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鋼簾線 用于制造胎體和帶束層的鋼簾線,是由優(yōu)質(zhì)高碳鋼經(jīng)表面鍍層、拉拔、加捻制成,是輪胎主要骨架材料之一。采用鋼簾線作為增強材料所制作的子午線輪胎具有使用壽命長、行駛速度快、耐穿刺、彈性好、安全舒適、節(jié)約燃料等優(yōu)點。 鋼絲簾線正在由普通強度(NT)向高強(HT)、超高強(ST)和特高強(UT)方向發(fā)展。目前在發(fā)達國家,HT鋼絲簾線的使用量已占鋼絲簾線總用量的60%左右,ST鋼絲簾線的用量也已超過20%。
圖1 輪胎制造工藝流程圖
胎體用鋼絲簾線的性能要求及選用
根據(jù)子午線輪胎的受力特點,輪胎在行駛過程中胎體簾線受到反復的拉伸、壓縮和彎曲等極為復雜的作用力,這就要求胎體用鋼絲簾線具有高強度、耐屈撓、抗疲勞、耐老化等特點,此外鋼絲簾線與橡膠之間不僅應(yīng)該具有良好的初始粘合力,在動態(tài)、高溫、潮濕條件下老化后也應(yīng)保持較高的粘合性能。 這里對胎體鋼絲簾線的開發(fā)和應(yīng)用提出如下幾個方面的要求: (1)開發(fā)破斷力高、直徑小和線密度低的新型鋼絲簾線替代胎體使用的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)鋼絲簾線。 這樣不但鋼絲簾線的耐疲勞性能得到提高,而且實現(xiàn)了單胎使用鋼絲簾線質(zhì)量減小,進而減小輪胎質(zhì)量,從而降低滾動阻力,提高輪胎耐久性能。同向捻制可增強鋼絲簾線的橡膠滲透能力,提高其耐腐蝕性能。 例如貝卡爾特鋼簾線有限公司開發(fā)的0.25+6+12×0.225HT可替代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的3+9+15×0.175+1×0.15或3+9+15×0.22+1×0.15用于胎體。 采用0.25+6+12×0.225HT鋼絲簾線后,胎體的強度提高7%;質(zhì)量減小11%以上;每錠鋼絲簾線長度增加75%,大大提高壓延效率。 (2)采用高強度鋼絲、無外纏絲的緊密型結(jié)構(gòu)鋼絲簾線替代單絲根數(shù)多、帶有外纏絲多層加捻、不同層之間單絲為點接觸的普通型結(jié)構(gòu)鋼絲簾線。 這樣可以避免交互捻結(jié)構(gòu)中層與層鋼絲之間接觸導致的磨損,且同向捻制提高了鋼絲簾線的抗疲勞性能和抗磨損性能,使胎體抗損壞能力提高,從而大大延長輪胎的使用壽命,同時增加可翻新次數(shù)。 例如貝卡爾特鋼簾線有限公司開發(fā)的緊密型3×0.22+9×0.20CCHT可替代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的3+9×0.22+1×0.15用于全鋼載重無內(nèi)胎子午線輪胎11R22.5等規(guī)格胎體。 采用3×0.22+9×0.20CCHT鋼絲簾線后,錠長更長,有利于提高生產(chǎn)效率,降低廢料;胎體柔韌性更強,疲勞壽命提高;鋼絲簾線之間的橡膠滲透量提高,粘合效果增強,鋼絲簾線之間的摩擦生熱減??;鋼絲簾線用量下降18%;胎體簾布質(zhì)量下降17%。
圖2 鋼簾線用于制造帶束層
圖3 鋼簾線制造工藝流程圖
圖4 鍍銅后成卷的鋼簾線
2+7×0.3ST鋼簾線
3+9+15×0.22+0.15NT鋼簾線
圖5 鋼簾線細部放大圖
帶束層(工作層)用鋼絲簾線的性能要求及選用
帶束層是子午線輪胎的主要受力部件,周期性地承受拉伸、彎曲和剪切等變形,同時起著箍緊胎體的作用,使輪胎的外直徑膨脹很小,這里對帶柬層(工作層)用鋼絲簾線的開發(fā)和應(yīng)用提出如下幾個方面的要求: (1)開發(fā)具有較高破斷力、較低破斷伸長率的鋼絲簾線。帶束層鋼絲簾線應(yīng)具有合適的剛度和強度,以增強輪胎的抗磨損性能和耐側(cè)滑性,提高輪胎的安全性和操縱性。 (2)鋼絲簾線向全滲透型簡單化開放式結(jié)構(gòu)發(fā)展,以改善膠料在鋼絲簾線中的滲透性能,增強鋼絲的耐腐蝕性能,提高帶束層間的粘合強度。鋼絲與膠料之間不但應(yīng)具有良好的初始粘合力,而且老化后膠料的粘合力保持率要求也越來越高,以便提高輪胎的耐久性能。全滲透型簡單化開放式結(jié)構(gòu)鋼絲簾線的加工工藝相對比較簡單,有利于降低鋼絲簾線的制造成本,從而降低輪胎的生產(chǎn)成本。
帶束層(保護層)鋼絲簾線的性能要求及選用
帶束層保護層鋼絲簾線應(yīng)具有較強的抗沖擊性能、較高的破斷伸長率、良好的膠料滲透性能、良好的壓縮能力和抗剪切能力,傳統(tǒng)的保護層鋼絲簾線有4×4×0.22HE,3×7×0.20HE,3×4×0.22HE和3×7×0.22HE,這些鋼絲簾線的共同特點是捻距小、破斷伸長率高、能承受較大的沖擊、疲勞性能好。但覆膠后,鋼絲的破斷伸長率急劇下降,最大下降幅度超過50%,降低了其抗沖擊效果。 由于高伸長鋼絲簾線捻距小、生產(chǎn)效率低,價格相對較高,提高了輪胎的制造成本,因此鋼絲簾線生產(chǎn)廠家開發(fā)出了適合市場需求的5×0.380CHE,5×0.38HI和5×0.30HI等規(guī)格,其共同特點是鋼絲直徑加大,有利于提高鋼絲的抗切割能力,簡化鋼絲簾線結(jié)構(gòu),降低生產(chǎn)成本;對鋼絲施加預(yù)變形,有利于增強鋼絲簾線的滲膠能力,保持其覆膠后的破斷伸長率。
鋼簾線的最新發(fā)展趨勢
1、胎體 載重輪胎胎體要承受較多的交變負荷,因此胎體鋼絲簾線除要具有較高的強度外,更應(yīng)具有柔韌性、均勻一致的低負荷伸長、良好的耐疲勞性能(鋼絲簾線中鋼絲之間的磨損小)和較高的抗沖擊性能等。載重輪胎胎體鋼簾線結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢主要包括: ①強度從NT向HT,ST甚至UT方向過渡; ②結(jié)構(gòu)從較為復雜的股狀結(jié)構(gòu)向?qū)訝钜灾辆o密型結(jié)構(gòu)發(fā)展; ③生產(chǎn)工藝由復雜的多步驟向簡單的兩步甚至一步成型方向發(fā)展; ④鋼絲直徑仍以小尺寸為主,其主要原因是鋼絲直徑對簾線的疲勞壽命影響大。 2、帶束層 帶束層是子午線輪胎的主要受力部件,因此帶束層鋼絲簾線應(yīng)具有良好的滲膠性能、較低的結(jié)構(gòu)伸長、較小的直徑、合適的剛度及較高的粘合力及粘合力保持率。傳統(tǒng)的乘用汽車輪胎(包括轎車和旅行車輪胎)帶束層鋼絲簾線通常由4~12根鋼絲組成,以規(guī)則形狀為主。帶束層鋼絲簾線發(fā)展趨勢如下: ①單絲直徑變大; ②結(jié)構(gòu)簡單化,目前結(jié)構(gòu)主要由2~11 根鋼絲組成; ③向開放型結(jié)構(gòu)發(fā)展,主要目的是強化鋼絲間的滲膠性能,防止鋼絲間的潮氣侵蝕; ④向不規(guī)則結(jié)構(gòu)發(fā)展,如2 + 1 ,2 + 7 ,3 + 8 等,其目的也是提高滲膠性能。 載重輪胎的帶束層鋼絲簾線用量較大,減小鋼絲簾線用量即意味著減小輪胎質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本。因此,載重輪胎的帶束層鋼絲簾線向結(jié)構(gòu)簡化、高強度方向發(fā)展的趨勢更為明顯。 例如,以3+8×0.33HT鋼絲簾線替代3+9+15×0.22W鋼絲簾線,每條輪胎鋼絲簾線用量從4.66kg減小至4.10kg,用量減小12%,輪胎質(zhì)量減小5%,節(jié)約生產(chǎn)成本2%以上。 隨著單絲直徑的加大(最大達0.41 mm,已超出BISFA標準中的0.38mm),鋼絲簾線的彎曲剛度增大,提高了抗沖擊和抗切割能力,降低了輪胎的滾動阻力,減輕了輪胎的磨損,但值得注意的是,鋼絲簾線的彎曲剛度加大及外形的不規(guī)則,給簾布壓延帶來困難,易造成壓延時跳線、壓延后的簾布不平以及經(jīng)密不均。
鋼簾線的國家標準
子午線輪胎用鋼簾線的國家標準是GB/T11181-2016,該標準規(guī)定了鋼簾線的結(jié)構(gòu)類型,即普通型,開放型(OC)、密集型(CC)、高延伸型(HE)、高抗沖擊型(HI),鋼簾線按照抗拉強度分類,即普通強度(NT)、高強度(HT)、超高強度(ST)和特高強(UT)。 鋼簾線的鍍層分類,即普通鍍層和低銅鍍層。鋼簾線的標記方法和規(guī)則:包括鋼簾線結(jié)構(gòu),鋼簾線類型;鋼簾線強度,鋼簾線捻距和捻向,鋼簾線鍍層類型。 該國家標準對鋼簾線的尺寸及性能燈檢驗項目均提出了明確要求,主要涉及外觀質(zhì)量、力學性能、化學性能和粘合性能四大部分。
圖6 鋼簾線的主要結(jié)構(gòu)和性能示意圖
圖7 鋼簾線的性能試驗要求