2023/10/21

19

小结

- 不断有新方案出现

- 配方的储存稳定性？

- 针对不同橡胶配方的适应性？

20

1. 最近技术进展介绍

2. 一组配方筛选和优化实验

提纲

125

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

2023/10/21

21

一组RFL-free浸胶配方的筛选(Screening)

30组不同体系配方，合并标准差9.78

22

配方优化(Optimization)

挑选一个体系进行优化，5个成份的混料设计

成份与范围

A: 0-4

B: 0-2

C: 0-1.5

D: 0-1.5

E: 14-18

调到相同固含

极顶设计

模型点： 15

失拟点： 3

重复： 2

合计： 20

126

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

2023/10/21

23

起始抽出力

起始抽出力-线性模型显著

抽

出

力

线性模型

预测R2-pred = 0.61

预

测

值

实际值

预测 vs 实际

24

热老化后抽出力

三次模型显著， AE, ABD交互作用显著

抽

出

力

三次模型

预测R2-pred = 0.57

预

测

值

实际值

127

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

2023/10/21

25

热老化后抽出力

各成分对热老化后抽出力值和保留率的影响规律不一样

抽

出

力

三次模型

预测R2-pred = 0.57 二次模型

预测R2-pred = 0.83

老

化

抽

出

力

保

持

率

26

过硫化抽出力

二次模型显著， CE交互作用显著

抽

出

力

二次模型

预测R2-pred = 0.48

预测 vs 实际

预

测

值

实际值

128

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

2023/10/21

27

过硫化抽出力

二次模型显著， CE交互作用显著

抽

出

力

二次模型

预测R2-pred = 0.48

线性模型

预测R2-pred = - 0.19

过

硫

化

抽

出

力

保

持

率

28

帘线强力

强力基本不受各成份变化影响

强

度

一次模型 p=0.18

预测R2-pred = -0.05

129

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

2023/10/21

29

小结

- 有很多体系可以探索

- 成份之间的交互作用很重要

- 需要大量工作研究

浸胶配方的稳定性

粘合，老化，过硫化，帘线性能…

帘线储存性能衰减？

- 优化实验设计方法可以定量研究配方各成份的影响

30

谢谢关注！

黎学东

daniel.li@starlite-am.com

189 1760 6310

130

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

核磁共振技术在尼龙浸胶帘子线附胶量测试中的应用

杨朝勇 王凤冉 席新军 郭林琰

（神马实业股份有限公司 河南 平顶山 467000）

摘 要：对低场核磁共振技术检测尼龙浸胶帘子线附胶量项目进行了试验，建

立了一套新的帘子线附胶量测试方法，测试效率得到了提高，测试数据的准确度和

重复性得到了改善，该测试方法能够快速反映生产情况，有利于提升浸胶帘子布的

产品质量。

关键词：核磁共振、尼龙、浸胶帘子线、附胶量

0 引言

尼龙浸胶帘子线作为汽车轮胎中的骨架材料，对轮胎的产品质量有着直接的影

响，且关系到汽车的安全性能。

附胶量是考察尼龙浸胶帘子线质量的重要指标，测试方法一般采用 GB/T 30310

《浸胶帘线、纱线和线绳附胶量测定的试验方法》，需经过剪样、烘干、称量、溶剂

溶解、抽滤、烘干、称量、计算等多个步骤，耗时 6 个小时左右。因测试过程较长、

影响因素较多，测试数据的稳定性不太理想；该方法采用甲酸做溶剂，甲酸具有较

强的挥发性，吸入呼吸道容易引起呼吸道疾病，不利于员工的身体健康；另外测试

用甲酸需要购置，使用后的废液需要处理，测试成本较高。

1 核磁共振的测试原理

根据现代核物理理论，置于强磁场中的原子核被特定频率的电磁波激发时，会

吸收能量，由低能级跃迁到高能级，该现象称为核磁共振。随后被激发的原子核回

到原来的状态，同时释放能量，以电磁波形式辐射出来。电磁波可通过感应线圈来

接收，并将其转换成电信号。该信号的强度和衰减速率与被测物质的微观特性及量

的多少相关，因而可通过分析磁共振信号，对被测物质定性、定量分析，这就是核

磁共振仪的工作原理。低场核磁共振技术采集的为氢原子核的信号，目前在测试分

析领域已进行了较多的应用，例如对纤维含油率的测试。

131

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

根据以上原理，采用核磁共振法测试浸胶帘子线的附胶量具有可行性。首先对

白坯帘子线和浸胶帘子线进行对比测试，通过比较，分辨出胶层的特征信号。然后

可选取已知附胶量且具有一定梯度的浸胶帘子线样品组，用核磁共振仪进行测试，

建立附胶量与特征信号之间的工作曲线，再用核磁共振仪测试未知附胶量的尼龙帘

子线，通过工作曲线得到未知样品的附胶量。

2 试验

2.1 试验仪器

苏州纽迈 PQ001-fiber 核磁共振分析仪

2.2 工作曲线的制作

工作曲线的制作有加胶定标和实物定标两种方式。

加胶定标是将浸胶液烘干，得到干胶，然后按不同的比例加入白坯帘子线中，

作为不同附胶量的样品，然后用核磁共振仪测试样品信号，得到附胶量和测试信号

之间的工作曲线。该方式可方便地获得具有一定梯度附胶量的样品，所得到工作曲

线的线性系数较好，但由于胶液烘干条件与实际生产条件不同，干胶与帘子线胶层

的交联情况有一定差异，用该工作曲线测得的附胶量与实际结果可能存在一定的偏

差，需要对该工作曲线进行校正。

实物定标是选取不同的浸胶帘线，采用甲酸法测试其附胶量，然后根据结果选

取具有一定梯度的样品（至少 5-6 个样品，附胶量分布的范围要尽可能宽，以覆盖

测试的范围），然后用核磁共振法测试其信号，得到附胶量与核磁信号间的工作曲线。

实物定标法贴合实际，后续测试的准确性较好，但获得不同梯度附胶量样品的工作

量较大。

本文采用实物定标法。取多个已知附胶量且具有一定梯度的尼龙浸胶帘子线样

品，剪成 5mm 左右长，称取 3.5g 左右放置于铝盒中，在烘箱中于 105℃下烘干 2 小

时，取出铝盒放入干燥器中冷却 0.5 小时，精确称取 3.0g（精确至 1mg）烘干后的

帘子线，放入不含氢的试管中，用核磁共振仪分别测试不同附胶量帘子线的信号，

得到附胶量与核磁共振信号间的工作曲线。下图 1 为采用实物定标法制得的一条工

作曲线，线性系数为 0.9951。

132

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

图 1：实物定标法工作曲线

2.3 样品测试

将未知附胶量结果的帘子线同 2.1 部分做相同的预处理，用核磁共振仪测试帘

子线的信号，通过工作曲线得到帘子线的附胶量。

3 试验结果

3.1 两种测试方法对比

以甲酸法为参照，为验证核磁共振法检测结果的准确性，分别用核磁法和甲酸法测

试不同尼龙浸胶帘子线的附胶量并进行数据对比。试验共测试样品 287 批，统计结果如

下图 2。从图 2 可以看出，两种测试方法的整体一致性较好，平均偏差为 0.04。

图 3 和表 1 为甲酸法和核磁法测试数据的偏差统计。从图表数据可以看出，287

批比对数据中，偏差在 0.3 以内的占 94.4%，偏差在 0.4-0.6 占 5.6%。通过分析，

认为数据偏差较大的主要原因是胶液配方、油剂种类或生产工艺不同引起的。针对

这种情况，应对胶液配方、生产工艺等不同的浸胶帘子线分别建立工作曲线。

图 2：核磁法与甲酸法数据对比折线图 %

133

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

图 3：甲酸法和核磁法结果偏差统计图，样品数

表 1：甲酸法与核磁法测试偏差统计表/绝对值

偏差 个数 占比 累计占比

0 74 25.8% 25.8%

0.1 122 42.5% 68.3%

0.2 46 16.0% 84.3%

0.3 29 10.1% 94.4%

0.4 6 2.1% 96.5%

0.5 8 2.8% 99.3%

0.6 2 0.7% 100.0%

3.2 核磁共振法的稳定性

为了验证核磁共振法测试的数据稳定性，选取了三个样品，按同样的条件分别

测试 10 次，检测数据如表 2：

表 2 测试结果的稳定性

序号 1# 2# 3#

1 5.313 5.272 4.266

2 5.340 5.281 4.317

3 5.370 5.205 4.371

134

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

4 5.410 5.199 4.316

5 5.415 5.259 4.376

6 5.399 5.322 4.318

7 5.377 5.281 4.346

8 5.476 5.235 4.298

9 5.450 5.281 4.340

10 5.384 5.197 4.318

平均值 5.393 5.253 4.327

标准偏差 0.048 0.042 0.033

变异系

数 %

0.896 0.807 0.763

根据以上试验结果，多次测试所得数据的标准偏差和变异系数都比较小，测试

数据的稳定性较好。

4 讨论

通过试验，认为可根据胶液配方、生产工艺等因素建立不同的核磁共振工作曲

线，采用核磁共振法对尼龙浸胶帘子线的附胶量进行测试。与传统甲酸法相比，核

磁共振法的测试速度快，除去备样环节，每个样品的测试时间只需要 1 分钟左右，

极大地提高了测试效率。经试验验证，该方法的测试准确性和稳定性能够满足使用

要求。另外核磁法测试附胶量避免了甲酸的使用，有利于检验人员的身体健康和环

境保护。

核磁共振法测试附胶量基于用已知附胶量样品建立的工作曲线，因而也存在着

一定的局限性，例如对于外来的未知样品，如果帘子线的材料不同、生产所用的胶

液配方不同、生产工艺不同，则测试数据与实际数据的存在偏差。

135

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

不同类型钢包对轮胎子口性能影响浅析

吕佳锋 蒋婷婷 陈伊宁 柴德龙

中策橡胶集团股份有限公司

摘 要：比较 3×7×0.20HE、3+9+15×0.175+0.15 和 2+7×0.30ST 三种不同钢

丝作为子口加强层在全钢载重子午线轮胎中的应用，并对其进行试验和研究。研究表

明，对于轮胎子口胎体端点高于子口加强层端点的设计结构而言，选用不同类型钢帘

线的子口加强层对整个轮胎子口性能的影响较小。

关键词：全钢载重子午线轮胎、轮胎子口加强层、钢丝帘线

近年来新能源汽车行业发展迅速，这种趋势也从乘用车市场快速向卡客车市场

转变。部分新能源卡车市场要求轮胎在具备一定超载能力的基础上，同时能满足电车

瞬间大扭矩起步的要求。因此，在超载和瞬时大扭矩起步方式的双重影响下，对轮胎

的子口性能要求越来越高。轮胎子口加强层作为轮胎胎圈部位主要的部件之一，对子

口的承载和变形起到关键作用，对减小胎圈部位在负荷下的变形，提高轮胎的胎圈耐

久性能，同时也对胎体的反包部分起支撑和保护作用。因此，选用合适的加强层对轮

胎子口性能的提升至关重要。这次主要对 3×7×0.20HE、3+9+15×0.175+0.15 和 2+7

×0.30ST 三种不同类型的钢丝帘线作为轮胎子口加强层对胎圈承载性能上的影响加

以研究。

1 实验

1.1 主要材料

3×7×0.20HE、3+9+15×0.175+0.15 和 2+7×0.30ST 钢丝帘线。

1.2 主要设备和仪器

四辊钢丝压延机，意大利 RODOLFO 公司；钢丝帘布斜裁机，德国 FISCHER 公司；

TST-LCZ-4 型全钢子午线轮胎一次法成型机，天津赛象科技股份有限公司。

1.3 性能测试

钢丝帘线和轮胎性能按相应国家标准或企业标准进行测试。

136

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

2、结果与讨论

2.1 钢丝帘线的结构

3×7×0.20HE、3+9+15×0.175+0.15 和 2+7×0.30ST 钢丝帘线性能指标对比见

表 1。

表 1 三种钢丝帘线基本性能指标对比

项目 3×7×0.20HE 3+9+15×0.175+0.15 2+7×0.30ST

捻距（±5%）/（mm） 3.9/6.3 5.0/10.0/16.0/3.5 8.0/16.0

捻向 S/S S/S/Z/S SS

帘线直径（±5%）/（mm） 1.39 1.34 1.13

线密度（±5%）/﹙g/m﹚ 5.85 5.42 4.91

最小破断力/（N） ≥1360 ≥1720 ≥2050

弯曲刚度 T.S.U 42 47 100

3×7×0.20HE 产品是通过减小捻距使钢丝具备一定伸长率的帘线结构，目前广

泛用于子口加强层。该结构在三种钢帘线中，弯曲刚度最小，相对渗胶性能较差。

3+9+15×0.175+0.15 产品是传统的结构之一，采用内外 3 层结构进行捻制，在

渗胶上较差，弯曲刚度也较小，捻制工艺较复杂，生产效率较低。

2+7×0.30ST 产品是一种开放性结构，渗胶性能是三种帘线中最好的，弯曲刚性

也是最大的，在整体强力方面也较强，相对构造简单，利于大规模生产。

三种产品理论横截面形状见图 1

(a) 3×7×0.20HE 截面图 (b) 3+9+15×0.175+0.15 截面图 (c) 2+7×0.30ST 截面图

图 1 三种钢帘线产品外观及理论横截面图片

2.2 钢丝帘线覆胶性能

3×7×0.20HE、3+9+15×0.175+0.15 和 2+7×0.30ST 钢丝帘线覆胶后性能指标

137

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

对比见表 2。

表 2 三种钢丝帘线的粘合力和覆胶率

项目 3×7×0.20HE 3+9+15×0.175+0.15 2+7×0.30ST

自粘力/（N）

空气含量/（mm³.cm-1）

44

0.9

40 56

0.7 0.7

按相同的检测条件，对三种钢丝帘线的自粘力、空气含量进行测试，检测结果见

表 2。从表中数据可知，三种钢丝帘线的空气含量接近。

(a) 3×7×0.20HE (b) 3+9+15×0.175+0.15 (c) 2+7×0.30ST

图 2 三种钢丝帘线断面渗胶图片

图 2 是对每一种钢丝帘线在橡胶渗透过程中的截面渗胶情况，从不同的截面图

上分析，2+7×0.30ST 钢丝帘线都能够达到全渗透状态，3×7×0.20HE 次之，

3+9+15×0.175+0.15 结构不利于渗胶。

2.3 工艺性能

3×7×0.20HE、3+9+15×0.175+0.15 和 2+7×0.30ST 钢丝帘线压延成品后的指

标对比见表 3。

表 3 三种钢丝帘线压延产品对比

项目 3×7×0.20HE 3+9+15×0.175+0.15 2+7×0.30ST

压延密度/（根/100mm） 45 55 40

帘布厚度/（mm） 1.6 2.3 1.95

覆胶重量/（kg/m2

） 1.307 2.112 1.980

钢丝重量/（kg/m2

） 2.633 2.981 1.964

帘布重量/（kg/m2

） 3.940 5.093 3.944

帘布总强度 /（KN/100mm） 61.2 94.6 82

帘布总强度=压延密度×钢帘线最小破断力

采用 3×7×0.20HE、3+9+15×0.175+0.15 和 2+7×0.30ST 用于钢丝加强层生产

138

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

时，生产工艺相同。压延钢丝帘布表面平整，覆胶均匀，厚度正常；裁断按照角度为

30°，宽度为 85mm 进行裁切，裁切后后钢帘线断面无发散现象，无上翘现象，无大

头小尾现象，设备能自动拼接，帘布成型时导开正常，成型后胎胚子口部位无气泡；

硫化后产品外观质量符合外观质量标准，子口部位正常，能正常装胎。

2.4 性能分析

3×7×0.20HE、3+9+15×0.175+0.15 和 2+7×0.30ST 有限元模拟分析，在同规

格一定载荷和气压下的模拟结果，见图 3 和图 4。

(a) 3×7×0.20HE (b) 3+9+15×0.175+0.15 (c) 2+7×0.30ST

图 3 子口包布外端点受力分析-接地断面

(a) 3×7×0.20HE (b) 3+9+15×0.175+0.15 (c) 2+7×0.30ST

图 4 子口包布外端点受力分析-远接地断面

139

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

通过对 3 种子口加强层用于轮胎的的有限元分析表明，在同款轮胎子口加强层

中，无论是接地端还是未接地端，外侧子口加强层的端点所受应力差别并不大。

2.5 成品性能

本次试验进行了 3×7×0.20HE、3+9+15×0.175+0.15 和 2+7×0.30ST 轮胎并对

其进行对比试验。

表 4 成品性能试样结果

项目 2+7×0.30ST 3+9+15×0.175+0.15 3×7×0.20HE

胎圈耐久性能系数 100% 100% 102%

结束后轮胎状况 子口破裂 子口破裂 子口破裂

注：样品 1 同样品 1 对跑，样品 2 同样品 2 对跑。

胎圈耐久测试：胎面花纹全部打磨完毕后，负荷按标准负荷的 200%，速度为

50km/h，气压为标准气压×80%，其余检测条件按国标进行测试，直至轮胎损坏。

(a) 2+7×0.30ST (b) 3+9+15×0.175+0.15 (c) 3×7×0.20HE

图 3 三种钢丝帘线样品机床损坏图片

从测试数据看，对于胎体端点高于子口加强层端点的轮胎结构而言，三种帘线所

表现出的损坏形式均为胎体端点。

3 结论：

对于 3×7×0.20HE、3+9+15×0.175+0.15 和 2+7×0.30ST 具有不同的结构、强

度、刚性、伸长率和渗胶率而言，三者作为轮胎的子口加强层，用于胎体端点高于子

口加强层端点的轮胎结构。三者在计算机模拟以及实际轮胎测试中均差异不大。对于

其他子口结构是否会有不同影响需进一步进行探讨。三者更多的是需要从实际生产

的效率、成本和改善工艺病疵问题上加以选择使用。

140

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

带束层对轮胎接地及耐久性能的研究

张正伟

（山东玲珑轮胎股份有限公司 山东烟台招远 265400）

摘要：1）12R22.5 四层带束层产品系列化开发；2）新结构，新工艺开发；3）开

发填补了我司研发储备技术新产品。4）有限元接地印痕接地印痕形状，此接地印痕

有利于提升轮胎的磨耗、转向性能、排水性能并降低轮胎噪音及滚动阻力。5)渗胶

性能提升，改善耐久性能提高。

关键词：新结构、新工艺、有限元接地印痕分析、轮胎性能测试。

1 产品室内检测：

1.1 断面分析

从断面数据看，调整辅鼓周长对带束层宽度及差级影响较大。

1.2 施工差异：

141

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

1.3 断面剖析：

2 产品室内检测

2.1 静态接地-85%负荷工况下，

从 85%负荷静态接地看，辅鼓周长增加后，接地长/接地有效面积减小，胎肩长/

辅鼓 3130 辅鼓 3150

142

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

矩形率/肩部接地压力增加。

2.2 静态接地-100%负荷工况下

从 100%负荷静态接地看，辅鼓周长增加后，接地长减小，胎肩长/矩形率/接地

面积增加。

2.3 轮廓扫描

注：标准气压 930kpa

从轮廓扫描看，辅鼓周长增加后，行驶面高减小，其它数据差异相同。

2.4 外径成长量

143

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

注：标准气压 930kpa,数据由轮廓扫描测。

从外径成长量看，辅鼓周长增加后，外径变化量整体成增加现象。

2.5 转鼓试验

2.5.1 耐久

从耐久数据看，辅鼓周长增加后，带束层束缚力降低，耐久性能下降，损坏点

均为 3#带束层端点。

3 改善渗胶性能提升耐久性能

渗胶率作为渗胶性能的表征方法，是指橡胶填充钢帘线内部的量的多少，钢帘

线长期暴露于潮湿条件下，容易产生锈蚀，橡胶的填充能阻止钢帘线受空气，水分

的侵蚀，使钢帘线保持原有的性能，延长耐久使用寿命。

144

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

理想状态 实际状态

渗胶性能好，不仅能提高钢丝与胶料的粘合力，有利于提高轮胎的耐久性能，

还能防止橡胶与钢丝间剥离，防止爆胎，全钢胎因高充气压力，高载荷，研究这一

性能对全钢轮胎的使用更有重要的现实意义。

3.1 空气含量法

将压延后的覆胶帘布试样置于乙醇中，测量帘布在乙醇中产生的气泡的体积，

即为压轴时没有渗入钢帘线中的胶的体积。

硫化前后钢丝与胶料包覆情况如下：

空气含量法则渗胶率从压延工序取样，未硫化，空气的含量受工艺影响较大，

同一规格覆胶帘布压延时间不同，空气含量也有较大差异。

3.2 帘布表面

145

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

将覆胶帘布剥离，表面的生锈腐蚀情况。

3.3 帘线的断面

对硫化后的埋胶帘线进行横截面。

3.4 老化前后疲劳结果对比

在不同条件下，老化前后分别做疲劳测试直到断裂，对比疲劳测试结果。

146

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

3.5 芯丝

将单根帘线剥离，查看覆胶。

3.6 压降法

帘线在橡胶中经硫化后切成一定大小的试样块，试样块在一定气体压力下经一

定时间后，气体的压力保持率，单位为体积百分比。

测量硫化后钢帘线的渗胶率，硫化时由于压力及温度，使胶料处于液态填充于

帘线内部，没有填充的部分为空气。

4 总结

147

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

相同施工情况下，通过调整辅鼓周长，降低带束层膨胀率，轮胎肩部束缚力会

随之降低，肩部成长，压力增大，矩形率增加，同时研究渗胶率同时一起改善耐久

使用寿命。

轮廓设计在满足法规及内部加严标准前提下，参考现有 LT225/75R16 H-901 及

7.50R15LT FL866，与 LT225/75R16 共用胶部件口型板及胎体、带束层、钢丝包布骨

架材料与 7.50R15LT FL866 共用钢丝圈，减少复杂性，节约生产成本，提高生产效

率。

1.3 花纹设计

花纹设计采用条状花纹形式，提高轮胎安全及操控性能，4 线纵向花纹沟配合特

148

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

殊钢片设计，提升抓地性能，防止侧滑；胎冠轮廓优化设计及花纹闭合宽胎肩设计，

防止不规则磨损，合理花纹沟角度，提高轮胎自洁性能。

1.4 侧板设计

根据客户市场收集信息，层级及负荷指数，要求 ST225/75R15 H-901 规格做成

12 层级，负荷指数为 121/118，经查美标 ST225/75R15 最高层级为 10 层级，负荷指

数 117/112，客户需求不满足美标，通过研究 DOT 相关法规，大于或等于美标的产品，

满足法规要求，因此可以按照客户要求加工侧板，通过特殊标识，法规要求特殊拖

车轮胎必须带有“For Trailer Use only/For Trailer Service Only”同时根据客

户需求在侧板增刻 THESE TIRES CAN ONLY BE MOUNTED ON RIMS WITH A LOAD CARING

CAPACITY NOT LESS THAN 3200LBS，满足了客户需求。

1.5 安全倍数验证

ST225/75R15 H-901 骨架材料安全倍数验证如图：

149

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

胎体采用 3*0.24/9*0.225CCHT 规格，带束层采用 4+3*0.35ST 规格，安全倍数

均满足客户要求。

2 有限元接地印痕

标准充气压力 80%负荷（B1:1160kg）及 100%负荷（B2:1450kg）接地印痕。

ST225/75R15 H-901 规格在 80%及 100%标准负荷情况下呈现方中带圆的接地印痕

形状，此接地印痕有利于提升轮胎的磨耗、转向性能、排水性能并降低轮胎噪音及

滚动阻力。

2.1 有限元压力分布

标准充气压力下 80%负荷（B1:1160kg）及 100%负荷（B2:1450kg）接地压力。

150

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

ST225/75R16 H-901 在 80%及 100%标准负荷情况下接地压力分布均匀，可以避免

胎冠异常磨损、胎肩偏磨等异常磨损，提升轮胎的磨耗里程，有利于轮胎翻新。

3 断面图

ST225/75R15 H-901

使用新钢丝圈之后的断面

4 性能验证总结

尺寸、强度、高速、耐久均达到法规标准要求，从室内机床试验结果显示该设

计能够满足轻卡车辆对高速、强载、安全性能的要求，获得客户认可。

151

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

超高强钢丝帘线在全钢轮胎轻量化中的应用

郭念贵 1

刘恩冉 1

姚海东 2

孙宝余 1

翟常青 2

（1.三角轮胎股份有限公司，2.江苏兴达钢帘线股份有限公司）

摘要：超高强钢丝替代高强、普强钢丝符合轮胎产业发展趋势，以 7.00R16LT

规格为例，试验结果表明，带束层采用 4+3×0.33ST 钢丝替代 3×0.20+6×0.35HT

钢丝，胎体采用 3+8×0.21ST 钢丝替代 3+9×0.22+0.15 钢丝，可降低帘布中钢帘线

和橡胶的使用量，降低轮胎重量，降低总体生产成本，减小轮胎滚动阻力，提升安

全性和经济性。

关键词：全钢子午线轮胎、超高强钢丝帘线、轻量化；

我国是轮胎制造大国，且正处于低端制造向绿色制造转变的关键时期，“双反”

等贸易壁垒和国家节能环保需求轮胎企业研发高品质绿色产品。近几年随着轮胎行

业技术水平提升，轮胎制造向安全、智能、环保、舒适的绿色制造方向前进[1-2]。而

对于轮胎企业来说质量和成本日渐成为两个相互关联、相互制衡的最重要因素，如

何在保证轮胎质量的前提下降低生产成本成为每个轮胎企业首要面对的问题。

在轮胎生产中，原材料成本占比较大，新型材料的开发及产业化将推动轮胎产

业的发展。对全钢丝轮胎骨架材料而言，开发高强化钢丝骨架材料日渐紧迫，长期

应用表明[3-6]，高强度钢丝在提高轮胎承载性能、安全性能和降低轮胎滚动阻力方面

具有明显优势，同时单位直径破断力和单位线密度破断力较高，可在保持相同帘布

强度的条件下，降低轮胎重量。同时随着钢丝强度的提高，减小了单丝和帘线的直

径，减少橡胶层的厚度，减少橡胶的消耗；并且改善钢帘线的疲劳性能，提高轮胎

的使用寿命和可翻新性。

针对目前市场情况，本课题主要研究超高强度（ST）钢帘线在全钢载重子午胎

的应用可行性及前景，试验产品胎体选用 3+8×0.21ST 钢帘线替代 3+9×0.22+0.15

钢帘线,带束层选用 4+3×0.33ST 钢帘线替代 3×0.20+6×0.35HT 钢帘线，以期提高

轮胎性能并降低轮胎重量。

152

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

1 实验

1.1 主要原材料

3+8×0.21ST 和 4+3×0.33ST 钢丝帘线，江苏兴达钢帘线股份有限公司产品。

1.2 主要设备和仪器

S 型四辊钢丝压延机，意大利鲁道夫公司产品；钢丝帘布裁断机，德国 Fischer

公司产品；XLB-Q 平板硫化机；三辊弯曲疲劳试验机和渗透检测仪，江苏兴达钢帘线

股份有限公司自行研制；2000-C 型体式显微镜，德国蔡司公司产品；成型机荷兰 WMI

等。

1.3 性能检测

钢丝帘线性能依照 GB/T 11181-2016《子午线轮胎用钢帘线》和企业标准进行测

试。钢丝帘线的橡胶粘合力按照 ASTM D 2229 方法进行测试，其它物理性能按我公

司子午胎原材料试验方法进行测试。成品轮胎各项性能均按相应的国家标准和企业

标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 钢丝帘线性能

2.1.1 钢丝帘线结构

本次试验涉及到 2 种胎体用钢丝帘线和 2 种带束层用钢丝帘线，具体规格和横

截面结构对比见图 1

(a) (b)

153

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

图 1 帘线截面图

(a) 3+8×0.21ST；(b) 3+9×0.22+0.15；(c) 4+3×0.33ST；(d) 3×0.20+6×0.35HT

表 1 钢帘线渗胶率

帘线结构 渗胶率

3+8×0.21ST 73.42%

3+9×0.22+0.15 69.91%

4+3×0.33ST 96.18%

3×0.20+6×0.35HT 91.11%

图 1 为钢丝帘线的的截面图，可以看到，3+8×0.21ST 比 3+9×0.22+0.15 有较

好的开放度，4+3×0.33ST 比 3×0.20+6×0.35HT 有较好的开放度，钢丝帘线的开放

度好能够使得钢丝与橡胶有更多的接触面积，这和渗胶性能相对应。表 1 为钢丝帘

线的渗胶率对比，可以看出, 对于胎体帘线，3+8×0.21ST 比 3+9×0.22+0.15 有较

好的渗胶率，对于带束层帘线, 4+3×0.33ST 比 3×0.20+6×0.35HT 有较好的渗胶率。

渗胶率越高，说明钢丝帘线和橡胶的接触更充分，有利于减小钢丝之间的接触磨损，

可以提高轮胎的使用寿命。

2.1.2 钢丝帘线的基本性能

钢丝帘线釆用超高强度钢丝,相同压延密度下，可提升帘布的强度，相同帘布强

度下，可减少钢丝帘线的用量，降低轮胎重量。钢丝基本性能参数对比见表 2。

(c) (d)

154

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

表 2 钢帘线基本性能参数

项目

胎体 带束层

3+8×0.21ST 3+9×0.22+0.15 4+3×0.33ST 3×0.20+6×0.35HT

帘线直径(mm) 0.85 1.14 1.10 1.13

捻向 S/S S/S/Z -/S S/Z

捻距（mm）

7.00±0.40/

14.00±0.70

6.30±0.32/

12.50±0.63/

3.50±0.18

∞/

18.00±0.90

10.00±0.50/

18.00±0.9

线密度(g/m) 3.05±0.15 3.85±0.18 4.74±0.24 5.34±0.27

破断力（N） 1250 1250 1850 1850

破断力/直径(N/mm) 1471.59 1096.49 1681.82 1637.17

破断力/线密度

(Nm/g)

409.84 324.68 390.30 346.44

对于胎体帘线，3+8×0.21ST 比 3+9×0.22+0.15 帘线直径降低 25.44%，线密度

降低 20.78%，对比破断力/直径(N/mm)提升 34.21%；对比破断力/线密度(Nm/g)提升

26.23%；同时由于 3+8×0.21ST 帘线钢丝直径更细，可以提高轮胎的抗疲劳性能，

有助于生产持久耐用的轮胎；

对于带束层帘线，4+3×0.33ST 比 3×0.20+6×0.35HT 粗度降低 2.65%，线密度

降低 11.24%，对比破断力/直径(N/mm)提升 2.72%；对比破断力/线密度(Nm/g)提升

12.66%，有助于减少帘布的设计厚度，降低轮胎重量。

表 3 三辊弯曲疲劳测试

弯曲辊径 16mm 20mm 26mm 30mm 36mm

3+8×0.21ST 1495 11101 60754 100000 100000

3+9×0.22+0.15 1304 5242 23176 100000 100000

注：三辊疲劳测试载荷均为 10kg，循环次数 100000 次即终止测试。

对于胎体帘线，疲劳性能很重要，它有利于提高轮胎的安全性能。表 3 对比了

3+8×0.21ST 和 3+9×0.22+0.15 的三辊弯曲疲劳性能，可以看出, 3+8×0.21ST 比

3+9×0.22+0.15 的疲劳性能更好。

155

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

表 4 弯曲刚度指数对比

帘线结构 不埋胶刚度 T.S.U 埋胶刚度 T.S.U

4+3×0.33ST 144.1 266.7

3×0.20+6×0.35HT 133.7 218.6

对于带束层帘线，弯曲刚度更重要，因为弯曲刚度对轮胎的操纵性能有直接影

响。表 4 对比了 4+3×0.33ST 和 3×0.20+6×0.35HT 的弯曲刚度，其中不埋胶刚度

为直接对钢丝帘线检测，埋胶刚度为把钢丝帘线覆胶后检测，埋胶深入均为 3mm。从

表 4 可以看出, 4+3×0.33ST 的不埋胶刚度略高于 3×0.20+6×0.35HT，但埋胶刚度

明显高于 3×0.20+6×0.35HT，有利于提高轮胎操纵性能。

2.2 帘布性能对比：

破断力与轮胎刚度和安全倍数直接相关，依据等强度替换原则，设定帘布压延密

度，具体参数对比如下：

表 5 压延帘布参数对比

项目

胎体 带束层

3+8×0.21ST 3+9×0.22+015 4+3×0.33ST 3×0.20+6×0.35HT

压延密度(根/dm) 65 65 60 60

帘线集中度(%) 55 74 66 68

帘线间距(mm) 0.67 0.39 0.55 0.52

帘线间距/帘线直径 0.79 0.34 0.50 0.46

帘布强度(N/dm) 81250 81250 111000 111000

帘布强度指数(%) 100% 100% 100% 100%

帘布厚度(mm) 1.9 2.0 1.9 2.0

帘线重量(g/m2) 1983 2503 2844 3204

钢帘线重量指数(%) 79% 100% 89% 100%

胶料重量(g/m2) 1931 1977 1793 1858

胶料重量指数(%) 98% 100% 97% 100%

帘布重量(g/m2) 3914 4470 4627 5062

帘布重量指数(%) 88% 100% 91% 100%

与原有骨架材料相比，3+8×0.21ST 和 4+3×0.33ST 钢帘线均具有线密度低，

156

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

压延厚度低的特点，显著降低帘布中钢帘线的使用量，降低帘布重量，从而降低轮

胎重量，降低总体生产成本；并且 3+8×0.21ST 和 4+3×0.33ST 相比原来规格的线

密度较小，因此钢丝帘线在工字轮上具有更长的收线长度，可提高生产效率，减少

换轮压延批次，降低压延尾丝消耗。

2.3 成品性能

为较好对比骨架材料带来的影响，本次选取多个产品进行比对试验，对同一产

品而言，方案 1 轮胎胎体采用 3+8×0.21ST 钢丝帘线，带束层采用 4+3×0.33ST 钢

丝帘线，方案 2 轮胎胎体采用 3+9×0.22+0.15 钢丝帘线，带束层采用 3×0.20+6×

0.35HT 钢丝帘线。

2.3.1 强度性能

强度性能按照 GB/T 4501-2016 进行测试，两个方案生产的轮胎强度对比试验结

果见表 6。

表 6 强度测试值与标准值的百分比

帘线试验 265/70R19.5 16PR 7.00R16LT 14PR

方案 1 150%（未压穿） 150%（未压穿）

方案 2 148% (压穿) 150%（未压穿）

注：7.00R16LT 强度测试压头直径为 19mm。

表 6 结果表明，替换为超高强（ST）钢丝帘线后，产品强度性能相当，均能满

足国家和企业标准要求。

2.3.2 耐久性能

胎冠耐久测试方法按照企业标准，耐久测试速度保持不变，在达到国家标准要

求的 47h 后，每 10 小时负荷增加 10%，直至轮胎损坏。两个方案生产的轮胎胎冠耐

久试验结果见表 7。

表 7 胎冠耐久试验累计时间

帘线试验 265/70R19.5 16PR 7.00R16LT 14PR

方案 1 90h18min（胎冠龟裂） 220h0min（未损坏）

方案 2 84h37min（胎冠龟裂） 192h51min（胎面脱层）

157

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

表 7 结果显示，所有产品均满足国家和企业标准要求，采用 ST 型钢丝帘线的产

品耐久性能均有提升。

2.3.3 滚动阻力

两个方案生产的轮胎进行滚动阻力测试，试验方法参照 ISO 28580，结果见表 8。

表 8 滚动阻力系数

帘线试验 265/70R19.5 16PR 7.00R16LT 14PR

方案 1 5.9 7.2

方案 2 6.3 7.7

表 8 结果显示，采用 ST 型钢丝帘线的产品在滚动阻力有较明显降低，两款产品

滚阻系数均降低 6%左右。

2.3.4 高速性能

高速性能测试按照企业标准进行，两个方案生产的 7.00R16LT 14PR 轻卡轮胎试

验负荷为 1188N，试验气压为 700kPa，初始速度为 100km/h，结果见表 9

表 9 高速性能测试

试验阶段 试验速度（km/h）

时间（min）

方案 1 方案 2

1 100 10 10

2 100 10 10

3 110 10 10

4 120 30 30

5 130 30 30

6 140 30 30

7 150 30 30

8 160 30 30

9 170 30 14

10 180 5

表 9 结果显示，在轻卡轮胎高速方面，采用 ST 钢丝帘线的产品有更好表现。

以上各项测试结果表明，替换为超高强度钢丝帘线后，产品各项性能均能满足

国家和企业标准要求，并有不同程度的提升。在滚动阻力方面，结合之前工作，我

们认为采用 3+8×0.21ST 的胎体帘布有较大贡献，同时从帘线性能来看，3+8×0.21ST

158

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

钢丝帘线理论压延密度范围可达到 50-80 根/dm，应用范围更大。

2.4 成本对比

胎体采用 3+8×0.21ST 替代 3+9×0.22+0.15 后，压延密度为 65 根/dm 时，每平

方米帘布钢丝帘线用量可减少约 0.52kg，耗胶量减少约 0.04kg；带束层采用 4+3×

0.33ST 替代 3×0.20+6×0.35HT 后，压延密度为 60 根/dm 时，每平方米帘布钢丝帘

线用量可减少约 0.36kg，耗胶量减少 0.07kg。生产的 7.00R16LT 产品每条轮胎总质

量减小约 0.6kg；且 3+8×0.21ST 钢丝帘线定长比 3+9×0.22+0.15 钢丝帘线长 70%，

大幅降低帘线损耗，节约生产成本。

3 结论

（1）3+8×0.21ST 比 3+9×0.22+0.15 钢丝帘线渗胶性能优，单丝直径小且无外

绕单丝，抗疲劳性能更好，有利于提高轮胎使用寿命。

（2）4+3×0.33ST 相比 3×0.20+6×0.35HT 渗胶性能好，单位线密度破断强度

大，有利于产品轻量化。覆胶后弯曲刚度有较明显提升，有利于降低轮胎滚动阻力。

（3）采用超高强钢丝帘线替代现有钢丝，在等强度条件下，可以减小钢丝帘布

重量，实现轮胎轻量化，经过多个规格对比试验验证，产品性能满足国家标准要求，

且均呈现出不同程度的提高。同时在生产中减少原材料和能源消耗，符合绿色制造

要求。

参考文献：

[1] 罗亦文.高强度 ST 与 UT 钢丝帘线在低滚动阻力轮胎中的应用[C].2021 中国橡胶年会论文集.

北京：中国橡胶工业协会，2012:190-192.

[2] 牟守勇.绿色轮胎国家标准解读 [J].轮胎工业，2022,42(4)：200-203.

[3] 周志嵩.钢丝帘线强度发展方向与盘条合金化 [J].轮胎工业，2022,42(4)：195-199.

[4] 崔志博.带束层膨胀对轮胎接地印痕的影响研究 [J].轮胎工业，2021,68(1)：10-16.

[5] 王培滨.4+3×0.33ST 钢丝帘线在全钢载重子午线轮胎带束层中的应用及压延工艺探讨[J].轮

胎工业，2022,42(2)：67-71.

[6] 孙宝余.7.00R16LT 轻型载重子午线轮胎带束层结构与性能的相关性研究[J].轮胎工业，

2022,42(4)：212-214.

159

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

航空胎用高性能纤维复合帘线的研究与开发

李春晓 刘希华 陈山 张玉友 逯沙沙

（山东海龙博莱特化纤有限责任公司 山东 潍坊 262100）

摘要：航空胎是飞机安全性与可靠性要求都很高的重要部件，其骨架材料的轻量

化、超高强、粘合强度等物理性能是航空胎研究的重点，同时织物绿色浸渍体系的适

用性研究也是目前航空胎骨架材料用化纤技术和工业化生产的发展方向。本文在相

同生产工艺下，通过对传统 RFL 与绿色浸渍体系、对位芳纶+锦纶与聚酰亚胺+锦纶

两种高性能纤维复合帘线的物理性能进行研究与开发。

关键词：聚酰亚胺 对位芳纶 绿色浸渍体系 传统 RFL 体系 帘线性能

航空轮胎俗称飞机轮胎，是飞机上安全性与可靠性要求都很高的重要部件，飞机

的安全起飞和降落都必须依靠飞机轮胎的各种独特的功能。航空轮胎作为一个复杂

的结构复合体，具有负荷大、速度快、内压高、下沉变形量大等基本特点，因此航空

胎橡胶中的骨架材料应具有高强度、抗冲击性、高热稳定性、耐疲劳、适合的断裂伸

长率，同时还需要满足轻量化、吸湿率低的要求，及骨架材料和橡胶基体之间还应具

有优异的粘合性能[1]

。

芳香族聚酰胺纤维是一类大分子主链由芳香环和酰胺键构成的线性高分子，对

位芳纶（PPTA）是其中一种应用较为广泛的高性能纤维，它独特的结构赋予了其优异

的综合性能，迄今在高性能有机纤维领域处于领先地位，是全球商业应用最成功的高

性能纤维之一，在众多尖端工业领域得到了广泛应用[2]

。

聚酰亚胺（PI）纤维是近半个世纪发展起来的芳香杂环有机纤维中最主要的品种

之一，其主链上含有酰亚胺环，并集高强高模、耐高低温性能、化学和尺寸稳定性、

耐辐射能、良好的介电性能和很好的生物相溶性于一体，在航空航天、国防军工、新

型建材、环保防火等领域中发挥着越来越重要的作用[2][3][4][5][6]

。

锦纶 66 具有机械强度高、韧性好、自润性、耐摩擦性好、耐疲劳性好、且其

相对密度小等优点，与聚酰亚胺纤维或对位芳纶纤维混捻后的复合帘线可作为航空

160

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

胎较为理想的骨架材料。

近年来，人们对职业健康安全、环境保护和工业体系环保要求的日益提高，橡胶

骨架材料用化纤织物的传统 RFL 体系所用的甲醛和间苯二酚均被 REACH 法规列为高

度关注物质，无甲醛和间苯二酚的新型绿色浸渍体系的研发与实施，已成为橡胶骨架

材料用化纤技术和工业化生产的发展方向，只有具有竞争优势的技术和产品才会得

到产业化应用和被国际国内市场所接受[7][8]

。

随着现代科技的发展，航空胎承受的工作负荷、内压以及速度越来越高，对骨架

材料及其与橡胶的粘合性能提出了更高的要求[1]；在绿色可持续发展的要求下，能适

用于橡胶骨架材料的新型绿色浸渍体系的适用性研究是该行业发展的趋势。在此基

础上，本文对聚酰亚胺纤维和对位芳纶纤维及其复合帘线分别在传统 RFL 体系和绿

色浸渍体系中的物理性能进行了对比研究。

1 试验

1.1 试验材料

聚酰亚胺：1670dtex 江苏先诺； 对位芳纶 1414：1670dtex 美国杜邦； 锦纶

66：2100dtex 河南神马实业；

环氧树脂、异氰酸酯、丁吡胶乳、预缩合树脂、天然胶乳、CJ 剂

1.2 主要设备及仪器

强力测试机：英斯特朗（上海）；帘线干热收缩测试仪：北京万汇一方；电热平

板硫化机：上海齐才液压机械；帘线挺度测定仪：北京万汇一方；电子分析天平：上

海海康电子仪器厂；浸胶试验机：北京万汇一方；多股加捻机：宜昌纺织机械；剑杆

织机：德国多尼尔；浸胶机：美国利兹勒

1.3 性能测试

帘线测试参照 GB/T 36795-2018。

2 结果与讨论

2.1 1670dtex 聚酰亚胺纤维与对位芳纶的物理指标对比

分别对采购的 1670dtex 对位芳纶和聚酰亚胺纤维的主要物理指标进行检测，其

检测结果见下表 1：

161

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

表 1 对位芳纶和聚酰亚胺纤维主要物理指标数据对比

检测项目 断裂强力 N 线密度 dtex 干热收缩率% 回潮率(调湿)%

聚酰亚胺 427.3 1709 0.03 1.9

对位芳纶 329.2 1730 0.10 5.3

同规格的两种纤维相比，聚酰亚胺的断裂强力明显对位芳纶，而线密度、干热收

缩率和回潮率则低于对位芳纶，由此可知，聚酰亚胺纤维作为航空胎骨架材料更具有

超高强、轻量化、高热稳定性和吸湿率低的优势。

2.2 聚酰亚胺与对位芳纶复合帘线捻线物理指标的对比

在相同的捻度要求下，使用同台次多股加捻机分别对 1670dtex/2 聚酰亚胺

+2100dtex/1 锦纶 66 和 1670dtex/2 对位芳纶+2100dtex/1 锦纶 66 进行加捻，检测

其主要物理指标断裂强力的差异，其结果如下图 1：

图 1 复合帘线捻线断裂强力的对比

聚酰亚胺复合帘线与同规格的对位芳纶复合帘线相比，其聚酰亚胺捻线的断裂

强力高出对位芳纶 35%以上。

2.3 传统 RFL 浸渍体系对聚酰亚胺和对位芳纶复合帘线浸胶帘线的对比

以 2.2 所捻的对位芳纶和聚酰亚胺复合帘线为试验材料、以传统 RFL 浸渍体系

为胶液配方（二浴法），在相同工艺条件下进行生产，检测其主要物理指标断裂强力、

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

700.0

800.0

900.0

聚酰亚胺+锦纶 对位芳纶+锦纶

单位:N 断裂强力

162

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

粘合强力（H-抽出，国标胶）、线密度和干热收缩率的差异，其结果见下表 2：

表 2 传统 RFL 浸渍体系下两种复合浸胶帘线主要指标的对比

检测项目

断裂强力

N

粘合强力

N

线密度

dtex

干热收缩率

%

聚酰亚胺+锦纶复合帘线 804.9 259.8 6177 1.36

对位芳纶+锦纶复合帘线 582.6 241.9 6345 1.62

相同生产工艺下，传统 RFL 浸渍体系生产的两种高性能纤维聚酰亚胺与对位芳

纶的复合帘线相比，复合帘线聚酰亚胺纤维的断裂强力明显高于同规格的对位芳纶，

其粘合强力高于对位芳纶，而线密度和干热收缩率则低于对位芳纶，所以聚酰亚胺复

合帘线作为航空胎骨架材料更具有超高强、高粘合、轻量化和高热稳定性的优势。

2.4 绿色浸渍体系对聚酰亚胺和对位芳纶复合帘线浸胶帘线粘合强力的对比

以对位芳纶和聚酰亚胺复合帘线为试验材料、以公司自主研发的绿色浸渍体系

为胶液配方（二浴法），与 2.3 相同的工艺条件下进行生产，检测其粘合强力（H-抽

出，国标胶）的差异，其结果如下图 2：

图 2 绿色浸渍体系下两种复合浸胶帘线粘合强力的对比

由上图可知，绿色浸渍体系生产的聚酰亚胺复合帘线的粘合强力略高于同规格

的对位芳纶复合帘线，因此绿色浸渍体系可以适用于两种复合帘线的生产。

在相同的工艺条件下、传统 RFL 体系为胶液配方生产的航空胎骨架材料

1670dtex/2 聚酰亚胺+2100dtex/1 锦纶 66 复合帘线的断裂强力高于同规格的对位芳

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

275

聚酰亚胺+锦纶 对位芳纶+锦纶

单位:N 粘合强力

163

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

纶+锦纶复合帘线 35%以上、其粘合强力高于对位芳纶 7%左右，而线密度低于对位芳

纶 2～3%、干热收缩率低于对位芳纶 15%以上；绿色浸渍体系生产的两种复合帘线的

上述物理指标，其结果与传统 RFL 体系基本一致。

图 3 两种复合帘线、两种浸渍体系主要物理性能的对比

3 结语

本文通过对航空胎用高性能聚酰亚胺纤维与对位芳纶纤维的物性指标、

1670dtex/2 聚酰亚胺+2100dtex/1 锦纶 66 与 1670dtex/2 对位芳纶+2100dtex/1 锦

纶 66 两种复合帘线捻线的断裂强力、传统 RFL 浸渍体系下生产的上述规格两种复合

帘线的断裂强力、粘合强力、线密度和干热收缩率等主要物理指标、及绿色浸渍体系

下两种复合帘线的粘合强力等主要物理指标，聚酰亚胺纤维及其复合帘线捻线和浸

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

聚酰亚胺

+绿色浸渍

对位芳纶

+绿色浸渍

聚酰亚胺+

传统RFL浸渍

对位芳纶+

传统RFL浸渍

断裂强力 单位:N

230

235

240

245

250

255

260

265

聚酰亚胺

+绿色浸渍

对位芳纶

+绿色浸渍

聚酰亚胺+

传统RFL浸渍

对位芳纶+

传统RFL浸渍

粘合强力 单位:N

6050

6100

6150

6200

6250

6300

6350

6400

聚酰亚胺

+绿色浸渍

对位芳纶

+绿色浸渍

聚酰亚胺+

传统RFL浸渍

对位芳纶+

传统RFL浸渍

线密度

单位:dtex

0.05

0.25

0.45

0.65

0.85

1.05

1.25

1.45

1.65

1.85

聚酰亚胺

+绿色浸渍

对位芳纶

+绿色浸渍

聚酰亚胺+

传统RFL浸渍

对位芳纶+

传统RFL浸渍

干热收缩率

单位:%

164

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

渍后复合帘线的断裂强力明显高于对位芳纶及其复合帘线、其浸渍后复合帘线的粘

合强力高于对位芳纶，而其纤维和浸渍后复合帘线的线密度和干热收缩率则低于对

位芳纶；在相同工艺条件下、以绿色浸渍体系为浸胶配方生产的两种复合帘线的粘合

强力等物理指标没有明显差异，使得自主研发的绿色浸渍体系在航空胎骨架材料用

高性能纤维的工业化生产中得到较好的适用。

聚酰亚胺+锦纶高性能纤维复合帘线作为一种航空胎骨架材料，更具有超高强、

高粘合、轻量化、热稳定性的优势。

参考文献

[1] 胡小珺.聚酰亚胺绪论.北京化工大学硕士学位论文

[2] 陈莲、李基等.高强高模聚酰亚胺纤维与对位芳纶的综合性能研究.合成纤维，2016，45(4)，

27-32

[3] 张梦颖、牛鸿庆等.高强高模聚酰亚胺纤维及其应用研究.绝缘材料，2016，49(8)，12-16

[4] Fangbing Lin, Xiaodong Du etc. Interfacial properties of high failure strain

polyimide fiber/epoxy composites analyzed by a modified single fiber fragmentation

test. Applied Surface Science. 513(2020），1-10

[5] 张清华、张春华等.聚酰亚胺高性能纤维研究进展.高科技纤维与应用，2002 年第二十七卷

第五期，11-14

[6] Tao Yang, Enlin Han etc. Surface decoration of polyimide fiber with carbon

nanotubes and its application for mechanical enhancement of phosphoric acid-based

geopolymers. Applied Surface Science. 416(2017)，200-212

[7] 朱群伟、李志超等.聚酯帘子布使用的浸胶液和新进展.潍钢集团“经纬杯”第二届全国橡胶

骨架材料应用研讨会，2022，251-255

[8] 许其军、贺惠英等.环保型浸胶液的应用性能研究.轮胎工业.2017.37（05）.296-299

165

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

重载轮胎保护层用超高伸长率钢帘线的开发及性能研究

寇首鹏 1、2 柯增光 1、2 赵存军 1、2 倪自飞 1、2

（1、江苏兴达钢帘线股份有限公司 2、江苏省结构与功能金属复合材料重点实验室）

摘要：对比研究了重载轮胎保护层用 370.22HE 与 370.22SHE、460.25HE

与 4（0.315+60.30）SHE 钢帘线附胶前后的各项性能，结果表明：钢帘线附胶前

与附胶后，开发的 SHE 规格帘线均比 HE 规格的帘线表现出较高的伸长率优势；SHE

规格的帘线在附胶前与附胶后均表现出优异的抗冲击性能。

关键词：保护层、钢帘线、伸长率、抗冲击性能

重载轮胎一般应用于汽车长途货运、矿山机械、基建作业等场地，属于易耗品

之一。重载轮胎的平均负载比一般的轮胎要高，加上使用场地的复杂性，使重载轮

胎的平均寿命较低，一般不超过 6 个月，并且在使用过程中，重载轮胎存在较多因

异常状况而导致提前失效的现象，因此全钢子午线轮胎设计中会在轮胎的冠带层最

外层设置保护层，从而减少轮胎在使用过程中受到复杂地面带来的冲击性损伤，达

到延长轮胎使用寿命的目的。

目前，轮胎保护层用帘线最常见的帘线结构有 370.20HE、340.22HE、

50.35HI、50.38HI[1~2]，这些结构的钢帘线均具有较高的伸长率，可达 6.5%左右，

是普通帘线伸长率的 3~4 倍。而随着轮胎行业的快速发展，保护层用骨架材料的发

展趋势仍保持为高伸长率、高冲击性能以及高渗胶性能。

我司为了应对全钢重载轮胎市场对骨架材料的高性能要求，一直致力于研发各

种规格的钢帘线产品，针对 TBR 轮胎保护层用钢帘线开发了伸长率更高的

370.22SHE 帘线，针对 OTR 轮胎保护层用钢帘线开发了 4（0.315+60.30）SHE

帘线，并与现有常规高伸长帘线进行对比分析，现将情况介绍如下。

1、实验准备

1.1 测试对象

370.22HE、370.22SHE、460.25HE、4（0.315+60.30）SHE 四种规格钢

166

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

帘线，产品来自江苏兴达钢帘线股份有限公司。

1.2 性能测试

钢帘线常规性能测试按照国标 GB/T 33159 执行，钢帘线附胶办法、冲击性能以

及渗胶性能测试按照江苏兴达钢帘线股份有限公司的内部测试标准执行。

2、结果与讨论

2.1 常规性能

表 1 钢帘线常规性能统计表

检测项目 370.22HE 370.22SHE 460.25HE 4（0.315+60.30）SHE

帘线粗度 mm 1.55 1.522 1.85 2.869

破断力 N 2071 1762 2714 5538

破断伸长率 % 6.10 13.02 5.1 9.73

线密度 g/m 7.014 7.612 10.163 17.845

捻距 mm 4.5/7.83 2.91/5.13 5.64/9.76 7.52/15.32

捻向 S/S S/S S/S S/S

镀层重量 g/kg 4.04 3.83 3.52 3.46

镀层百分铜 % 64.38 63.88 63.54 63.61

上述四种规格帘线的拉伸测试均使用平口夹具测量，从表中的数据可以看出，

这四种规格帘线均具有较高的伸长率，而超高伸长率 SHE 帘线与 HE 帘线相比又具有

进一步的伸长率优势。

图 1 钢帘线附胶前后断裂伸长率对比

167

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

图 1 给出了 370.22HE、370.22SHE、460.25HE、4（0.315+60.30）SHE

四种规格高伸长帘线附胶前与附胶后的伸长率变化数据，从图中数据显示，四种规

格钢帘线在附胶拉伸测试时，伸长率都有明显的下降，其中下降幅度最大的是

370.22SHE 帘线，下降比例超过 50%。尽管四种规格帘线附胶后伸长率均下降，但

超高伸长率 SHE 帘线与 HE 帘线相比，仍保持着明显的伸长率优势。

2.2 定负荷伸长率

图 2 钢帘线附胶前与附胶后定负荷伸长率对比

图 2 给出了 370.22HE、370.22SHE、460.25HE、4（0.315+60.30）SHE

四种规格帘线附胶前与附胶后在 5~1000N 载荷条件下的拉伸曲线数据（测试过程使

用了引伸计）。从附胶前高伸长帘线的拉伸曲线形态可知，拉伸过程可以将曲线分为

两部分，第一部分为曲线斜率较低的部分，可称为帘线的结构伸长部分；第二部分

为曲线斜率较高的部分，可称为帘线的弹塑性伸长部分，其中弹性又包括帘线的结

构弹性和钢丝的材料弹性，塑性主要是帘线的结构塑性，如图 3 中四种帘线拉伸，

卸载后再拉伸曲线所示，帘线在卸载后第二次拉伸时，第一部分的结构拉伸曲线无

明显变化，但第二部分的拉伸曲线斜率普遍升高，使得最终的伸长率有所降低，说

明帘线在第一次拉伸时产生了永久性的塑性变形，而该应力下并不能达到钢丝材料

的屈服极限，因此该永久性变形为钢帘线的结构塑性。付新华等人在对高伸长帘线

特性研究中也称该变形为残余变形[3]

。

168

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

（1）370.22HE （2）370.22SHE

（3）460.25HE （4）4(0.315+60.30)SHE

图 3 帘线拉伸-卸载-再拉伸曲线对比

根据图 2 中的拉伸曲线数据可知，对于帘线附胶前，370.22SHE 帘线与 4

（0.315+60.30）SHE 帘线在结构伸长阶段均具有较高的伸长率优势，尤其是 4

（0.315+60.30）SHE 帘线，结构伸长明显，是其他高伸长帘线的两倍左右，而

370.22SHE 帘线拉伸过程的弹塑性变形阶段的曲线斜率最低，因此也表现出明显的

伸长优势。附胶后的帘线拉伸曲线与附胶前的拉伸曲线变化差异比较明显，上述四

种规格帘线在附胶后的拉伸过程，结构伸长阶段均不存在，仅剩下所述的弹塑性伸

长部分。通过线性拟合，将这四种帘线附胶前与附胶后拉伸曲线弹塑性变形部分的

斜率数据统计见下表 2。对于帘线附胶后，4（0.315+60.30）SHE 帘线的弹塑性伸

长部分斜率降低明显，接近 370.22SHE 帘线的水平，其他三种帘线的弹塑性伸长

部分斜率变化较小。由于附胶后对帘线结构伸长的影响，使得 4（0.315+60.30）

SHE 帘线在附胶后的伸长率降幅较大，在同样 5~1000N 的载荷测试条件下，

370.22SHE 帘线的伸长优势变的最为明显。最后，这四种帘线附胶后在定负荷下伸

长率方面，SHE 帘线仍占据主要优势。

169

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

表 2 钢帘线附胶前与附胶后拉伸曲线弹塑性变形部分斜率统计

分类 370.22HE 370.22SHE 460.25HE 4（0.315+60.30）SHE

附胶前 1021.1 483.85 1296.1 1626.2

附胶后 836.26 502.8 1210.4 772.7

2.3 刚度测试

图 3 中给出了 370.22HE、370.22SHE、460.25HE、4（0.315+60.30）

SHE 这四种规格帘线附胶前与附胶后的刚度测试数据，图中数据显示，各规格帘线经

过附胶处理后，弯曲刚度均在一定程度上升高，其中 4（0.315+60.30）SHE 帘线

的附胶后弯曲刚度上升幅度最大。370.22SHE 和 370.22HE 帘线相比，附胶前与

附胶后刚度差异均较小，说明捻距的差异对帘线的弯曲刚度影响较小。

图 3 钢帘线附胶前与附胶后刚度对比

2.4 渗胶率测试

我司渗胶率测试采用压力降的形式进行测试，通过让附胶后的标准试样封住一

定压强的气体，并检测标准时间内（1min），气压的下降值来评估空气渗透的难易程

度，若测试后气压值下降很小，说明帘线内孔隙均填满橡胶，帘线的渗胶率较好；

若测试后气压值越低，则帘线的渗胶性能越差[4]。表 3 给出了四种规格帘线的压力降

渗胶率测试数据，结果表明，上述四种帘线的渗胶性能均较好。

170

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

表 3 帘线渗胶性能对比

分类 370.22HE 370.22SHE 460.25HE 4（0.315+60.30）SHE

测试前气压值 1320 1325 1316 1321

测试后气压值 1315 1322 1309 1320

渗胶率 99.6% 99.7% 99.4% 99.9%

2.5 冲击测试

采用夏比冲击测试方法对上述四种帘线进行冲击性能测试，图 4 给出了钢帘线

附胶前后抗冲击能[5]（J/mm2

）的对比数据，由于 4（0.315+60.30）SHE 帘线的冲

击性能超过了冲击测量仪器的量程，因此该规格帘线未进行实测，图中数据为根据

测量仪器最大可测试样的真实值而进行的预测数据（虚线框）。从图 4 中的抗冲击能

数据可知，所有帘线附胶后的抗冲击能与附胶前相比均有所下降，其中 370.22SHE

与 4（0.315+60.30）SHE 帘线附胶前与附胶后的抗冲击能均表现较好。

图 4 钢帘线附胶前后抗冲击能数据对比

3、结语

通过对开发的 370.22SHE 和 4（0.315+60.30）SHE 两种规格超高伸长率的

钢帘线与常规 370.22HE 和 460.25HE 高伸长帘线进行性能对比发现，SHE 帘线

在附胶前与附胶后的破断伸长率以及定负荷伸长率方面均表现出明显的优势，并且

通过对帘线抗冲击能的性能对比分析可知，SHE 帘线在附胶后仍表现出较好抵抗冲击

的能力，预示着超高伸长率 SHE 帘线在全钢重载轮胎中的应用将有利于轮胎在复杂

路况条件下耐冲击性能的提升，从而提高轮胎的使用寿命。

171

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

参考文献

[1]伊怀保,刘圣林,王立华.5×0.30HI 钢丝帘线在全钢载重子午线轮胎带束保护层中的应用[J].

轮胎工业,2010,30(08):479-481.

[2]刘伯忠,张春生,张世全等.5×0.35HI 钢丝帘线在全钢载重子午线轮胎带束保护层中的应用

[J].轮胎工业,2007(01):38-41.

[3]付新华,郭念贵,姜晓凤等.高伸长钢丝帘线材料特性及其表征方式对轮胎有限元仿真计算结

果的影响[J].轮胎工业,2020,40(03):183-188.

[4]黎宁,魏静勋,黎勤珠等.0.25+6+12×0.225HT 钢丝帘线在全钢载重子午线轮胎胎体中的应用

[J].轮胎工业,2008(04):229-233

[5]刘晓芳,隋海涛,张正伟等.3+9+15×0.20ST 钢丝帘线在全钢载重子午线轮胎胎体中的应用

[J].轮胎工业,2018,38(10):617-620.

172

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

高强型阻燃聚酯工业丝及浸胶体系研究

蒋权 2

孟奇龙 1 王刚 2 陈高峰 2 王群 2

晁圣双 1 宋明根 12

（1 浙江尤夫科技工业有限公司 2 浙江省尤夫高分子材料重点企业研究院）

摘要：本文对高强型阻燃聚酯工业丝及浸胶体系进行了研究，针对聚酯工业丝阻

燃性与力学性能难以兼顾的问题，采用共聚方法基于材料特性的熔融纺丝调控制备

高强型阻燃聚酯工业丝，并初步完成工业聚酯帆布手工涂胶及阻燃性能测试。结果表

明：在 291℃纺丝温度及以 2800M/min 的卷绕速度工艺条件下，熔体黏度对纺丝压

力影响小且热降解程度低，可制备断裂强度为 7.60 cN/dtex、极限氧指数(LOI)可达 32%

以上的共聚型阻燃聚酯工业丝，但阻燃浸胶体系的研究还需要进一步优化。

关键词：聚酯工业丝、共聚型、阻燃、氧指数、浸胶、粘合

前言：

随着聚酯工业丝应用领域的拓展，为了满足市场对产品多样化、功能化的需求，

高强聚酯帘子线/帆布也需要进行阻燃改性赋予其阻燃性能，但在应用中发现，单纯

使用阻燃聚酯工业丝制成的坯布经过常规的浸胶体系，仍无法达到帆布的阻燃效果，

需要进行浸胶阻燃体系的改进。而传统的阻燃剂小分子与浸胶液中的活性官能团反

应迅速，导致浸胶液产生凝胶，严重降低聚酯帆布与橡胶的粘附性。如果在聚酯帆布

浸胶时直接添加阻燃剂，既能够在聚酯帆布表面引入阻燃剂又不影响聚酯帆布与橡

胶的粘附性，将大大提高生产效率、降低生产成本。

就是围绕这一目的展开，研究高强型阻燃聚酯工业丝开发及配套阻燃浸胶体系，

希望能使聚酯帆布在保证力学性能的前提下，兼具优良的阻燃性能和粘合性能，提升

聚酯工业丝作为增强材料在输送带、工业软管、消防水管等各个领域的阻燃安全能

力。

一、高强型阻燃聚酯工业丝的开发：

1.1 实验材料

高分子量聚酯 A 和高分子量阻燃共聚酯 B1,均由浙江省尤夫高分子重点企业研

173

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会

究院提供，高分子量阻燃共聚酯 B1所采用的阻燃剂为 2-羧乙基苯基次磷酸(CEPPA)，

共聚酯的磷含量为 0.006%。

1.2 纺丝试验

1.2.1 高分子量阻燃共聚酯制备

酯前驱体样品 A、B1 摩尔比(CEPPA + PTA)/EG)为 1:1.4，CEPPA 在 PTA 中的摩

尔比分别为 0.00%、3.66%。反应中加入一定量（约 300ppm）的催化剂 Sb2 (OCH2CH2O)3，

聚合反应在 275℃温度，真空度 40±10pa 条件下反应 60-180 分钟。A、B1 的样品在

150-180min 的反应时间内具有相似的特性粘度。通过将反应时间缩短至 100min 和

60min，B2、B3 的特性粘度均低于 B1。所有样品均由切粒机造粒成切片(切片规格

2.35±0.50 g/100 粒)。通过以上熔融聚合反应制备聚酯前驱体，并在温度为

180°C-220°C，真空度为 45±5pa 条件下反应 0-20 小时，最终得到高分子量阻燃

共聚酯。

1.2.2 高分子量阻燃共聚熔融纺丝

以高分子量阻燃共聚酯 B1 为原料,采用高温熔融纺丝-牵伸工艺制备高强型阻燃

聚酯工业丝，设计开发 1100dtex/192f 产品。

阻燃共聚酯的高分子量会使熔体的流动性能差，通过提高纺丝加热温度，可改善

熔体的流变性，进而改善可纺性。从图 1-1 可以看出：随着纺丝温度由 286 ℃升高

至 299 ℃的过程中，出现了强度先高后低的现象，这是由于纺丝温度较低时，高聚

物熔融不充分，熔体的流动性较差，在喷丝板中的剪切应力较大，纺丝状况不佳；但

温度过高造成的熔体降解，无油丝的黏度降较大，扩链后的样品分子量分布逐渐变

宽，导致纤维强度损失明显。

286 288 290 292 294 296 298 300 6.8

7.2

7.6

8.0

8.4

纺纺纺纺 (C)

强纺 (cN dtex-1

)

0.85

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

1.15

原纺原纺 (dL g-1

) 2400 2600 2800 3000 3200

7.2

7.6

8.0

8.4

强纺 (cN dtex-1

)

断断断断断 (%)

纺纺 (mmin-1)

16

18

20

22

图 1-1 纺丝温度和强度及丝黏度的关系 图 1-2 纺丝速度影响强度及断裂伸长率

174

2023 中国橡胶骨架材料年会暨中国橡胶工业协会骨架材料专业委员会会员大会