雙胎面新工藝在全鋼子午線輪胎中的應用

孫淑英，魏進斌，武茂軍，湯 超，王 亮

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

新型綠色子午線輪胎生產過程的自動化、新工藝的創新化和信息化為當前輪胎制造的主要發展方向，其中新工藝的創新化對輪胎的質量提升及性能優化起著至關重要的作用。在全鋼子午線輪胎新產品生產工藝路線設計時，著力研究開發新的半成品部件結構，并進行相關工藝試驗。

本工作研究雙胎面新工藝在全鋼子午線輪胎中的應用[1-4]。

1 胎面設計

傳統全鋼子午線輪胎胎面結構如圖1所示，成品輪胎材料分布如圖2所示，輪胎在高速行駛過程中與路面形成剪切和摩擦，使橡膠內部分子生熱，易造成輪胎損壞。

圖1 傳統胎面材料分布示意

圖2 傳統胎面輪胎的材料分布示意

全鋼子午線輪胎新結構胎面在傳統胎面的基礎上增加1層胎面膠，即雙胎面，第2胎面膠位于傳統的胎面膠與基部膠之間，第2胎面膠兼顧胎面膠和基部膠的性能要求，具有高模量、低生熱的特點，使用H250/C200/C200型擠出機三復合擠出，雙胎面新工藝胎面材料分布如圖3所示，成品輪胎材料分布如圖4所示。本工作以12R22.5輪胎為例進行試驗分析。

圖3 新工藝胎面材料分布示意

圖4 新工藝胎面輪胎的材料分布示意

1.1 胎面尺寸設計

新工藝胎面設計尺寸如圖5所示，第2胎面采用整體平直設計，可以簡化生產工藝，最大化降低生產成本，并降低生熱，其與第1胎面膠面積比例約為1∶2，12R22.5輪胎第1胎面膠、第2胎面膠和基部膠的面積分別為2 612.7，1 319.7和1 038.0 mm2；基部膠采用中間平兩肩厚的設計，既可以保證冠部胎面花紋溝底膠的厚度，又可以進一步降低肩部生熱，具體可根據輪胎性能要求設計各部位的分配比例，以便使胎面性能達到最佳狀態。

圖5 新工藝胎面設計尺寸

上口型板尺寸開型因數為90%，基部膠通過下口型板開型擠出（見圖6），可以確?；砍叽鐫M足設計要求，避免第2胎面影響基部尺寸。胎面使用推試擠出法擠出，可以提高擠出胎面尺寸的穩定性。

圖6 下口型板結構

第1胎面膠為熱喂料擠出，第2胎面膠和基部膠為冷喂料擠出，為了更好地將三者緊密復合在一起，避免界面存在分層或氣泡，引起成品輪胎出現胎冠脫層、胎里氣泡、肩空等問題，胎面口型板局部加厚，如圖7所示。

圖7 局部加厚口型板結構

1.2 配方選用

第1胎面膠接觸地面，使用高耐磨性能的膠料配方。第2胎面膠使用高模量、低生熱膠料配方，與帶束層及第1胎面膠良好過渡，用于低滾動阻力、高行駛里程新產品研發，可有效提高全鋼子午線輪胎的整體質量；采用低生熱、低成本的第2胎面膠配方可降低輪胎肩部生熱，提高抗撕裂性能，降低輪胎原材料成本。

雙胎面輪胎既保證胎面的低滾動阻力、抗刺扎、高耐磨等相關性能，又能降低膠料內部生熱，提高輪胎的高速、耐久性能，延長輪胎的使用壽命。

1.3 胎面擠出試驗

設定胎面擠出參數：擠出速度 13 m·min-1，第1胎面膠采用熱喂料擠出，供膠寬度 280 mm，供膠厚度 10 mm，供膠速度與生產速度自動匹配；第2胎面膠與基部膠采用冷喂料擠出，確定機筒內充滿膠料后擠出。通過測量胎面肩部寬度、總寬度，參考米秤稱量值，調整擠出機轉速，待肩部寬度滿足施工要求后，記錄相關數據，如表1所示。

表1 胎面擠出參數

由表1可見，擠出參數需相互匹配，才能使各膠料在胎面中合理分布。

為提高擠出胎面長度的穩定性，避免生產過程中存在胎面拉伸的問題，胎面膠擠出后經過強制收縮輥道，設定分段強制收縮率：6.7%，13.3%，20%。500 mm定長胎面收縮率測量結果如表2所示。

表2 500 mm定長胎面收縮率測量結果

由表2可見，500 mm定長測量平均收縮量為56.5 mm，各點定長極差及前后拉伸量均滿足≤10mm要求，胎面收縮較穩定，為雙胎面輪胎性能提升打下基礎。

1.4 胎面輪廓尺寸測量

胎面擠出裝車前在線測量胎面輪廓尺寸，如圖8所示。

圖8 實際測量的新工藝胎面尺寸

由圖8可見，胎面尺寸滿足設計要求。

2 成品輪胎測試和分析

采用新三復合雙胎面與傳統雙復合胎面生產12R22.5 18PR輪胎（胎面均采用C-1花紋），進行室內性能測試。

2.1 耐久性能

按照GB/T 4501—2023《載重汽車輪胎性能室內試驗方法》進行耐久性能測試，每種輪胎各測試2條，結果如表3所示。

表3 耐久性能測試結果

由表3可見，雙胎面輪胎的耐久性能較傳統產品有所提升，其耐久性能測試累計行駛時間延長約20.2%，兩者均滿足設計要求（≥57 h）。

2.2 高速性能

按照企業標準進行高速性能測試，每種輪胎各測試2條，結果如表4所示。

表4 高速性能測試結果

由表4可見，雙胎面輪胎的高速性能更優越，其性能提升約21.4%，兩者均滿足設計要求（≥75 min）。

高速性能試驗損壞輪胎斷面剖析結果如圖9所示。

圖9 高速性能試驗損壞輪胎斷面剖析結果

由圖9可見，雙胎面輪胎3#帶束層端點損壞，傳統胎面輪胎為胎面生熱損壞，二者對比，傳統胎面輪胎明顯生熱高，高速性能測試累計行駛時間短，各項性能均低于雙胎面輪胎。

2.3 輪胎斷面分析

雙胎面輪胎斷面如圖10所示，雙胎面輪胎與傳統胎面輪胎的斷面厚度對比如表5所示。

表5 輪胎斷面厚度數據對比 mm

圖10 雙胎面輪胎斷面

由圖10可見，雙胎面輪胎第2胎面膠與基部膠過渡良好，花紋溝底處由第2胎面膠保護，減小了花紋溝底裂口的風險。由表5可見，胎面各膠料在輪胎中的分布、胎面各點厚度及花紋溝底膠料厚度均滿足設計要求。

2.4 成本分析

與傳統工藝胎面對比，雙胎面工藝基部膠和粘合膠片的體積和質量相同，成本差異主要在第2胎面膠，第1和第2胎面膠成本分別為9.67和9.09元·kg-1，單條輪胎（第1和第2胎面膠料質量分別為10.65和3.91 kg）成本降低2.26元，按年產300萬條輪胎計算，成本降低678萬元，在輪胎質量提升的同時大幅度降低了生產成本。

3 結語

三復合全鋼子午線輪胎胎面擠出新工藝的創新應用改善了不同膠料在胎面中的分布，在大幅度提高輪胎質量的同時，可有效降低胎面膠的原材料成本。胎面雙層膠料分布適應不同路況對輪胎產品差異化需求，實現全鋼子午線輪胎胎面擠出的創新化。該新工藝的推廣對提高輪胎耐磨性能、降低生熱、延長行駛里程有積極的促進作用。