轮胎用骨架材料
在轮胎中,骨架材料约占全胎重量的10%~15%,它承受轮胎的负荷,经受行驶过程中周期性应力和变形的作用,是轮胎工业的主要原材料之一。同时,骨架材料的改进与发展、性能的提高,影响着轮胎性能的提高和结构的发展。
第一节 轮胎对骨架材料的性能要求
骨架材料是轮胎的主要受力部件——胎体和缓冲层(带束层)的增强材料,它的性能对轮胎的力学性能和使用寿命均有重要影响。
一、基本性能要求
1.强度和初始模量要大
2.由于轮胎行驶时橡胶和纤维产生滞后损失,同时轮胎与路面产生摩擦,使轮胎生热,故要求骨架材料有良好的耐热性,再湿热干热下亦不易降解;
3.轮胎行驶时帘线在橡胶中受拉伸、压缩、弯曲等作用会老化,故疲劳性要好;
4.在常温和升温时尺寸稳定性要好,加负荷时伸长率要小,蠕变现象要小,否则轮胎行驶过程中胎体要胀大。
5.要和橡胶有良好的粘和性能。
二、帘线质量的主要技术特性(指标)
1.强度特性
帘线在使用负荷下的强度特性表征帘线受力和伸长之间的关系,可在强力试验机上得到。
2.帘线扯断强力和伸长率
胎体强度(尤其轮胎受集中负荷时)取决于帘线的扯断强力。当轮胎越过障碍
物时,帘线产生极大的爆破程度。扯断强力和伸长率是相互关联的。降低伸长率而不从根本上提高胎体强度会引起里程的下降。扯断强力和伸长率不仅应在标准实验条件进行测定,而且应当在高温、低温和高变形速率下进行测定。帘布在浸胶压延过程中,轮胎在行驶过程中帘线受到伸张作用,应力在每根帘线之间的分布取决于扯断强力和伸长率的不均匀度。
3.帘线捻度
加捻的目的在于提高帘线的耐疲劳性能。用捻向和每米内的螺纹圈数来表征捻度,确定捻度的原则,是在保持足够高扯断强力的同时,力求使帘线具有最优的疲劳强度。用于子午胎带束层的帘线,除了有较高的扯断强力外,保持高模量是极为重要的,这可用降低捻度的方法来达到。
4.帘线粗度和密度
对高速度、高负荷和坏路面上行驶的轮胎来说,最好使用加粗帘线和减层帘布来制造,着有利于轮胎的轻量化。帘线的最佳粗度主要取决于所用纤维的质量,对不同规格轮胎来说,其最佳粗度也不相同。
提高帘布经线密度能使轮胎重量减轻,滚动阻力减小;但随着密度的提高,轮胎帘布层帘线间应力增大,帘布层间的附着力减小,会导致轮胎行驶中脱层。故实际应用时要权衡两方面的利弊,取得性能之间的综和平衡。
5.帘布热收缩和湿强度变化
按专门方法测定,这两个指标对轮胎生产工艺有很大影响。对新品种帘布来说这两个指标尤为重要。
6.长时间负荷下帘线的不可逆伸长
在固定起始应力和行驶时的附加应力作用下,轮胎中帘线的长度逐渐增加,因此,轮胎在使用过程中尺寸会增大。为了掌握这一特征,必须测定帘线的松弛特性和在多次变形下的不可逆伸长。
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橡胶和钢丝
斜交轮胎的构造
斜交轮胎因为胎体帘布层材料不同又可分为棉帘线轮胎、人造丝帘线轮胎、尼龙帘线轮胎、聚酯帘线轮胎和钢丝帘线轮胎五类。
它们的特点分别如下:
①棉帘线轮胎。棉帘线轮胎的胎体是用棉花织品作为轮胎的胎体而制成的。棉线是最早用来作为胎体材料的,但因它的原始强力较低,胎体需要较多的帘布层。棉帘线胎体发热高、散热慢,翻新次数低,又容易吸水,因此,现在已不再使用。但虽然已不再使用棉帘线作为胎体,但不论以什么材料作为胎体,其胎体强度都是以棉帘线作为基准,这已成为世界惯例,也足可以让棉线永垂不朽了。
②人造丝帘线轮胎。紧随棉帘线之后被轮胎厂家广泛使用的是人造丝帘线。人造丝是在1889年的巴黎博览会上出现的一种新的纤维,它虽然不是丝,但它却具有和丝一样的光泽和触感。它是由法国的生理学家依雷鲁多夏鲁东尼发明的。人造丝的问世,因为它的韧性极强,比棉花强度更好,又耐热并且耐疲劳,因此,很快成为轮胎帘线的主要材料。以人造丝为帘线制造的轮胎,较之棉帘线为胎体的轮胎其综合性能强很多,因此使轮胎又向前跨了一大步。但人造丝也容易吸湿,在潮湿状态下强力降低。
③尼龙帘线轮胎。尼龙是由美国化学家渥勒修姆卡洛札斯发明的,由他所属的杜邦公司于1938年发表。尼龙问世以后,又一次引起世界轰动,当时有人称赞尼龙“比钢铁强硬,比蜘蛛丝更细,由煤、空气和水做成,具有相当好的弹性和光泽,是一种类似蛋白的纤维”。
尼龙被用做轮胎的胎体,使轮胎的强度更强,耐冲击、有弹性,密度小,胎温上升慢,并可多次翻新,而且不容易吸水。但它具有热胀冷缩的缺点,胎体容易变形。冬天车辆在室外停放时间稍长,轮胎就出现“平点”,即是此种原因。 ④聚酪帘线轮胎。强度和尼龙差不多,伸缩度及热依存性则比尼龙好,因此,在国外被广泛用于乘用车轮胎的骨架。
⑤钢丝帘线轮胎。钢丝帘线轮胎是1946年由法国米其林轮胎公司发明的,这种轮胎的胎体强度大,滚动损失小,耐冲击,耐磨性能好,行驶安全,翻新率高。但它的胎体刚性较强,缓冲性能较差。
了解了轮胎不同胎体的性能,有助于选择轮胎。比如行驶的地区较为潮湿,那就应避免选用人造丝帘线为胎体的轮胎。如果从翻新角度考虑,那么就可以选择能够多次翻新的尼龙帘线轮胎。总之应该并可以根据需要及使用范围决定购买和使用哪一种胎体的轮胎。