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1、第7期高称意1纤维骨架材料技术讲座第5讲纤维骨架材料对橡胶制品性能的影响439纤维骨架材料技术讲座第5讲纤维骨架材料对橡胶制品性能的影响高称意(北京橡胶工业研究设计院,北京100039)+中图分类号:TQ3301389;TQ33612文献标识码:E文章编号:10002890X(2001)07204392041纤维骨架材料对轮胎性能的影响弹仪即自动绘出每一周期内帘线的应力2应变111动态模量和损耗因子曲线,并用积分方法计算出能量损耗,进而得出在行驶运转的轮胎中,增强帘线经受反复试样的动态模量和损耗因子。的拉伸、压缩、弯曲和扭转等多种应
2、力的作用,帘线贮存模量的对数、损耗模量的对数及有些作用还是周期性的。损耗因子与温度的关系分别见图1～3。合成纤维帘线是高分子材料,其力学行为从图2和3可以看出,每种帘线都有一个属粘弹性。在线性粘弹行为范围内(帘线的应使损耗模量和损耗因子出现峰值的温度。帘线变幅度小于1%),轮胎的滚动阻力和燃油消耗的损耗模量和损耗因子越小,出现峰值的温度与增强帘线的动态模量(E3)和损耗因子越高,动态力学性能越好。因此,在进行轮胎设(tanδ)有直接关系。计时,应避免选用峰值温度与轮胎最高使用温动态模量与贮存模量(或弹性模量,E′)和度接近的帘线。损
3、耗模量(E″)的关系如下:112滞后性能3在实际使用时,轮胎增强帘线的应变幅度E′=Ecosδ3大于1%,表现为非线性粘弹行为。为更真实E″=Esinδ地考察帘线的粘弹行为对轮胎性能的影响,通式中δ为滞后相角。常应进行大应变幅度的粘弹行为试验。一般采曾有研究认为,与橡胶对轮胎滚动阻力的贡献相比,增强帘线对轮胎滚动阻力的贡献较小,只占20%～40%的比例。但最新的研究结果表明,增强帘线对轮胎滚动阻力有很大的影响,其对轮胎滚动阻力贡献的大小取决于驱动状态、充气压力、轮胎结构等因素,因此可根据轮胎结构、最终用途及驱动状态选择适宜的增强帘线
4、。帘线受动态应力作用时,损耗的能量转变为热能。帘线的损耗能量或损耗因子越大,其动态力学性能越差,表现为在轮胎行驶时生热多,这显然对轮胎的性能有不利影响。帘线的动态力学性能可采用粘弹仪进行测图1轮胎帘线贮存模量的对数与温度的关系1—聚酯;2—尼龙6;3—尼龙66;4—芳纶定。试验时,对试样施加低频率的交变应变,粘©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net440橡胶工业2001年第48卷并不为零
5、,此应变就是帘线产生的塑性变形。(2)每个拉伸2回复周期内的拉伸功和回复功在数值上等于拉伸曲线、回复曲线下方至横坐标轴所形成图形的面积,这两个面积之差即为滞后圈的面积,在数值上等于帘线在该周期内的损耗功。(3)损耗功以生热形式散发,损耗功与拉伸2回复的变化频率之积即为单位时间的生热。(4)损耗功与拉伸功之比即为损耗因子。拉伸2回复试验条件可分为在一定应力范围内和在一定应变范围内两种条件进行。在一定应力范围内,帘线的拉伸2回复试验结果见表图2轮胎帘线损耗模量的对数与温度的关系1。注同图1从表1可以看出,随拉伸2回复周次的增多,所有帘线
6、的拉伸功、回复功和损耗功都呈递减趋势,递减速率从大到小的顺序为:人造丝>聚酯和芳纶>尼龙6>尼龙66;帘线的塑性变形呈递增趋势,人造丝的塑性变形增大幅度最大,而芳纶的塑性变形最大;帘线的损耗因子呈递减趋势,递减速率从大到小的排列顺序是:人造丝>芳纶>尼龙6>聚酯>尼龙66。人造丝帘线的滞后现象最不明显,即人造丝帘线在周期性动态应力作用下的生热最小,而且尺寸稳定性极佳,因此适宜制造高性能轿车子午线轮胎。帘线定伸长拉伸2回复试验的特点是在相图3轮胎帘线损耗因子与温度的关系注同图1同应变条件下,拉伸应力随拉伸2回复周次的增用两种方法:(1
7、)利用大应变动态粘弹仪;(2)利多而逐渐减小,损耗功也越来越小,当损耗功接用能自动控制帘线拉伸2回复操作并自动记录近零时,表现出类似弹性材料的行为。此时可任意周期内拉伸和回复损耗能量的CRE型材以认为帘线永远不会被破坏。料试验机。在相同应变条件下,尼龙帘线的拉伸应力帘线力学性能滞后性的宏观表现是生热,比人造丝帘线小。随试验周次的增多,人造丝生热对轮胎的耐久性有不利影响。由于应变滞帘线的滞后损失率始终大于尼龙帘线,且差别后于应力,帘线在受到周期性的拉伸2回复作用趋于稳定。时,其拉伸与回复曲线并不重合(理想虎克弹性可以把帘线在定应力往复
8、拉伸试验中的应材料的拉伸2回复曲线完全重合),而是形成一变变化理解为动态蠕变行为,把帘线在定伸长个封闭的月牙状的圈形,称之为滞后圈。往复拉伸试验中的应力变化理解为动态应力松从帘线拉伸2回复试验的应力2应变曲线图弛行为。上可以得出以下结
