圖書(shū)輪胎配方設(shè)計(jì)思路 圖書(shū)輪胎配方設(shè)計(jì)思路是什么

從理論上講，降低汽車(chē)油耗的途徑有輕量化、減小輪胎滾動(dòng)阻力及采用稀混合氣發(fā)動(dòng)機(jī)等。實(shí)際上，只有減小輪胎滾動(dòng)阻力才是最切實(shí)可行的綠色輪胎設(shè)計(jì)途徑，研究結(jié)果表明，輪胎的模具、花紋設(shè)計(jì)和輪胎結(jié)構(gòu)和材料均對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力有影響。克服輪胎滾動(dòng)阻力消耗的燃油占汽車(chē)總油耗的14.4%，而僅由胎面產(chǎn)生的滾動(dòng)阻力就占輪胎滾動(dòng)阻力的49%，其他部件的影響比例分別為：胎側(cè)14%、胎體11%、胎圈11%、帶束層8%、其余部件7%。由胎面直接造成的油耗約占7.1%。降低胎面的滾動(dòng)阻力并保證抗?jié)窕阅芰己脤⑹蔷G色輪胎最基本的要求。

綠色輪胎技術(shù)主要從選擇合適的膠種和配合劑，改進(jìn)胎面膠料配方入手，再輔以減薄胎體、優(yōu)化輪胎輪廓等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手段，來(lái)達(dá)到降低輪胎滾動(dòng)阻力的目的。可以預(yù)料，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的介入和聚合物分子定向設(shè)計(jì)成果的推出，無(wú)疑將加速綠色輪胎開(kāi)發(fā)進(jìn)程。 子午化、無(wú)內(nèi)胎化和扁平化是輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展的方向, 也是綠色輪胎的首選。

綠色輪胎胎面一般由胎面膠和胎面基部膠兩部分組成, 胎面膠的動(dòng)態(tài)模量大于胎面基部膠, 胎面基部膠厚度與胎面膠厚度之比為0. 25~ 0. 70。通過(guò)用有限元法分析輪胎的水滑現(xiàn)象, 可以設(shè)計(jì)出能夠明顯改善水滑現(xiàn)象的胎面花紋, 如固特異公司的A quat red、米其林公司的Catamaran、普利司通公司的F170C 和倍耐力公司的P5000Dr ag o 等輪胎。 輪胎結(jié)構(gòu) 大體可分為兩種，即子午線結(jié)構(gòu)和斜交結(jié)構(gòu)。子午線結(jié)構(gòu)與斜交結(jié)構(gòu)的根本區(qū)別在于胎體。胎體是輪胎的基礎(chǔ)，它是由簾線組成的層狀結(jié)構(gòu)。胎體層上部有簾線為周向排列的帶束層，這種結(jié)構(gòu)使簾線強(qiáng)度能夠得到充分利用，故子午胎的簾布層數(shù)比斜交輪胎少40%-50%。

從設(shè)計(jì)上講，斜交輪胎有很多局限性，由于斜交輪胎交叉排列的簾線強(qiáng)烈摩擦，使胎體容易生熱，而且加速胎面花紋磨耗，其簾線布局也不能很好地提供優(yōu)良的操縱性能和乘坐舒適性；而子午線輪胎的鋼絲帶束層則有較好的柔韌性以適應(yīng)路面的不規(guī)則沖擊，且經(jīng)久耐用。它的簾布層結(jié)構(gòu)還意味著在行駛中有小得多的摩擦，從而獲得較長(zhǎng)的胎面壽命和較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。

子午線輪胎本身的優(yōu)點(diǎn)使輪胎無(wú)內(nèi)胎化成為可能。無(wú)內(nèi)胎輪胎有一個(gè)公認(rèn)優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)輪胎被扎破后，不是像有內(nèi)胎的輪胎(普通的斜交胎是有內(nèi)胎的)那樣爆裂，而是在一段時(shí)間內(nèi)保持氣壓，從而提高了安全性。

由于子午線輪胎胎體的特殊結(jié)構(gòu)，使得在行駛中輪胎的路面抓力大、效果好，裝有子午線輪胎的汽車(chē)與裝有斜交輪胎的汽車(chē)相比，其耐磨性可提高50%-100%，滾動(dòng)阻力降低20%-30%，可以節(jié)約油耗約6%-8%。也正因?yàn)檫@樣，同樣車(chē)型選用子午線輪胎比選用斜交輪胎操縱性好，有較好的駕駛舒適性。

輪胎斷面寬度增大時(shí)，滾動(dòng)阻力呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)檩喬嗝鎸捲黾佣固?cè)部剛性減小，而對(duì)滾動(dòng)阻力影響較小的側(cè)部的變形增加，對(duì)滾動(dòng)阻力影響較大的胎面部的變形減小所致。另外，隨著輪胎斷面寬度的加寬，胎面、帶束層等主要部位的能量損失減小。因此加大輪胎斷面寬度對(duì)降低滾動(dòng)阻力有利。

如果胎圈部的填充膠條高度增高，則滾動(dòng)阻力亦增加。因?yàn)殡S著填充膠條高度增高，產(chǎn)生滯后損失的物質(zhì)體積增加，胎側(cè)下部的能量損失亦增加。另外，填充膠條高度增加會(huì)因胎側(cè)的剛性增加而使胎側(cè)部變形減小，而對(duì)滾動(dòng)阻力影響較大的胎面部的變形相對(duì)增大，這會(huì)導(dǎo)致滾動(dòng)阻力增加。目前，胎體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是向低斷面方向發(fā)展。 胎面半徑增大時(shí)，可降低輪胎的滾動(dòng)阻力。這是因?yàn)樘ッ姘霃皆龃髸r(shí)輪胎產(chǎn)生平面接地屈撓變形，使因輪胎斷面方向的屈撓變形所產(chǎn)生的應(yīng)變能變小的緣故。也就是說(shuō)，滾動(dòng)阻力隨著胎面半徑的增大而減小，這主要得益于胎冠部和帶束層能量損失減小。今后綠色輪胎胎面結(jié)構(gòu)應(yīng)朝如下方向發(fā)展：

(1)雙層胎面

雙層胎面輪胎具有高速、穩(wěn)定、耐磨及生熱低等優(yōu)點(diǎn)，一般是由胎面和胎面基部?jī)刹糠謽?gòu)成，其胎面與胎面基部膠具有不同的動(dòng)態(tài)模量和tanδ。有關(guān)文獻(xiàn)指出，胎面動(dòng)態(tài)模量大于胎面基部動(dòng)態(tài)模量(≥8.5 MPa)，tanδ大于0.12，胎面基部厚度與胎面厚度之比為0.25-0.70。

(2)發(fā)泡胎面

發(fā)泡胎面是由發(fā)泡橡膠制成的，除胎面膠的一般組分外，還含有結(jié)晶型間同立構(gòu)1，2-聚丁二烯(粉末狀，平均粒徑為60 nm)，再配合發(fā)泡劑、抗氧劑等其他助劑。試驗(yàn)表明，使用發(fā)泡胎面制備的輪胎在干、濕路面上特別是在冰面上具有良好的制動(dòng)和牽引性能，即使在炎熱的夏季也完全能夠保持駕駛穩(wěn)定性、耐久性和低油耗，因此是綠色輪胎胎面膠的發(fā)展方向。

在進(jìn)行輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須能夠在不降低與滾動(dòng)阻力相互矛盾的其他特性(濕滑性、安全性、振動(dòng)性等)的前提下降低滾動(dòng)阻力。作為具體的降低滾動(dòng)阻力方案，必須綜合考慮輪胎形狀和橡膠配置，特別是要考慮對(duì)由復(fù)合材料構(gòu)成的帶束層、胎體簾布層滾動(dòng)阻力的影響。作為輪胎結(jié)構(gòu)研究，不能僅憑過(guò)去的直覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)，還要用模擬技術(shù)來(lái)加速低滾動(dòng)阻力輪胎的開(kāi)發(fā)。

有限元法采用橡膠材料的能量結(jié)構(gòu)方程式已有數(shù)十年的歷史，已從線性彈性方程式過(guò)渡到Mooney-Rivlin方程式，最近還在大變形領(lǐng)域引入了非線性結(jié)構(gòu)方程式。作為以輪胎為代表的許多工業(yè)橡膠材料使用的填充橡膠，在0-100%的應(yīng)變領(lǐng)域中的儲(chǔ)能模量、損耗模量、tan8這些黏彈特性使應(yīng)變具有非線性，一般被理解為佩因效應(yīng)(弗萊徹-金特效應(yīng))。考慮這一點(diǎn)的非線性結(jié)構(gòu)方程式近幾年也被提出來(lái)了。在正常車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下，應(yīng)變?cè)谳喬プ冃沃幸舱即蟛糠郑刂圃搼?yīng)變領(lǐng)域的黏彈性對(duì)控制輪胎滾動(dòng)阻力也尤為重要。實(shí)際上，通過(guò)將表示填充橡膠在0-100%的應(yīng)變領(lǐng)域的儲(chǔ)能模量、損耗模量、tanδ這些黏彈特性的非線性黏彈性結(jié)構(gòu)方程式應(yīng)用于FEA（有限元分析），可使輪胎滾動(dòng)阻力的預(yù)測(cè)精度較傳統(tǒng)預(yù)測(cè)有大幅度的提高。這樣一來(lái)，降低輪胎滾動(dòng)阻力的輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、新材料開(kāi)發(fā)和配方設(shè)計(jì)的精度和效率就相應(yīng)地得到提高。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出通過(guò)用有限元法模擬輪胎滾動(dòng)阻力，進(jìn)而進(jìn)行綠色輪胎設(shè)計(jì)的方法。 通常，降低輪胎滾動(dòng)阻力有如下兩種基本方法：

（1）減小輪胎質(zhì)量

減小輪胎質(zhì)量是降低輪胎滾動(dòng)阻力最快速、最有效的方法。為了保證輪胎質(zhì)量小，在確保輪胎使用性能的前提下，必須采用最小的部件厚度。輪胎生產(chǎn)廠必須嚴(yán)格控制工藝，以保證部件達(dá)到最小厚度，絕不允許工廠采取擅自加大部件厚度的辦法來(lái)解決生產(chǎn)問(wèn)題。采用輕質(zhì)材料制造各輪胎部件也是減小輪胎質(zhì)量的一種有效方法，采用芳綸帶束層替代鋼絲帶束層就是一個(gè)明顯的例子。

（2）減小材料能效

降低輪胎滾動(dòng)阻力的第二種方法是減小輪胎材料的能量損失(滯后損失)。聚酯簾線的滯后損失較大，但經(jīng)過(guò)合適的改良后，有可能推出較小滯后損失的品種。橡膠制品配方設(shè)計(jì)

配方設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)

配方設(shè)計(jì)是橡膠工業(yè)中的首要技術(shù)問(wèn)題，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的意義，是橡膠制品獲得所需性能的主要途徑.

合理的配方，要求保證橡膠制品性能優(yōu)良、膠料工藝性能良好并能獲得較佳經(jīng)濟(jì)效益,配方設(shè)計(jì)應(yīng)受到橡膠企業(yè)和技術(shù)人員的重視。

配方設(shè)計(jì)工作要繼承前人的經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)踐中勇于創(chuàng)新,并通過(guò)試驗(yàn)得到驗(yàn)證.

配方設(shè)計(jì)的基本理論

配方設(shè)計(jì)的基本理論是相關(guān)性理論

配方組分與混煉膠和硫化膠之間存在著相關(guān)關(guān)系；

配方組分與材料品種、類(lèi)型及用量,對(duì)混煉膠以及硫化膠具有決定性的影響；

硫化膠性能與材料之間存在相關(guān)關(guān)系；

硫化膠性能之間存在著相關(guān)關(guān)系;

硫化膠性能與加工條件（開(kāi)煉、密煉、擠出、硫化方式、模壓、注壓）對(duì)性能的影響；

上述5項(xiàng)相關(guān)性研究,即構(gòu)成橡膠配方的基本內(nèi)容,經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證,達(dá)到經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)合理配方。

配方成分的組成

橡膠配方原材料有數(shù)百種,所采用的配合劑越來(lái)越專(zhuān)用化,配方的組分概括為以下5種

生膠 這是配方的主體材料，以生膠為100,其他材料品種用量根據(jù)生膠類(lèi)型選擇。

性能體系： 補(bǔ)強(qiáng)劑、防老劑、著色劑、芳香劑、增強(qiáng)劑、增黏劑和新型助劑

成本體系： 填充劑、增容劑

增塑體系： 增塑劑包括化學(xué)增塑劑和物理增塑劑。

硫化體系： 硫化劑、促進(jìn)劑、活性劑、防焦劑

配方設(shè)計(jì)依據(jù) （以載重輪胎胎面為例）

產(chǎn)品使用條件 氣溫范圍、路面條件（例如柏油路、水泥路、土路、碎石路，平原或山區(qū)）負(fù)荷、車(chē)速、一次性的行駛里程、往返連續(xù)性行駛里程

輪胎使用程度 輪胎使用時(shí)長(zhǎng)必須滿足用戶的要求（載重汽車(chē)輪胎剩余花紋保持2mm,轎車(chē)輪胎保持1.6mm）

輪胎膠料整體配方設(shè)計(jì)

輪胎是復(fù)合材料厚制品,由11-12種不同性能的膠料和骨架材料組成.

由于膠料加工受熱過(guò)程、硫化受熱過(guò)程不同,

還需提高膠與膠、膠與骨架材料粘合的持久性,調(diào)整輪胎生熱和提高膠料耐熱老化性能；

在整體配方設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮以下性能的匹配和要求.

門(mén)尼焦燒時(shí)間t5 匹配

硫化時(shí)間t90匹配

300%定伸應(yīng)力匹配

耐熱老化性能指標(biāo)100°C，24小時(shí)胎面拉伸強(qiáng)度保持率、拉斷伸長(zhǎng)保持率均大于70%,布層膠拉伸強(qiáng)度保持率和拉伸伸長(zhǎng)保持率均大于80%.

制定膠料技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

制定內(nèi)控指標(biāo)時(shí)要考慮小配合、大配合、半成品和成品膠料性能的變化規(guī)律

混煉膠工藝性能指標(biāo)項(xiàng)目 門(mén)尼黏度（ML1001+4°C）門(mén)尼焦燒時(shí)間（125°C）t5 硫化儀143°C（胎面膠）t10、t90、較大扭矩,密度，應(yīng)具有良好的收縮性、挺性、黏著性、無(wú)噴霜.

硫化膠物理性能項(xiàng)目：硫化儀硫化曲線(t10、t35、t90、t100、較大扭矩)、返原性、拉伸強(qiáng)度、拉伸伸長(zhǎng)率、300%定應(yīng)力、拉斷后出現(xiàn)變形、硬度、密度。

此外還有彈性、壓縮生熱、撕裂性、附著力、老化后（100°C,48h）拉伸強(qiáng)度。胎面膠（胎側(cè)膠）還有日光老化、磨損性能、損耗因子.

成本指標(biāo)

選擇方案

為實(shí)現(xiàn)配方的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),有多種措施方案可以選擇,要用計(jì)算機(jī)和經(jīng)驗(yàn)選擇較佳方案

在掌握各項(xiàng)機(jī)理和相關(guān)關(guān)系的基礎(chǔ)上,運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù),確定品種和用量，用均分法、修正法和比例組合法,評(píng)估性能；

從多種方案中選出較優(yōu)方案,經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證,必要時(shí)進(jìn)一步調(diào)整配方(變量和正交試驗(yàn)),選出較佳的配方。汽車(chē)輪胎是怎么制作的？

制作流程：準(zhǔn)備半成品

- 平整或切割橡膠

- 織物層

- 鋼絲和胎圈

組裝半成品

- 組裝

- 后處理

硫化工序

質(zhì)量控制

每個(gè)環(huán)節(jié)都很重要。為了得到所需要的硫化成品，未硫化的產(chǎn)品和半成品必須符合開(kāi)發(fā)人員的要求。

需要準(zhǔn)備的半成品包括了輪胎的各個(gè)部分：：橡膠、織物、鋼絲和胎圈。

:: 橡膠

輪胎的一種配方中包括以下基本材料：

- 合成橡膠(苯乙烯-丁二烯, 聚丁二烯, 丁基合成橡膠)

或天然橡膠

- 加固填充物：碳黑或者硅

- 硫化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)從可塑狀態(tài)到彈性狀

態(tài)的轉(zhuǎn)變：硫磺、 加速劑和催化劑等

- 提高材料性能或改進(jìn)材料某種特性的各種產(chǎn)品

:: 織物層和鋼絲

混合物經(jīng)過(guò)擠壓成形，變成平整的（整張）或者帶切割的（花紋條）產(chǎn)品。整張的材料用于生產(chǎn)織物層或者鋼絲。疊加的過(guò)程需要將織物或者鋼絲嵌入橡膠之中。

:: 胎圈

鋼絲不僅用于制造鋼絲帶束層，有些較粗的鋼絲還被用于制造胎圈。很細(xì)的鋼絲被用于制造鋼絲帶束層（其直徑約為0.25毫米），而較粗的鋼絲被用于制造胎圈（直徑大約為1毫米）。

組裝包括兩步：組裝和后處理

組裝程序是將半成品按照特定的程序組裝起來(lái)。輪胎的組裝需要用一種特殊的機(jī)器，它主要由一個(gè)旋轉(zhuǎn)的鼓組成，半成品從氣密層開(kāi)始，一層層在鼓上疊加。為了做成一個(gè)外胎，要由機(jī)器或者人工在鼓上放置平整或者切割好的產(chǎn)品、簾子布層、鋼絲帶束層以及胎圈。

后處理階段始于將外胎制作成未來(lái)輪胎的形狀。鼓膨脹的同時(shí)將兩個(gè)胎圈連在一起，外胎就被做成所需的輪胎型號(hào)的形狀。胎冠層（織物或者金屬層）被放置在成形的外胎上，形成了輪胎環(huán)帶，然后再加上胎面的花紋。

在這個(gè)過(guò)程中，未來(lái)的輪胎被稱(chēng)作未硫化輪胎或者"綠色"輪胎。它僅僅是將產(chǎn)品中未硫化的半成品黏合固定在一起。

硫化是通過(guò)彈性體鏈之間的硫磺橋，把輪胎從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變成彈性狀態(tài)。硫化中形成了輪胎中不同材料的合成結(jié)構(gòu)。混合物被黏合在一起，填充層和鋼絲相互混合。通過(guò)加熱加壓的方法，在特殊的機(jī)器上可以進(jìn)行模具硫化。輪胎同時(shí)從外部（例如，熱蒸汽在模具壁內(nèi)部循環(huán)）和內(nèi)部（一般使用輪胎內(nèi)部的橡膠隔膜中的高溫壓力液體）進(jìn)行加熱。

通過(guò)在輪胎的內(nèi)部用壓力（超過(guò)10bar）把輪胎壓在模具上，使得輪胎成型。模具內(nèi)刻的花紋會(huì)制造出胎面的花紋和標(biāo)識(shí)文字。硫化過(guò)程的長(zhǎng)短因輪胎的尺寸、制造工藝和所使用的配方而不同。從制造自卸車(chē)輪胎的幾分鐘到制造汽車(chē)輪胎的15分鐘，而制造推土機(jī)輪胎則需要24小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間。硫化的溫度一般在攝氏100度到200度。

在這個(gè)過(guò)程中，橡膠混合物失去了其初期的可塑性，但同時(shí)也獲得了穩(wěn)定的彈性。

質(zhì)量控制程序保證輪胎的質(zhì)量和品質(zhì)參數(shù)。質(zhì)量控制包含很多方面：超聲波、均勻性、結(jié)構(gòu)、放射線透視和射線照片等。

現(xiàn)在輪胎就可以使用了！