轮胎-轮胎配方设计基础知识

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1、第四章轮胎配方设计基础知识轮胎在负载条件下在公路上滚动，由于受到负荷作用以及路面的反作用，使轮胎在行驶过程中受到了复杂的动态变形和磨损。随着公路的发展，特别是高等级公路的发展，车速的提高，轮胎的变形和磨损变的更为复杂，其寿命和安全性及其对汽车的操纵稳定性能的影响，更成为人们日益关心的问题。因此对汽车轮胎的结构设计和配方设计及其相应的工艺投入了巨大的力量进行研究和改进。子午胎的出现，从根本上改变了轮胎的力学性能和轮胎的使用性能，大大提高了轮胎的使用寿命，显示了极大的优越性能，被称之为轮胎工业的革命。在世界范围来讲，子午胎问世于二十世纪40年代，

2、50年代起步，60年代推广，70年代大发展，90年代基本实现子午化。目前在西欧和美国等发达国家汽车轮胎基本上100%子午化，农业轮胎、航空轮胎也正在子午化。我国的子午胎起步于60年代，经历了70年代的徘徊不前，直到80年代的中后期才有足够的认识和一定的经济实力发展子午胎。通过引进邓录普、皮列里和费尔斯通等的半钢和全钢子午胎生产技术，并通过以北京橡胶院为代表的研究单位的消化吸收，我国的子午胎得到了大发展，行成了国有、股份、合资和民营齐头并进的局面。到2003年末，汽车轮胎子午化率达到了47%，特别是载重子午胎从2001年开始每年以50%的速度递

3、增，2003年产量突破了1000万条。随着橡胶加工制造业的向中国的转移，斜交胎也得到了一定的发展，中国的小型、中型斜交胎有1/3以上出口，填补了部分发达国家的市场空缺，满足了发展中国家的需要，在2002年中国首次超过美国，成为世界第一橡胶消费大国，可以讲，我们正迎来橡胶工业，特别是轮胎工业的大发展阶段。胶料和骨架材料作为轮胎的组成部分，其物理性能和工艺性能关系到轮胎的制造工艺的可行性和轮胎的使用性能，因此胶料的配方设计成为轮胎工业的一个重要组成部分。随着轮胎结构从实心到充气轮胎，从斜交胎到子午胎，从高断面轮胎到低断面即扁平化，从有内胎到无内胎

4、，从全天候到高行驶性能轮胎；骨架材料从棉帘线到人造丝、尼龙、聚酯和钢丝帘线、芳纶；以及橡胶原材料和橡胶加工工艺的一系列的发展过程中，轮胎胶料配方的设计也随之有较大的发展和变化。这是由于胶料配方的设计首先必须满足轮胎的使用性能要求，同时又要求制造工艺是可行的、经济上是合理的，原材料的来源是可靠的。换句话说，胶料配方的设计，除了要满足轮胎使用要求外，还要受到橡胶加工工艺及原材料的发展的制约，这是每个配方工作者必须考虑到的三个方面的因素。本讲座是以充气轮胎配方为研究对象，结合我公司以及目前国际、国内的最新轮胎配方发展技术来进行讲解，主要内容包括：子

5、午胎配方设计、斜交载重胎、工程和农业轮胎的配方设计。第一节配方设计的基本原则一、轮胎的使用性能1、轮胎作为汽车滚动时力的承受者，其基本功能包括：（1）承受汽车的全部负荷和传递（2）具有减震和缓冲性能（3）操纵稳定性好（4）具有抗滑湿性能（5）轮胎的安全性能好2、轮胎的本身必要的使用性能包括：（1）胎面胶的耐磨性能和抗刺扎性能好（2）滚动阻力小，油耗低；（3）温升低，行驶寿命长；83（4）噪声低；（5）安全性高所以配方设计者首先要针对轮胎的基本功能和使用性能进行设计，满足其综合要求。轮胎的使用性能不是一成不变的，随着轮胎工业的发展，高等级公路的

6、开发，对轮胎的使用性能的要求日益苛刻，胶料配方的设计要求与之相适应。二、轮胎各部件胶料的不同性能要求充气轮胎本身是一个弹性体，在负荷下滚动时，由于受到地面的反作用力，轮胎在轮辋上就受到径向力、切向力、侧向力的作用，并由此产生相应的三个力矩，也存在三个弹性（即径向弹性、切向弹性和侧向弹性），亦即造成轮胎在滚动时产生了复杂的力学形变。轮胎各部件由于力的传递过程影响，各部件承受的应力应变有较大的差异和产生的较大的剪切力。而这种形变和应力是周期性的和复杂性的，因此为了避免应力集中和减少剪切应力，满足轮胎的使用要求，在轮胎的结构设计上和配方设计上，使轮

7、胎成为一个多部件的带有骨架材料的厚制品，从而使配方设计工作变得更为复杂。各部件胶料配方设计必须满足其力学状态及其功能要求。例如胎面胶是作为轮胎直接与地面接触的部件，直接传递地面的反作用力的主要部件，要求胶料耐磨、耐刺、耐湿滑、耐空气和臭氧、日光老化以及屈挠龟裂，滞后损失要小，而且不同结构，不同规格以及不同用途的轮胎，其具体要求有所侧重。例如高速轿车胎为了提高临界速度（或驻波速度），要求胶料刚性大（即定伸高），生热低，同时还必须具有较高的耐湿滑性能以及提高高速时的操作稳定性和安全性，而耐磨耗不是其主要的技术指标。胶料配方设计就可以采用以充油胶为

8、主，填充大量的生热比较低的N300系列的炭黑。而对工程胎的胎面胶的耐磨、耐刺扎、降低生热，提高寿命却是主要的技术指标。胶料应该以天然胶为主，填充补强性能好的N100