交叉捻制带来的层间点接触（如图４所示），提高了耐磨性能和耐疲劳性能；③帘线直径小，强度高，可以减小轮胎帘线和胶料的用量。
（ａ）传统交卫捻￥／ｓ／ｚ／ｓ（ｂ）新型同向捻Ｚ／Ｚ／Ｚ图４交叉捻与同向捻对比３＋９＋１５ｘ０．２２５ＺＺＺＨＴ与３＋９＋１５×
０．２２＋ｏ．１５ＮＴ钢丝帘线的基本性能指标对比见表５。
裹５３＋９＋１５ｘ０．２，２５ｚｚｚＩｔＴ与３＋９４－１５×０．２２＋０．ＩＳＮＴ钢丝帘线的基本性能指标对比３＋９＋１５Ｘ３＋９＋１５×项目
Ｏ．２２５ｚｚＺＨＴ０．２２＋０．１５ＮＴ
帘线直径／ｒａｍ线密度／（ｇ・ｎｌ＿１）破断力／Ｎ破断力／帘线直径／（Ｎ・ｍｍ一破断力／线密度／［Ｎ－（ｇ－Ⅲ一１）一１］１．３９０士ｏ．０７０８．６３０土ｏ．３００≥３１２０）２２４５１．６２０士ｏ．０８０８．５００士ｏ．３００≥２６００
１６０Ｓ
３６２３０６３．１．２材料分析以３＋９＋１５×０．２２５ＺＺＺＨＴ钢丝帘线替代
３＋９＋１５×０．２２＋０．１５ＮＴ钢丝帘线用于胎体，生产１２．００Ｒ２０１８ＰＲ轮胎，其生产用材料对比见表６。从表６可以看出，采用３＋９＋１５×０．２２５ＺＺＺＨＴ钢丝帘线在等压延密度替换的前提下替代３＋９＋１５×０．２２＋０．１５ＮＴ钢丝帘线。帘布强裹６３＋９＋１ｓＸ０．２２５ｚｚｚＩｒｒ与３＋９＋１５Ｘ０．２２＋０．ＩＳＮＴ钢丝帘线轮胎胎体材料对比度可提高２０％。同时帘布质量减小６％。３．２０．２５＋６ＸＯ．２２＋１２Ｘ０．２０ＩｔＴ钢丝帘线３．２．１钢丝帘线性能新型胎体钢丝帘线０．２５＋６×０．２２＋１２×０．２０ＨＴ同样具有高强度、无外缠丝、内外层同向捻制、帘线直径小、强度高等优点。该产品的另一个突出特点为内外层单丝直径各异，提高了钢丝帘线的渗胶性能，从而提高了胎体用钢丝帘线的耐腐蚀性能。０．２５＋６×０．２２＋１２×０．２０与３＋９＋１５×０．１７５＋０．１５ＮＴ钢丝帘线的基本性能指标对比见表７。裹７ｏ．２ｓ＋６ｘ０．２２＋１２Ｘ０．２０ＩｔＴ与３＋９＋１５Ｘ０．１７５＋０．ＩＳＮＴ钢丝帘线的基本性能指标对比ｏ．２５＋６×ｏ．２２＋３＋９＋１５ｘ项目１２ｘ０．２０ＨＴＯ．１７５＋Ｏ．１５ＮＴ帘线直径／ｒａｍ线密度／（ｇ・ｍ－１）破断力／Ｎ破断力／帘线直径／（Ｎ・ｍｍ破断力／线密度／［Ｎ・（ｇ・ｍ一１）一。］１．０９０士００５０５．２６０士０２１０≥１９７５１）１８１２３７５１．３４０士ｏ．０７０５４２０士０．１９０≥１６７０ｌ２４６３０８０．２５＋６×０．２２＋１２×０．２０ＨＴ钢丝帘线内外３层单丝直径不同，同一层单丝之间存在一定的空隙，胶料得以充分渗透，两种钢丝帘线渗胶情况对比如图５所示。由图５可见，３＋９＋１５×０．１７５＋０．１５ＮＴ钢丝帘线在芯股内部以及芯股与中间层之间胶料渗透较差，而０．２５＋６×０．２２＋１２×０．２０ＨＴ钢丝帘线的渗胶充分，从而提高了钢丝帘线的耐腐蚀性能。３．２．２材料分析以０．２５＋６×０．２２＋１２×０．２０ＨＴ钢丝帘线替代３＋９＋１５×０．１７５＋０．１５ＮＴ钢丝帘线用于胎体，生产１１．００Ｒ２０１８ＰＲ轮胎，其生产用材料对