1、載重子午胎配方設計原理載重子午胎線輪胎的配方設計除遵循輪胎配方設計的一般原理以外，由于它的結構特點和制造要求，在配方設計上具有它的特殊性。一、 午胎結構特點及其優越性從斜交結構輪胎到子午線結構輪胎系充氣輪胎的重大變革，由于它的優越性能，發展迅速，目前世界上子午胎已占輪胎產量的90%，而我國輪胎子午化率僅達35%左右，所以要加快發展。所謂子午線，系地球從北極到南極通過格林威治的那條經線叫0°經線，又稱本初子午線，其他經線通稱子午線。如圖1，輪胎的兩個胎圈尤其如南北極，胎體簾線按子午線排列，稱之為子午胎。子午胎整體系剛柔結合，在胎冠周向有多層鋼絲簾線緊著，產生胎冠部位的剛性，在胎圈由胎圈

2、鋼絲及各種硬膠組成，產生胎圈剛性。在胎側部位僅有一層鋼絲簾線全鋼絲載重子午胎不管多大規格或多大負荷，僅是一層鋼絲簾線）和胎側膠組成，產生柔性部位。由于以上結構特點，在輪胎力學上具有“兩大”、“四小”的特點。二大：（1）側向變形大 （2）法向變形大四小：（1）周向變形?。?）滾動變形?。?）高速旋轉下變形小（4）材料變形小由于子午胎力學上具有這些特點，帶來許多優越性能：（1） 滾動陰力低，節油。（2） 高速安全性，生熱低。（3） 耐磨、耐刺、耐用。（4） 減震，乘坐舒適，汽車配件減少損壞。（5） 操縱性好，直線行駛性高，驅動力、制動力、索動力、索引力大，轉向穩定。二、 載重子午胎配方設計特點1

3、部件多，硬膠多一條外胎組成部件有16-17種之多，而配方至少也有13-14外，比載重斜交胎和轎車子午胎都復雜多，而且膠料硬度高，門尼粘度高的配方也多，對工藝裝備要求高，工藝條件嚴格。根據其結構特點，帶束層承受了輪胎整個內應力的60-75%，為保證一個剛性整體，膠料硬度高（一般77-81度），同時膠料與鋼絲簾線的粘合力要高，附膠要好，在熱氧、機械和介質（水）的作用下能保持較高水平。帶束層與胎體，胎面產生相當大的剪切應力，膠料承受高度的應變強度，為分散這種高強剪切應力，除帶束層膠本身要求很高的性能的外，在其上、下應設過渡膠。載重子午盈的胎側徑向變形比斜交胎大10-30%，承受應力比斜交胎約高出一倍

4、，在胎側中部經受雙向伸張，在胎圈區和胎面端部則受到雙向壓縮。剪切應力最大區域則易損壞部位。首先鋼絲圈承受應力要比斜交胎大30-40%，胎側柔性易造成胎圈剛性不足，變形大，行駛穩定性差，因此，子口部位需十分重視，各種膠料性能的匹配要嚴格按設計達到要求。載重輪胎除確定其室內各種性能之外，非常重要的就是根據不同的使用條件進行調整，避免出現輪胎冠空、肩空、子口裂、胎側起鼓等質量問題。所以載重子午盈配方設計院是復雜的。子午胎的翻新率也將是一個重要問題。2 材料要求高，天然膠比例高為滿足各種不同部件的要求，原材料設置品種多，一條外胎多達50多種，且對質量要求高，性能波動范圍較小，否則就導致輪胎質量問題，常

5、用品種如附表1所示：載重子午胎根據其結構特點及制造工藝要求，使用全天然膠的部件較多，天然膠具有物性和工藝的綜合性能高，尤其是與鋼絲粘合膠，均為全天然膠，未硫化膠的強度，粘合性能是至關重要的，天然膠在外胎中約占耗膠的80%以上，對合成膠使用比例雖不高，但對特殊性能要求，也使用了一些新的膠種，如高順式異戊橡膠，低順式聚丁二烯橡膠，新型溴化丁基膠等。根據多年來對國外載重子午胎使用膠種的分析，有許多相同之處，如胎側膠均用45-55BR，耐磨條（子口護膠）均用50-80BR或LCBR；氣密層膠均用90-100CIIR或BIIR，此外，胎圈鋼絲膠有的公司用SBR/NR，胎面膠也有個別用少量SBR或NR的。

6、而其他主要部件均為100 NR詳見（附表2）。3 膠料性能的匹配31剛性匹配一般以定伸應力，硬度表征，子午胎以硬度表示其剛性匹配更為確切些，定伸應力也應以較低形京戲原應力，如100%或以下為宜。硬度匹配如下：（各公司情況不完全相同）胎面膠 69-73 （越野型要低一些）帶束層膠 77-81 帶束墊膠 61-55胎體層膠 75-79 氣密層膠 54-58胎側膠 56-60 子口護膠 83-87上膠芯膠 64-68 下膠芯膠 92-96胎圈鋼絲膠 77-8132硫化速度匹配由于系全鋼絲結構，硫化歷程明顯不同于斜交胎和半鋼絲子午胎。膠囊方向傳熱熱比模外溫傳熱更快，胎面膠硫化速度要適當加快，而鋼絲簾布

7、膠適當慢些。33界面層的關系界面層的化學作用及其結合強度問題應考慮。硫化過程，S、促進劑進行遷移，界面層交聯結構特性及物性產生變化接觸部件界面層盡量采用相同的膠種，避免影響界面層硫化的同步性。三、 橡膠與鋼絲粘合，只有當S和橡膠交聯反應速度同步，才能獲得最佳的粘合水平。載重子午胎的各部件配方設計。1.胎面膠根據九十年代國外大輪胎公司對胎面膠配方設計具有高定伸、高強度、高彈性、低生熱、中等硬度的趨勢，詳見表3。當然輪胎使用條件不同，用途不同，在硬度和不定期伸應力方面作適當調整，如好路面（一般為條形花紋）硬度和定伸要高些，差些的路面（一般越野型花紋）而相對要低一些，但由于載重子午胎胎冠剛性較大，在

8、硬度方面要保持較為達到此目的，具體設計如下：1.1生膠選用100%天然膠，一般用標準膠，但也有個別摻用20-30%。順丁膠或丁苯膠的。1.2補強體系一般選用耐磨性較高的N110系列炭黑，其中N121炭黑結構高，定伸應力高，而N115在結構上與N110相當但比表面積略高，綜合性能比N110進一步。從價格考慮N324，在綜合性能方面應與N115接近，詳見附表4：最大特點是選用了白炭黑和硅烷偶聯劑SI-69，目前白炭黑用量為15PHR左右，炭黑40-45PHR，而SI-69為1.5-2.0 PHR，這種配方與工程胎耐刺扎配方類似。從現代輪胎性能要求，采用白炭黑取代部份炭黑已成為趨勢，其目的系為降低滾

9、動陰力而又保持較高防滑性如下例：膠料編號1234N33950393737白炭黑182010CipTone1(3%A189)103Si-690404N能門尼粘度597472745硬度66696868100%定伸24262726拉伸強度259239222242抗割口增長指數100136130122皮克磨耗指數1361371381370°tg§01801901801960°tg§0178016015401561.3硫化體系采用較低S（1-1.2PHR）和促進劑NS，與Si-69組成平衡硫化體系,這個配方抗硫化原性與老化性能都是較好的。

10、1.4防老體系 防老劑4020+RD+抗臭氧防護蠟，已成為標準型的防護體系，用量一般2.0/1-1.5-2.0要綜合考慮靜態和動態老化。1.5操作助劑本配方不加油或操作油較少（4PHR，加入加工助劑對混煉，擠出都是必要的進口的AS0或國內A、Z210等等已較多。此外，由于采用SMR膠，直接混煉時加入塑解劑是必要的，還有防焦劑CTP。此配方掌握好混煉和熱煉，擠出工藝非常重要。胎面膠以上主要系胎冠膠的設計，還應設置胎面基部膠（或過渡膠），對大規格輪胎設此部件尤為重要的，主要彈性高，生熱低，含膠率高些，有利于與帶束層的結合。1. 胎側膠 采用高、中、低定伸匹配都有，各有理由，一般300%定伸在8-1

11、0Mpa或者更低些，要有很好的耐曲撓性，因此均采用BR/NR，BR用量40-60 PHR，幾乎各公司都差不多，炭黑多為N375擠出性能及挺性較好，也有用N330、N660單用或并用，與國內斜交胎側膠配方類似，但BR系克服子午胎胎側順向裂口的很好措施，在防老劑選用上很重要，現有非污染的黑色胎側膠以及白胎側膠配方。2. 帶束層、胎體層膠 這是子午胎的關鍵部件配方，硬度76-78，300%定伸16-19MPA較多，要求與鋼絲粘合很好，同時，要求混煉膠較高的強度，挺性和粘性，但又易于操作。通常采用NR100（SNR10），炭里有N375，N326，N330，各有優缺點。為了與鋼絲鍍銅的作用，S用量都較

12、高，（一般4PHR左右），采用高穩定不溶性硫黃系列，同時為充油IS，一般為充油量20%和33%，促進劑以DZ對粘合效果較好。粘合體系一般有如下幾種類型（1） 樹脂間甲或間甲白以間苯二酚和甲醛或乙醛縮合的樹脂，為CH2接受體，有RE、RS、RL、RH、COFFILL-LL等。CH2給予體以粘合劑A為常用，有A、RA、HMMM等，配比一般RE/A=1/2特點濕熱老化粘合好。（2） 鈷鹽粘合增進劑這類有環烷酸鈷，硬脂酸鈷，葵酸鈷、硼酸鈷等，其特 是動態粘合物但硫化敏感性大。（3） 間甲白鈷復合體系即由間苯二酚樹胎，粘合A，硼酸鈷（劃葵酸鈷），白炭黑組成。綜合性能較佳，系較新的粘合體系。（4） 加入S

13、I-69改善動態粘合性能。詳見附表4. 胎圈部位膠4.1 上下膠芯膠 下膠芯膠具有很高的硬度，高達92-96度上膠芯膠要有則柔過渡的特點，既有一定硬度又要曲撓性好。膠料增硬的方法有：（1） 高炭黑量，高S量。（2） 樹脂增硬，一般補強樹脂/HMT=10/1（3） 其他增硬劑高苯乙烯，苯甲酸等。有的同時加入粘合劑，鈷鹽既增硬雙提高粘全性。現在多采用第（2）方法，并適當增加炭黑（N375）用量，適當加入增粘樹脂出是必要的。4.2 子口護膠(耐磨條)要求中夠的硬度,耐磨性.因此采用BR/NR,BR50-90PHR,一般70 PHR,而且采用低順式LCBR.增硬采用高炭黑量（80份左右)還要加入加工助

14、劑4.3 胎圈鋼絲夾膠 這是不可忽視的膠料,一般以NR/SBR或者IR/SBR,高炭黑、高S量增硬，同時與鋼絲有較好的粘合，有的加入粘合體系。 以上各膠均具高硬度，高門尼，在混煉工藝、擠出工藝方面要控制好膠溫，避免很快噴霜。5、氣密層膠 一般為兩層或三層膠組成，膠料根據其作用有所不同。氣密層采用NR/CIIR并有用，或CIIR、BIIR單用，后者進一步提高氣密性，BIIR100工藝更好，且價格兩者相同，有用BIIR代替CIIR的趨勢。對氣密層膠的要求：（1） 混煉容易（2） 減少氣泡，成型粘性，硫化后附著力（3） 減薄厚度（4） 提高生膠強度（5） 較快應力松馳（6） 增加填料含量同時保持曲撓（7） 降低生膠熱敏感性（8） 加快硫化速度同時足夠的焦時間最近發展的星形鹵化丁基膠，能較好滿足以上要求。詳見附表6附表6幾種氣密層膠配方比較鹵化丁膠BIIR2222SBB6222BIIR2235MD86-6特征低門尼溴化低門尼星形中門尼溴化中門尼星形接枝生膠門尼粘度30333738膠N660環烷礦物油40NSSP1068樹脂硬脂膠MgOZnO-80SDM1006087420.1530.51.5100同左100同左100同左合計186.15混煉膠門尼ts(135)Mints290(160)Min生